水库泥沙淤积问题的研究

水库泥沙淤积问题的研究

摘要：由于我国大多数河流泥沙含量较大，这就造成了水库泥沙淤积现象严重，泥沙处理是否妥当，将会影响到水库运行中效益的发挥、水库有效库容及水库的使用寿命。针对这一问题，本文做了简要的分析，并从根本上提出了几点防淤措施。

关键词：水库、泥沙淤积、分析、防淤措施

1 水库泥沙来源

一定区域的降雨汇集成河流，这个河水的区域称为“流域”。我们用分水岭作为流域的边界，河口以上分水岭内的区域称为流域面积，如果在河流上修建水库，则坝址以上分水岭那一部分面积是水库的集水面积。

水库中泥沙产生的主要原因是集水面积内岩石的风化，另一部分则是来自水库上游河床的冲刷或河流两岸的崩塌。流域内地表侵蚀的程度与土壤、气候、地形地貌及人类活动等因素有关。如果土壤较为松散，植被覆盖率差，水土的流失就严重。例如黄河中游的黄土高原地区，7、8月份暴雨较多，由于植物覆盖差，造成地表侵蚀极为严重。

2 泥沙淤积形态

想要解决水库泥沙淤积问题，就必须了解泥沙的运动特性。通常

挡水建筑物起到壅高水位的作用，库区水面形成壅水曲线，水深沿流程增大，流速沿流程降低，称这种水流流态为“壅水流态”。在这种情况下，可以把水库淤积形态分为下面三种基本类型：

2.1 带状淤积

在河道型水库中容易出现带状淤积形态，丰满水库就是一个典型的例子。它是修建在少沙河流上的典型河道型多年调节水库，该水库进库沙量少，泥沙粒径较细，库水位变幅较大，平时变化幅度可以达到10-20m，与之相对应的，回水变动范围也较长。库区形态、水沙特点及运用方式决定了水库的淤积特性：淤积物自坝前一直分布到正常高水位的回水末端，呈均匀的带状淤积形态。从上到下可以把带状淤积分为以下几部分：变动回水区段、常年回水区行水段以及常年回水区静水段。

2.2 三角洲淤积

在库容大、来沙粒径粗、库水位变幅小、库区地形开阔的条件下，易形成三角洲淤积。官厅水库就是最典型的例子。根据其纵剖面形态及床沙粒径的沿程变化特点，可以把三角洲淤积区划分为三角洲顶坡段、三角洲尾部段、三角洲前坡段、异重流淤积段和坝前淤积段。

2.3 锥体淤积

形成锥体淤积的主要条件有：坝身低、底坡陡及进库沙量大。因

为底坡大，坝身低，故水库流速大，能将大泥沙携带到坝前淤积。再加上入库的含沙量高，使坝前淤积的厚度大、速度快。其次，异重流淤积也是重要原因之一，异重流极易运动到坝前，并很快变为浑水水库，异重流随之消失，所携带的泥沙便在坝前大量堆积。

锥体淤积形态普遍存在于多沙河流上的小水库中。它具有如下特点：泥沙淤积很快发展到坝前，形成淤积锥体。水库淤满后，淤积纵剖面比原河床纵剖面缓的多，此后，淤积慢慢向上游发展。

3 泥沙淤积的危害

由于在河流上修建水库的目的不同,运行制度各异，泥沙淤积所带来的问题也各不相同。一般来说,水库泥沙淤积会带来以下影响:

3.1 破坏航运条件

水库正常运行后，在回水变动区域内会出现泥沙淤积，形成的三角洲。这使得河床抬高、堵塞航道,逐渐破坏运输线路。而且,生成的三角洲还会减少过河桥下的净高,甚至在枯水季时造成通航困难。上游河段河水的含沙量越高,水库水位的变幅越大,水库回水区内形成的三角洲就越大,对航运的影响也就越严重。所以,设计水库回水区内的新建桥梁时,应考虑水库的调度运行方式及河道的可能淤高。

3.2 缩短水库寿命

对于防洪目地的水库,由于泥沙淤积减少了有效库容,所以水库整

体的功能和效益都会受到损失。如果水库的主要目的是通过抬高水源水位实施灌溉或发电,则早期的泥沙淤积通常不会改变原来的水位, 似乎影响比较小。可一旦淤积危及进水口和出水口,水库功能的发挥就会受到阻碍,由此可见淤积问题同样会导致水库效能下降。

4 入库泥沙防治

早期修建的水库，比较普遍采用的泥沙处理办法是在规划水库时，预留一个死库容存放泥沙。实践表明，这种处理泥沙的方法违背了泥沙淤积的客观规律，并且花费较多。因为多数水库的泥沙淤积首先是从回水末端开始，以一定的纵比降向上、下发展，所以在堆沙库容淤满之前，部分有效库容已经被淤积的泥沙所侵占，影响了水库经济效益的发挥。其次当入库沙含量较大时，相应的堆沙库容也很大，必然增加工程的投资额。因此，从流域治理入手，切断入库泥沙来源，减少入库泥沙数量，是切实可行的。

4.1 在水库上修建拦沙堰或拦泥库

最早兴建的官厅水库上游诸支流上共修建大、中、小型水库517座，有些水库兴建的目的就是为了拦截淤泥，大大减缓了水库的泥沙淤积。辽宁柳河上的闹得海水库，在其上游修建7座混凝土拦沙堰，堰身较低，库容不大，主要拦截粗砂和卵石，尽可能的延长了拦沙堰的使用寿命。

4.2 流域内水土保持

积极开展流域内土保持工作，控制水土流失，是减少入库泥沙的有效途径，也是保护国土资源，综合治理生态环境的重要组成部分。黄河流域在多沙区域中的水土保持工作已经取得了明显成效，如黄河多沙支流无定河，经过治理后减少径流14.7-18.5%，减少泥沙27.9-41.5%。虽然水土保持工作是治本之策，但实施起来难度大，时间长、见效慢，不仅涉及技术方面的问题外还涉及到农业、环境等其他因素，必须下决心，才能见成效。

4.3 清浑分治

由于水库地形条件和泥沙在时间上和空间上分布不均匀，对水库上游来的清水和浑水采用分而治之的办法。大体有以下两种方式：

4.3.1 绕库排浑法

在水库回水末端筑一拦洪坝，并在坝身设底孔闸，绕库修排洪渠道渠首与拦洪坝衔接，下游与水库的溢洪道想通。汛期洪水到来时，关闭底孔闸，高含沙洪水通过排洪渠道及溢洪道泄入下游，洪水过后，开闸引基流清水入库兴利。

4.3.2 子母水库

在水库上游再修一座子水库，子母水库串联运用，上游子水库起拦沙作用，以减少母水库的泥沙数量。此外，还可以利用子水库下泄的水流冲刷母库中前期淤积，达到进一步减少母水库泥沙淤积目的。