三峡大坝淤泥问题的研究

三峡大坝淤泥问题的研究

1.研究的目的及理论依据，实际意义

随着三峡大坝运营时间的增长，泥沙在库区淤积，水库的有效库容减少，水库调节性能和建筑物的正常运行减弱，水库寿命、航运条件、抗洪能力、发电能力等均降低，其环境作用和经济效应均受影响。本方案立足于三峡大坝现状，在国内外大量相关人员的研究成果上，通过搜集、浏览、比较、模拟、归纳、总结，试图发现与三峡大坝淤泥有关的诸多问题，并力求探索出更科学，更实际，更可行的理论研究解决方案。

2.目前国内外的研究现状，发展趋势分析

国内外水利工作者在三峡工程长期论证的过程中，对其泥沙问题始终坚持原型观测调查，泥沙数学模型计算和泥沙实体模型试验紧密结合的研究方法，对各方面进行实际检测并构建数学模型进行计算分析。目前，针对长江流域泥沙输移特性变化的研究在国内外纷纷展开，有的研究还同时提出了相应的调控对策。长江各大支流相继开发导致中下游沙量输移特征发生变化，造成河漫滩、河口淤积量减少，湿地面积退缩，不同年代入海沙量来源组成比例也发生调整，各国学者等对此开展了系列研究。在各位学者的理论研究和相关部门的宏观调控下，三峡大坝的泥沙控制取得了可喜的成绩，长江委发布的《2012年长江泥沙公报》指出，三峡水库蓄水10年来，泥沙淤积量仅为预测值的4成，有效保障了水库综合效益的充分发挥。淤积量少于预期，给水库带来的利好显而易见。据长江委水文局有关专家介绍，首先是延长水库使用寿命，保证水库防洪库容的全面发挥，有力地减轻了长江中下游的防洪压力；还可增加发电效益、保证“黄金水道”的航运通畅。长江委泥沙专家分析，泥沙淤积减少的主要原因有二，一是水库来沙大幅减少。受长江上游水库群拦截泥沙、水土保持和退耕还林减少水土流失面积、长江上游降雨量偏少等因素的影响，三峡水库年均入库泥沙由初设值的约5亿吨，减少至目前的2亿吨。二是三峡水库采用了“蓄清排浑”的运用方式，使得汛期约3成的泥沙被排出库外。以上工作人员的研究方案和取得的实际成效表明，关于三峡大坝泥沙治理的理念在不断进步，未来研究的热点方向主要是减少泥沙的来源和清除现有的泥沙两个方面。在现有研究成果的基础上，结合科技进步和时代发展，利用新的科研理念和科技成果来解决泥沙问题，是今后的热点和趋势。

3.项目研究主要内容

针对本方案的研究方向，科研小组研究的主要内容分为以下三个方面：

（1）对泥沙来源的探究：大坝泥沙主要来源于两个方面，一是流域地表的侵蚀，二是上游河槽的冲刷。降水形成的地面径流，侵蚀流域地表，造成水土流失，携带大量泥沙直下江河。流域地表的侵蚀程度，与气候、土壤、植被、地形地貌及人类活动等因素有关。近年来，长江上游植被覆盖率降低，加上部分支流流域气候多雨、土壤疏松、地形坡陡以及人为影响如毁林垦地现象严重等，流域地表的侵蚀较严重，进入长江的泥沙量就较多。河道水流在奔向下游的过程中，沿程要不断地冲刷当地河床和河岸，以补充水流挟沙之不足。从上游河槽冲刷而来的这部分泥沙，随同流域地表侵蚀而来的泥沙一道，构成河流输移泥沙的总体，其中虽有部分泥沙可能沉积到水库、湖泊或下游河道之外，但长江由于流域广阔，分支很多，支流在汇聚到长江时，其携带的泥沙也随之成为长江的一部分。三峡大坝横亘长江两岸，庞大的坝体阻碍了泥沙的流动，使得泥沙大量堆积。

（2）对处理方案的分析：无数水利工作者在水库泥沙处理方面做出了杰出的贡献，小组成员通过阅读分析大量的参考文献，将其工作方向大致分为以下两大方面：一：减少泥沙来源，具体方案如下：

1.水土保持：长江源远流长，流域广阔，支流众多，本方案着重在长江源头及沿途加强水土保持，从根本上减少泥沙的来源。

2.建拦泥库或拦泥堰：在水库上游多泥沙的支流上修建拦泥库或拦沙堰，将泥沙提前

拦蓄起来，可以减少入库的泥沙量，但受地形制约，且需要定期处理拦蓄的泥沙。

3、引流淤地：在水库上游选择合适地形(如低凹地或荒滩)引洪放淤，这样既能减少入库泥沙、避免水库淤积，又可淤滩造田，但该措施同样受地形和地质条件(渗漏问题)的制约。

4、弯道环流分沙：弯道环流分沙水利枢纽工程主要设在河道的弯道处，利用河流的弯道环流产生的离心力使水沙分离，外侧河道接下游河道，内侧河道接库区。

5、旁引水库：此法使上游来沙到达库尾的拦沙闸后不进人库区，而是通过排沙闸门进入排沙渠，再通过排沙渠排到水库下游河道。排沙渠出口水位通过排沙渠出口闸门调节，遇大水大沙时可适当降低排沙渠出口水位，有利于上游河道及排沙渠内泥沙的排出。若排沙渠出现淤积，可适当配合机械清淤等其他清淤方法，清除排沙渠内部的淤积物。该措施最大的难点是排沙渠布置不好容易出现淤积，增加清淤工作量。

二：清除现有泥沙，工作原理及优劣叙述如下：

1、横向冲蚀：利用辅助设施截引河水至待冲蚀库段，凭借高滩深槽形态所形成的横向大比降，依靠水流的水力冲刷与重力侵蚀作用对库区前期淤积泥沙进行破离和输移，进而排沙出库，恢复库容。优点：排淤效率高，输沙距离远，成本低。

2、异重流排沙：异重流是两种或者两种以上比重相差不大、可以相混的流体，因比重的差异而发生的相对运动。形成有两个水量条件：一是需要有一个较大的流量过程，二是要有后续动力。优点:效率高。缺点，成本高。

3、滞洪排沙：当入库流量大于泄水流量时，库区发生滞洪壅水，而后整个库区洪水仍以一定的流速向坝前运动直至出，运动过程中粗颗粒泥沙率先沉降淤积在库中，部分细颗粒泥沙被水流挟带至坝前排出库外。优点：简单易行。缺点：效率低

4、泄空排沙：利用水位降落时水流对库区淤积泥沙的冲刷，使原本已经沉积的泥

沙被冲刷挟带出库。优点：效率高，速度快。缺点：耗水量大，使用范围小。

5、基流排沙：指在水库泄空后继续打开泄水闸门，依靠河道中含沙量较小的正常水流冲刷主槽，使主槽两边壁沉积泥沙滑塌排出，进而减少库区淤积。缺点：依赖水流量。

6、人工辅助排沙：人力挖沟槽，使泥沙排出。缺点：人力成本较高。

7、机械清淤措施：机械清淤措施指利用机械设备进行淤积清除作业的各种清淤措施。优劣视所用机械而定。

（3）对可行方案的模拟：小组成员将查询大量相关资料，请教权威的教授和专家，在专业人员的帮助下，认真分析以上方案的优势与不足，对其中较好的三个方案进行实验模拟，对实验结果加以分析探索，不断改进实验装置，使理论研究进一步完善。

三：项目研究方法，技术路线及时间进度

针对本次科技立项的研究方向，并结合自身所处实际环境，本方案主要采用文献分析法、比较分析法、实验模拟法、探索性研究法、综合归纳法。

1、文献分析法：小组成员首先查找了大量与三峡大坝有关的资料文献，为研究奠定知识基础。

2、比较筛选法：请教相关的专业人员，对查询到的文献进行分析，找出相对科学可行的方案。

3、实验模拟法：对比较分析筛选出的优秀方案进行模拟，结合实验结果，进行分析并不断改进

4、探索性研究法：对改进后的方案进一步探索，发散思维，积极创新，努力探索出更加可行的方案

5、综合归纳法：对本次研究存在的问题、遇到的情况进行反思总结，为以后积累经验。技术路线：