淺談山區(qū)水庫(kù)泥沙問(wèn)題

尹建飛 王志娟

摘 要：高臺(tái)縣全縣有水庫(kù)19座，其中平原洼地水庫(kù)13座，山區(qū)水庫(kù)6座。水庫(kù)均于上世紀(jì)建成。水庫(kù)自除險(xiǎn)加固以來(lái)，發(fā)揮著經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，不少山區(qū)水庫(kù)隨著進(jìn)庫(kù)泥沙的淤積，庫(kù)容不斷減小，大大降低了水庫(kù)正常發(fā)揮的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：病險(xiǎn)水庫(kù)；除險(xiǎn)加固；泥沙問(wèn)題；經(jīng)濟(jì)效益

石灰關(guān)河地處高臺(tái)縣南部的祁連山區(qū)，上游河源區(qū)分布冰川2.5km2，海拔4800m左右，河流至下游水庫(kù)壩址處，海拔2640m，河道長(zhǎng)10km左右，屬黑河水系，控制流域面積60.8km2。石灰關(guān)水庫(kù)屬高寒半干旱氣候，平均年徑流量1360萬(wàn)立方米，多年平均降水量160mm，多年平均蒸發(fā)量1633mm，平均凍土深度1.5m，年平均最大風(fēng)速21m/s。石灰關(guān)河洪水主要由暴雨形成，洪水來(lái)勢(shì)猛，主峰歷時(shí)短，多為陡漲陡落，峰高量小的單峰洪水。

石灰關(guān)水庫(kù)位于肅南縣大河鄉(xiāng)石灰關(guān)河清水崖附近，距高臺(tái)縣城鄉(xiāng)約67km，距肅南縣大河鄉(xiāng)西河村約2km，是以灌溉為主的一座山谷水庫(kù)，自1971年開始建設(shè)，于1978年年底建成并正式投入運(yùn)行，石灰關(guān)水庫(kù)屬四等?。?）型工程，原設(shè)計(jì)總庫(kù)容256萬(wàn)立方米，興利庫(kù)容232萬(wàn)立方米，灌溉面積2.35萬(wàn)畝，設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)按50年一遇洪水設(shè)計(jì)，100年一遇洪水校核。水庫(kù)除了攔蓄石灰關(guān)流域徑流外，尚在河源上游通過(guò)紅塘引水工程從馬營(yíng)河支流流域每年引水300-350萬(wàn)立方米。多年運(yùn)行以來(lái)，庫(kù)區(qū)淤積較為嚴(yán)重，已將原設(shè)計(jì)死庫(kù)容24萬(wàn)立方米淤積滿后，又將興利庫(kù)容淤積了125.8萬(wàn)立方米，目前的有效庫(kù)容已由原來(lái)的232萬(wàn)立方米淤積為150.67萬(wàn)立方米，灌溉面積由2.35萬(wàn)畝減少為1.5萬(wàn)畝。

庫(kù)區(qū)兩岸谷坡大部分基巖裸露，植被發(fā)育較好，在壩前右岸有一淺層滑坡體，長(zhǎng)約120m，寬30-40m，滑坡體厚度1-2m。石灰關(guān)河壩址處多年平均徑流量1360萬(wàn)立方米，50%保證率設(shè)計(jì)年徑流量1336萬(wàn)立方米，75%保證率設(shè)計(jì)年徑流量1164萬(wàn)立方米。石灰關(guān)河洪水主要由暴雨形成，暴雨歷時(shí)一般較短，但強(qiáng)度較大，因流域小，比降大，雨水集中匯流快，形成洪水來(lái)勢(shì)猛，主峰歷時(shí)短，多為陡漲陡落、峰高量小的單峰洪水。

石灰關(guān)河流域自產(chǎn)輸沙量2.52萬(wàn)噸，從馬營(yíng)河流域通過(guò)紅塘調(diào)水流經(jīng)本流域的2km黑砂槽，有1.6km溝槽水流切割較深，造成兩岸沖刷坍塌，形成泥石流十分嚴(yán)重，據(jù)初步估算每年約有5萬(wàn)噸輸沙量進(jìn)入主河道，這一沙量的匯入，使得本流域輸沙量由2.52萬(wàn)噸增加到7.52萬(wàn)噸。

石灰關(guān)水庫(kù)的淤積現(xiàn)已達(dá)到111.25萬(wàn)立方米，就其泥沙量來(lái)源主要是引用紅塘水經(jīng)流域上游黑砂槽地段時(shí)，由于坡陡流急，水流擺動(dòng)沖蝕使兩岸滑塌，泥砂隨水入庫(kù)，造成水庫(kù)嚴(yán)重淤積。因此，解決水庫(kù)淤積問(wèn)題應(yīng)從上游砂源治理進(jìn)行。

該水庫(kù)是紅崖子鄉(xiāng)人民生存和發(fā)展的生命庫(kù)，至今已有37年，在灌區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著舉足輕重的作用。但由于當(dāng)時(shí)社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件限制，目前該庫(kù)已是一座病險(xiǎn)庫(kù)，庫(kù)區(qū)淤積接近總庫(kù)容的一半。水庫(kù)每年都要組織大量勞力進(jìn)行庫(kù)區(qū)清淤和維護(hù)加固處理，在運(yùn)行中若稍有不慎或處理不當(dāng)造成失事，就會(huì)對(duì)國(guó)家交通、通訊干線造成巨大損失，同時(shí)，庫(kù)下游6.8萬(wàn)畝農(nóng)田和紅崖子鄉(xiāng)、水關(guān)鄉(xiāng)人民的生命財(cái)產(chǎn)將受到威脅，后果是十分嚴(yán)重的。因此，對(duì)石灰關(guān)水庫(kù)的泥沙問(wèn)題進(jìn)行庫(kù)區(qū)清淤，迫在眉睫，十分必要。

壩址處因無(wú)實(shí)測(cè)泥沙資料，計(jì)算依據(jù)<甘肅省多年平均侵蝕模數(shù)圖>，查得流域平均侵蝕模數(shù)350噸/km2，算得多年平均懸移質(zhì)輸沙量WS=2.1萬(wàn)噸，推移質(zhì)輸沙量采用經(jīng)驗(yàn)公式：Wb=βWS計(jì)算，取β=0.2算得Wb=0.42萬(wàn)噸，多年平均總輸沙量為懸移質(zhì)輸沙量與推移質(zhì)輸沙量之和，即流域自產(chǎn)總輸沙量2.52萬(wàn)噸。

水庫(kù)隨著運(yùn)行時(shí)間的推移，淤積泥沙累積增加，侵占了興利庫(kù)容，使水庫(kù)不能正常有效地發(fā)揮效益。不少運(yùn)行管理人員和專業(yè)設(shè)計(jì)人員，都在不斷探索保持水庫(kù)有效庫(kù)容的方法。在規(guī)劃、設(shè)計(jì)等各個(gè)階段，根據(jù)水庫(kù)地形以及泥沙情況，采用不同辦法，減少水庫(kù)泥沙淤積，以保持有效庫(kù)容。

有效保持庫(kù)容的方法，主要在設(shè)置排沙通道設(shè)施，但該水庫(kù)無(wú)排沙設(shè)施，根據(jù)有關(guān)資料要保持庫(kù)容必須在壩址附近打隧洞，或者在壩內(nèi)打底孔，這樣才可以防止泥沙進(jìn)入水庫(kù)以及排沙的條件，以下幾種是比較有效的方法：第一，防止泥沙入庫(kù)；第二，異重流排沙；第三，沖刷庫(kù)內(nèi)淤積物以取得庫(kù)容；第四，汛期降低庫(kù)水位使來(lái)沙集中的汛期來(lái)沙通過(guò)底孔排出庫(kù)外。

防止流沙進(jìn)庫(kù)的有效方法，有利用汛期來(lái)沙集中的特點(diǎn)，在庫(kù)首處修閘和側(cè)向排沙道（明渠或隧洞）將泥沙排到壩址下游以減少庫(kù)區(qū)泥沙淤積。但這類排沙道，如地形條件不佳長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，則造價(jià)甚高。其次，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮排沙道尺寸宜適當(dāng)?shù)卮?，有足夠大的泄量，不使排沙時(shí)形成壅水，造成洞前淤積，因這些淤積物在汛期后仍將進(jìn)入水庫(kù)。有關(guān)資料記錄側(cè)向排沙道的運(yùn)行和設(shè)計(jì)已經(jīng)初步成功，但是有些因設(shè)計(jì)流量過(guò)小，排沙效果不太理想。

在汛期降低庫(kù)區(qū)有效水位，加大庫(kù)區(qū)內(nèi)水的流動(dòng)速度，把泥沙通過(guò)壩址沖向下游的方法，其排沙目的，與庫(kù)首側(cè)道排沙類似，但對(duì)于滯洪水庫(kù)或興利庫(kù)容不大的水庫(kù)多采用這種排沙方式。石灰關(guān)水庫(kù)由于泄洪能力過(guò)低，致使庫(kù)區(qū)淤積嚴(yán)重，而是為了擴(kuò)大泄流設(shè)施，并及時(shí)采取汛期降低水庫(kù)水位，泄洪排沙，汛期過(guò)后蓄水的運(yùn)行方法。改建后，汛期庫(kù)內(nèi)水流基本無(wú)壅水成為明渠水流可排出汛期來(lái)沙，甚至還可將非汛期淤積的泥沙，沖刷出庫(kù)。結(jié)合其運(yùn)行方式，促使有效庫(kù)容在一定程度上得到保持，并維持多年庫(kù)內(nèi)沖淤平衡。對(duì)于滯洪水庫(kù)，如設(shè)大型底孔并不設(shè)控制閘門，汛期僅短時(shí)間壅水滯洪。這種布置和運(yùn)行方式，可保持較大的庫(kù)容不被淤積。

對(duì)于一些河道含沙量非常多的水庫(kù)，可在汛期采取異重流排沙，結(jié)合水庫(kù)所出位置的地形、水位特征、具體含沙量等相關(guān)信息，明確排沙數(shù)量。通常情況下，異重流洪峰排沙量約為洪峰泥沙的20-60%左右。在設(shè)計(jì)河流異重流排沙方案時(shí)，需考慮到每年汛期內(nèi)大概的棄水?dāng)?shù)量，在不影響灌溉的情況下，有效實(shí)現(xiàn)對(duì)其泄放。綜合多方面信息，科學(xué)地待異重流流到壩址前時(shí)，進(jìn)行開閘排沙，進(jìn)而達(dá)到預(yù)期的異重流排沙效果。一旦未在汛期來(lái)沙集中時(shí)，及時(shí)進(jìn)行棄水量的泄放及排沙，而延至汛后泄放，則難以達(dá)到理想的排沙效果，讓用于排沙、減少水庫(kù)淤積的水量沒有發(fā)揮其最大功效。所以估算當(dāng)年的來(lái)水量，對(duì)于水庫(kù)調(diào)度運(yùn)用，利用異重流排沙，是十分重要的。對(duì)于懸沙量很小的河流，就不具備利用異重流排沙的實(shí)際價(jià)值。但是，對(duì)于干旱地區(qū)紅崖子灌區(qū)石灰關(guān)水庫(kù)，水量不大的水庫(kù)，因不能預(yù)測(cè)當(dāng)年汛期后期有無(wú)足夠的水量，可供利用，因而猶豫不決，失去時(shí)機(jī)，這是很可惜的。我縣部分水庫(kù)所以泥沙淤積嚴(yán)重，除了沒有設(shè)底孔，或者設(shè)有底孔并沒有充分用來(lái)排沙外，大部分是由于失去及時(shí)泄放異重流的機(jī)會(huì)造成的。正常蓄水和有效排沙是存在矛盾的，怎樣妥善處理，必須根據(jù)各水庫(kù)的不同情況，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，因時(shí)因地制宜地尋求解決途徑。

作者簡(jiǎn)介：尹建飛（1982，6-），男，籍貫：甘肅省張掖市高臺(tái)縣，現(xiàn)職稱：助理工程師，學(xué)歷：大專，研究方向：水利。