水庫泥沙淤積研究綜述

(重慶交通大學(xué) 重慶 400074)

一、引言

水庫淤積在水庫建設(shè)和運(yùn)轉(zhuǎn)中是一個非常難解決的問題。河流上修建水庫后,庫區(qū)即發(fā)生淤積。產(chǎn)生淤積的實質(zhì),顯然是由于水位升高,過水面積加大,流速減緩,從而使挾沙能力降低所致在建設(shè)水庫時，會一定程度上破壞河流的一些條件，比如水力、泥沙條件，而且還會破壞河床界限之間的平衡，這樣，水沙條件和河床狀態(tài)會隨之改變。因此，在對于水庫淤積問題上如何處理，將會影響到水庫，帶來一些問題[1]。

二、我國水庫泥沙淤積研究綜述

(一)水庫淤積研究的成就和進(jìn)展

盡管我國水庫大量興建的時間不算長，但是由于多沙河流多，水庫淤積問題較多，影響又大，國家頗為重視。所以在水庫淤積研究方面我國做了大量工作，取得了很多成果。

水庫淤積是泥沙運(yùn)動的后果，因而水庫淤積的研討是以泥沙運(yùn)動基本理論為基礎(chǔ)和手段的。我國泥沙運(yùn)動理論方面的專著眾多，有代表性的如武漢水利電力學(xué)院(張瑞瑾主編)的《河流動力學(xué)》、錢寧和萬兆惠的《泥沙運(yùn)動力學(xué)》、沙玉清的《泥沙運(yùn)動學(xué)引論》、竇國仁的《泥沙運(yùn)動理論》、張瑞瑾和謝鑒衡等的《河流泥沙動力學(xué)》等。這些專著對水庫淤積理論的研究有重要的指導(dǎo)意義[2]。

在水庫淤積形態(tài)方面,我國對三角洲形態(tài)的淤積研究較早。這方面的成果有對官廳水庫的三角洲的淤積形態(tài)及計算的初步研究[3],三角洲的計算方法[11]及根據(jù)非均勻懸移質(zhì)不平衡輸沙的規(guī)律首次從理論上詳細(xì)論證了水庫三角洲淤積的形成特點、趨向性、前坡淤積比降和三角洲、洲面線與水面線方程等,并得到了官廳水庫資料的驗證。

(二)水庫淤積引起的問題

(1)縮短水庫壽命

對那些以供水或防洪為主要目的的水庫來說,因為泥沙淤積減小了有效庫容,所以水庫的功能和效益都會受損;泥沙淤積得越快、越多,水庫就報廢得越早、壽命越短[4]。而如果水庫的主要目的是發(fā)電或通過抬高水源水位實施灌溉,則早期的泥沙淤積通常不會改變原水位,影響似乎較小;但一旦淤積危及進(jìn)水口和出水口,水庫功能的發(fā)揮就會受阻,所以淤積同樣會導(dǎo)致水庫效能下降乃至水庫報廢[5]。

(2)庫容減少，水庫興利效益降低

庫容是水庫除害興利的基本條件，但因泥沙淤積庫容減少，使水庫原定興利目標(biāo)不能實現(xiàn)。有些水庫為減緩淤積，延長水庫使用壽命，不得不把水庫運(yùn)用方式由“蓄洪運(yùn)用”改為“蓄清排揮”運(yùn)用。這樣，水庫的興利效益雖有所降低，但卻可以長期保持一部分庫容。因此，從長遠(yuǎn)考慮，這樣做無疑是正確的[6]。

(3)破壞航運(yùn)條件

水庫的回水變動區(qū)將出現(xiàn)泥沙淤積,形成三角洲,抬高河床、堵塞航道,造成航運(yùn)條件變壞。并且,回水區(qū)內(nèi)的三角洲還可能減少過河橋下的凈高,甚至在枯水季時造成通航困難。

(4)污染水質(zhì)

泥沙是有機(jī)和無機(jī)污染物的載體，沉積在庫區(qū)的泥沙對水質(zhì)影響很大。如官廳水庫水中含有的汞、等有毒物質(zhì)的含量較高，曾造成庫區(qū)漁業(yè)減產(chǎn)[7]。

(5)降低水電站的發(fā)電能力

水庫淤積減少水庫的有效庫容，使水電站的發(fā)電能力降低。如果淤積形成的三角洲在大壩附近形成，還可能阻礙水流進(jìn)入發(fā)電機(jī),并增加進(jìn)入發(fā)電機(jī)的泥沙、從而磨損渦輪機(jī)葉片和閘門座槽。

(三)水庫泥沙淤積的防治措施

(1)降落水位沖沙

沖沙即對淤積泥沙的再侵蝕,降落水位沖沙和上述方法一樣，都是在洪水過程中排泄泥沙；不同之處是，降落水位沖沙時水庫的水位比排泄洪水中的泥沙時水庫的水位更低。這樣，降落水位沖沙會使整個水庫庫區(qū)河道上形成向河水一樣流動的水流，從而沖刷較大面積的已淤積的泥沙，使得下泄泥沙多于人庫泥沙。

(2)水庫泥沙的攔截

在水庫上游采取攔沙措施，減少入庫泥沙，是防止和減少水庫淤積的最根本辦法。水庫泥沙主要來自上游流域內(nèi)的地表侵蝕。黃河的泥沙主要來源于黃土高原的千溝萬壑。修建于溝道中的淤地壩，從源頭上攔截、封堵了泥沙向下游輸送的通道，不但能夠抬高侵蝕基準(zhǔn)面，穩(wěn)定溝床，制止溝岸擴(kuò)張、溝底下切和溝頭前進(jìn)，減輕溝道侵蝕，而且能夠攔蓄坡面匯入溝道的泥沙[8]。

(3)水庫排沙減淤

利用水沙運(yùn)動的特性采用各種方法進(jìn)行排沙，是減少水庫淤積的有效方法。下面介紹兩種主要方式。第一，滯洪排沙。當(dāng)入庫洪水流量大于泄水流量時，會產(chǎn)生滯洪臃水。滯洪期內(nèi)整個庫區(qū)仍保持一定的行近流速，部分粗顆粒泥沙淤積在庫中，細(xì)顆粒泥沙可被水流帶至壩前排出庫外，這就是滯洪排沙。第二，異重流排沙。在水庫蓄水期間，當(dāng)入庫洪水形成潛入庫底向壩前運(yùn)動的異重流，若能適時打開排沙孔閘門泄放，就可將一分泥沙排走，減少水庫的淤積。

三、結(jié)論

水庫泥沙淤積是水庫運(yùn)行治理的難題之一，本文介紹了幾種水庫淤積引起的問題，最后總結(jié)了幾種防治措施。針對不同類型和地區(qū)的水庫，國內(nèi)眾多科研工作者研究總結(jié)和汲取經(jīng)驗教訓(xùn)，建議水庫設(shè)計、施工和運(yùn)行期間，結(jié)合現(xiàn)場的實際情況，詳細(xì)深入地研究相應(yīng)的排沙治理方案，對水庫運(yùn)行安全和經(jīng)濟(jì)效益起到積極的重大作用。