淺析水庫淤積問題及應(yīng)對措施

焦?fàn)I營 朱亞姬

【摘 要】對水庫進(jìn)行清淤處理具有極其重要意義。本文介紹了水庫泥沙沖淤現(xiàn)象和基本規(guī)律，并針對多沙水庫泥沙淤積問題提出了防治措施。

【關(guān)鍵詞】水庫；淤積；清淤；措施

在多沙河流上修建水庫，水庫淤積是普遍存在的現(xiàn)象。到目前世界各國對泥沙的產(chǎn)生都沒有得到有效控制，造成水庫泥沙淤積問題日益加劇 [1]。由于水庫淤積，庫容減小，水庫的調(diào)節(jié)能力也隨之減小。水庫的淤積不僅會影響水庫的綜合效益和使用壽命，而且還會使水庫上游的淹沒和浸沒范圍擴(kuò)大，兩岸地下水位升高，造成土地鹽堿化、沼澤化，同時(shí)破壞水庫下游河道的水沙平衡，加劇下游河床演變。同時(shí)，也降低了水庫原有的防洪、抗?jié)硺?biāo)準(zhǔn)和調(diào)整蓄水的能力。所以，需要加強(qiáng)對水庫現(xiàn)有工況的治理，采取各種有效的措施和手段，加強(qiáng)水庫的水環(huán)境改善和生態(tài)環(huán)境修復(fù)，提高水庫的綜合效益。

一、水庫沖淤現(xiàn)象和基本規(guī)律

1.庫區(qū)水流形態(tài)和輸沙流態(tài)

庫區(qū)水流形態(tài)主要有壅水流態(tài)和均勻流態(tài)兩種。均勻流態(tài)的挾沙特征與一般天然河道相同，稱為均勻明流輸沙流態(tài)，這種流態(tài)挾帶的泥沙數(shù)量沿程不變。當(dāng)來沙量與水流可以挾帶的沙量不一致時(shí)，就會發(fā)生沿程淤積或沿程沖刷。在壅水流態(tài)下，庫區(qū)可以發(fā)生以下三種輸沙流態(tài)：

（1）渾水進(jìn)入庫區(qū)壅水段后，泥沙擴(kuò)散到水流全斷面，由于壅水，流速沿程遞減，水流能挾帶的泥沙數(shù)量也沿程遞減；

（2）入庫渾水含沙較濃且細(xì)顆粒較多，渾水進(jìn)入壅水段后，不與庫內(nèi)清水發(fā)生全局性摻混，而潛到清水下面沿庫底向下游運(yùn)動(dòng)，則形成所謂的異重流輸沙流態(tài)；

（3）異重流抵達(dá)壩前而不能排出庫外時(shí)，異重流渾水在壩前清水水面以下滯蓄而形成渾水水庫。在壅水明流輸沙流態(tài)時(shí)，如泄流量很小，庫區(qū)壅水程度較大，流速極小而來沙較多、較細(xì)時(shí)，也會形成渾水水庫輸沙。

綜上所述，庫區(qū)不同的水流形態(tài)有著預(yù)制相應(yīng)的輸沙流態(tài)，而不同的輸沙流態(tài)，又產(chǎn)生不同的淤積形態(tài)。

2.水庫泥沙的沖刷現(xiàn)象

庫區(qū)泥沙沖刷可分為溯源沖刷、沿程沖刷和壅水沖刷三種：

（1）溯源沖刷。是指當(dāng)庫水位下降時(shí)所產(chǎn)生的向上游發(fā)展的沖刷。庫水位降落到淤積面以下越低，其沖刷程度越大，向上游發(fā)展的速度越快，沖刷末端發(fā)展的也越遠(yuǎn)。溯源沖刷發(fā)展的形式與庫水位的降落情況、前期淤積物的密實(shí)抗沖性等因素有關(guān)。

（2）沿程沖刷。是指不受庫水位升降影響的庫段，因水沙條件改變而引起的沖刷。即當(dāng)水沙條件如流量和含沙率發(fā)生變化的時(shí)候，就會與原來的河床不相適應(yīng)，為了調(diào)整河床使之適應(yīng)變化了的水沙條件所發(fā)生的沖刷（或淤積，淤積時(shí)即為沿程淤積）。

3、庫區(qū)泥沙淤積形態(tài)

庫區(qū)泥沙的淤積形態(tài)，分縱剖面形態(tài)與橫斷面形態(tài)；縱剖面形態(tài)基本上有三角洲淤積、錐體淤積和帶狀淤積。橫斷面形態(tài)主要有全斷面水平淤高、主槽淤積和沿濕周均勻淤積。

（1）三角洲淤積。淤積體的縱剖面呈三角形形態(tài)，這種淤積形態(tài)多見于庫容相對于入庫洪量較大的水庫，特別是湖泊型水庫。當(dāng)這類水庫的庫水位較高且變幅較小時(shí)，挾沙水流進(jìn)入回水末端以后，隨著水深的沿程增加，水流流速逐漸減?。幌鄳?yīng)挾沙能力也沿程減小，泥沙就不斷落淤。

（2）錐體淤積。淤積體的縱剖面呈錐體形態(tài)，這種淤積形態(tài)多見于多沙河流上的中小型水庫。這類水庫的壅水段短，庫水位變幅大；底坡大，壩不高，在進(jìn)庫水流含沙量較高的情況下，含沙水流往往能將大量泥沙帶到壩前而形成錐體淤積。

（3）帶狀淤積。淤積體的縱剖面自壩前到回水末端呈均勻分布的帶狀形態(tài)，這種淤積形態(tài)多見于庫水位變動(dòng)較大的河道型水庫，這類水庫在進(jìn)庫泥沙顆粒較細(xì)且水流含沙量較少時(shí)，往往形成帶狀淤積。影響淤積縱坡面形態(tài)的因素，包括有庫區(qū)地形、入庫水沙條件、水庫運(yùn)行方式、庫容大小等。其中，水庫運(yùn)用方式對淤積形態(tài)起著決定作用。

4、水庫泥沙沖淤的基本規(guī)律

水庫淤積的主要形式是壅水淤積。通過淤積對河床組成、河床比降和河床斷面形態(tài)進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而提高水流挾沙能力，達(dá)到新的輸沙平衡。同樣，沖刷也是通過對河槽的調(diào)整來適應(yīng)變化了的水沙條件。沖淤的結(jié)果都是達(dá)到不沖不淤的平衡狀態(tài)。這就是沖淤發(fā)展的基本規(guī)律，即沖淤平衡趨向性規(guī)律。

水庫泥沙沖淤的另一個(gè)基本規(guī)律是"淤積一大片，沖刷一條帶"。由于挾帶泥沙的渾水到哪里，哪里就會發(fā)生淤積，而淤積在橫斷面上往往是平行淤高的，這就是"淤積一大片"的特點(diǎn)。當(dāng)庫水位下降，水庫泄流能力又足夠大時(shí)，水流歸槽，沖刷主要集中在河槽內(nèi)，就能將庫區(qū)拉出一條深槽，形成灘槽分明的橫斷面形態(tài)，這就是"沖刷一條帶"的特點(diǎn)。

二、多沙河流水庫淤積的防治措施

水庫淤積的防治措施，主要包括3個(gè)方面，即控制入庫泥沙，排渾減淤措施和排淤措施[2]。

1.控制入庫泥沙

水土保持是減少水庫淤積的根本途徑，它既能保水保土保肥，又能攔沙。減少入庫泥沙量。水土保持措施主要包括生物措施、農(nóng)業(yè)措施和工程措施3個(gè)方面，應(yīng)根據(jù)具體情況合理進(jìn)行選擇。如植樹造林、種草綠化荒山；合理耕種梯田，深耕密植，開溝攔截地表水；修筑淤地壩、攔沙堰、攔泥庫等。另外還有壩庫聯(lián)合運(yùn)用和清洪分治措施。

2.排渾減淤措施

選擇合理的水庫運(yùn)用方式，主要包括引洪放淤、蓄清排渾、攔洪蓄水、異重流排沙等運(yùn)用方式。

（1）引洪放淤。引洪放淤主要有引洪淤灌、淤灘造田和洼地放淤等方式；通過水庫的引洪放淤，不僅可以營造農(nóng)田、改良土壤，也可以減輕水庫的泥沙淤積程度。

（2）蓄清排渾。多沙河流的泥沙主要集中在汛期，尤其是汛期的前幾次洪水。蓄清排渾運(yùn)用方式，就是在汛期的主要來沙季節(jié)，采用空庫迎汛或降低水位運(yùn)用，當(dāng)洪水挾帶大量泥沙入庫時(shí)，利用排沙設(shè)施（如排沙底孔、輸沙隧洞）排沙減淤，當(dāng)河中含沙量較小時(shí)，攔蓄徑流，蓄水興利。也可以通過并聯(lián)、串聯(lián)水庫，多個(gè)聯(lián)合運(yùn)用，以達(dá)到蓄清排渾的目的。另外，也有通過引清入庫或筑滲水壩蓄清水，汛期泄洪排渾。

（3）攔洪蓄水。對于庫容相對較大，河流含沙量較小的水庫，可以采用攔洪蓄水，即水庫常年蓄水，非汛期攔蓄基流，汛期攔蓄洪水，并根據(jù)具體情況泄放水量。由于水庫常年蓄水，往往淤積速度較快、水庫壽命縮短，所以有時(shí)要結(jié)合蓄清排渾運(yùn)用方式。

（4）異重流排沙。在水庫蓄水情況下，當(dāng)洪水挾帶大量泥沙入庫時(shí)，由于清水與渾水比重有差別，兩者基本不相混摻，而是渾水潛入庫底并向壩前運(yùn)行。此時(shí)若及時(shí)打開底孔閘門，將渾水排出庫外，則可減少水庫淤積量。由于水庫在異重流排沙前后均能蓄水，使水庫在汛期保持有一定的調(diào)蓄能力，而不產(chǎn)生大量棄水，所以對水流較缺或不能泄空排沙的水庫較為適用。我國北方干旱與半干旱地區(qū)，水量缺乏，水庫排沙與蓄水興利的矛盾相對突出。

3.排淤措施

（1）空庫排淤。可采用泄空沖沙、基流沖沙、人工排沙三種方式。（2）橫向沖蝕。攔截水庫上游水流或開辟新的水源，沿兩側(cè)適當(dāng)高程開挖高渠，利用灘槽高差人為開挖小溝槽進(jìn)行橫向沖蝕。（3）機(jī)械排淤。

三、結(jié)束語

水庫排沙措施應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行比較，可單獨(dú)使用，也可結(jié)合進(jìn)行，以更好地減輕水庫淤積?？傊?，制定合理的水庫運(yùn)用方式，使多沙河流水庫長期發(fā)揮興利效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 韓其為. 水庫淤積[M]， 北京：科學(xué)出版社，2003

[2] 萬新宇. 多沙河流水庫調(diào)水調(diào)沙研究與應(yīng)用[D].河海大學(xué)碩士論文 2005，6

作者簡介：

焦?fàn)I營（1986～），女，碩士，主要從事水文水資源方向的研究。