小浪底庫區(qū)塌岸對淤積庫容的影響分析

盧壽德 盧廣毓 李延林

（1黃河水利委員會中游水文水資源局 2黃河水利委員會信息中心）

小浪底水庫位于河南省洛陽市以北黃河中游最后一段峽谷的出口處，上距三門峽水利樞紐130 km，下距河南省鄭州花園口128 km，是黃河干流上的一座集減淤、防洪、防凌、供水、灌溉、發(fā)電等為一體的大型綜合性水利工程。壩址控制黃河流域面積92.3%和近100%來沙量[1]。水庫設計總庫容126.5億m3，其中防洪庫容41.0億m3，調(diào)水調(diào)沙庫容10.0億m3，淤積庫容75.5億m3。大壩高160 m，壩長1 667 m，壩型為粘土斜心墻堆石壩。1994年9月主體工程正式開工，1997年10月28日截流，2000年初第一臺機組投產(chǎn)發(fā)電，2001年底主體工程全部完工。小浪底水庫地處黃河流域，由于黃土區(qū)的地形地貌與地質(zhì)特點，隨著水庫蓄水和運行時間的延長，庫區(qū)水文動態(tài)發(fā)生變化，致使庫岸土體含水量狀態(tài)改變，抗剪力強度下降[2]，極易發(fā)生邊坡塌岸、滑坡等現(xiàn)象；坍塌物入庫造成水庫淤積，降低了水庫的有效庫容，將會對防洪和調(diào)水調(diào)沙造成影響[3-4]。研究小浪底水庫塌岸對淤積庫容的影響，不僅可以掌握該水庫的水文地質(zhì)環(huán)境狀況，而且可對庫區(qū)的水土保持綜合治理、可持續(xù)化管理提供重要支撐。

1 水庫淤積問題及分析思路

水庫淤積主要包括兩部分：一是上游泥沙沿途淤積；二是庫區(qū)塌岸淤積。水庫塌岸是水庫蓄水后的自然現(xiàn)象，但其危害和影響程度各異。危害和影響主要有：一是大量土體坍塌入庫產(chǎn)生淤積，減小庫容，影響水庫的綜合效益；二是塌落物可淤塞、填堵引水建筑物的進水口，影響正常供水；三是岸線后移，致使庫邊農(nóng)田、建筑物和道路等遭受毀壞，影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們的正常生活；四是如預測塌岸嚴重，將影響開發(fā)方案、壩址或設計蓄水位的選擇等；五是壩前庫岸如發(fā)生坍塌，將影響大壩的運行安全。

水庫塌岸影響因素諸多，主要是內(nèi)因（如坡體結構、不利弱面組合等）與外因（地震、降水、水庫蓄水位變化、人類活動誘發(fā)滑坡等）。首先，我們通過實地勘察、表象觀測水蝕、目測塌方痕跡等，統(tǒng)計塌方點位及易發(fā)生河段；然后，選取典型剖面、淤積河段，通過實測斷面淤積數(shù)據(jù)對比變化過程，分析對淤積斷面的影響；最后，估算塌方寬度與塌方量，分析對淤積庫容的影響。

2 小浪底水庫蓄水及河段劃分

2.1 蓄水情況

水庫塌岸與蓄水情況關系密切。小浪底水庫設計最高蓄水位275 m，從運行情況看，蓄水超過250 m以上11 a（次），超過260 m以上6 a（次），最高為2012年270.11 m。由于每年進行調(diào)水調(diào)沙實驗，水位變化頻繁，年最高蓄水水位級分布均勻，塌岸分析的代表性較好。水庫歷年蓄水水位變化情況見圖1。

圖1 2000-2015年小浪底水庫蓄水運用水位變化情況

2.2 河段劃分

依據(jù)小浪底水庫地形、地質(zhì)特征，劃分分析河段。第一段：寬深段，壩前至八里胡同出口HH16斷面，斷面寬深，邊坡趨緩，兩岸多為石山坡，間或土山坡，坡度較緩；第二段：HH16斷面至河堤泥沙因子站HH38斷面，斷面寬深，岸邊坡度較大；第三段：HH38斷面至尖坪HH53為深山區(qū)，兩岸陡峻，斷面受回水頻繁變動影響。HH53以上至三門峽大壩一般為自然河道，斷面變化不大。小浪底水庫斷面主河槽一般在200-300 m，275 m蓄水高程河寬河堤（HH37）以上及八里胡同（HH17）河段一般在300-700 m，河堤至八里胡同上口及八里胡同以下一般在1 000-3 000 m之間。斷面位置、干流斷面寬度及距壩前距離見圖2。

圖2 干流淤積斷面（高程275m）河寬沿程分布圖

3 實地勘察分析

實地勘察情況見表1。表1統(tǒng)計顯示，塌方主要位于陡峻沙土邊坡，主要有：HH22-23斷面之間左岸、HH26-31斷面之間右岸、HH34-38斷面之間兩岸、HH43-44之間左岸。這些區(qū)域是水庫主要塌方區(qū)，隨著水庫水位的不斷變化，小范圍的塌方仍然不斷發(fā)生。

在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，小浪底庫區(qū)有兩處塌方現(xiàn)象：一處位于干流，屬于分析河段；一處位于右岸支流西陽河。從邊坡特點來看，均位于山體陡峻破碎的石山區(qū)。屬于類似河段情況的大致是：HH16-19河段兩岸、HH24-25河段兩岸、HH27-29河段左岸、HH39-52斷面之間以上陡峻石山邊坡，這些區(qū)段發(fā)生滑坡的可能性較大。

4 典型剖面塌岸對比分析

4.1 HH22-23河段塌方分析

圖3 黃河27斷面淤積過程對照圖

表1 小浪底水庫干流河段塌岸勘察情況一覽表

HH22-23之間左岸處于彎道弧頂，沙土邊坡，坡度陡峻，呈臺階型，塌岸痕跡明顯。庫水位250 m以下經(jīng)過坍塌、浸泡，岸坡已趨穩(wěn)定。當蓄水位超過250 m以上陡峻岸坡時，從西陽河河口以下1-2 km，受彎道頂托屬于塌方區(qū)域，河段的塌方主要淤積于主河槽。

4.2 HH27-28河段塌方分析

該河段右岸為沙土邊坡，屬于明顯的塌方區(qū)，塌方位置陡峭，隨時都有塌方的危險。從HH27斷面（圖3）上對比分析，斷面右岸塌岸表現(xiàn)較為明顯，起點距700-900 m之間、橫向近200 m，逐漸塌岸。從起點距500-700 m形成的河底緩坡，斷面所處河道順直，對比其他斷面，挾沙水流淤積河道，淤積面平坦，因此河底緩坡應是塌方淤積形成。水位253 m以上起點距1 075 m為20 m的沙土陡坎，塌岸痕跡明顯，整體山丘為沙土，是庫區(qū)塌岸的明顯區(qū)域。隨著蓄水水位的增高，浸泡塌方仍會長期發(fā)生，再造岸坡，改變邊坡形態(tài)。

4.3 HH34-35河段塌方分析

HH34-35河段兩岸同屬于沙土岸坡，岸坡地勢平緩，水面寬度超過2 000 m，沒有明顯的塌方痕跡，塌方與其邊坡形態(tài)有關。雖然不屬于窄束河段，因河段的邊坡屬于沙土類型，有助于預測類似地形河段的塌岸現(xiàn)象。右岸邊坡塌方主要泥沙堆積，使邊坡趨于平緩。

4.4 HH37-38河段塌方分析

HH37-38河段之間，右岸為沙土岸坡，呈梯田狀，發(fā)生經(jīng)常性塌方，實地塌方痕跡明顯，但塌方量不大。由于HH37斷面位于岸邊凹槽處，斷面圖表現(xiàn)不明顯。HH38斷面右邊坡陡峻，經(jīng)過2003年高水位后，邊坡后移，斷面圖顯示最大塌岸寬度20余m，邊坡形態(tài)均沒有明顯變化。

4.5 HH43-45河段塌方分析

HH43-45河段是水庫上游窄束段典型河段，河段左岸有近2 km長的沙土邊坡，屬庫區(qū)居民未搬遷之前的耕作區(qū)。邊坡陡峻，呈大幅度的梯田狀，邊坡塌岸痕跡明顯，塌岸土方量大，邊坡后移近100 m，從而改變了邊坡形態(tài)。HH43斷面位于該塌方的末端，陡峻的邊坡形態(tài)變成圓滑的岸坡，塌方從圖上表現(xiàn)不明顯；HH44斷面位于該區(qū)段上游，由于其之間的塌方區(qū)，使河岸后退近100 m；HH45斷面右岸表現(xiàn)為明顯的侵蝕塌方，塌方寬度近200 m。該河段窄束，且水庫泄水期處于自然河道行洪，部分沙土坡岸塌方面積較大，但泥沙形不成堆積，泥沙主要表現(xiàn)為沿程淤積。

塌方相對與水流方向有縱向和橫向，從繪制的部分斷面圖來看，塌方現(xiàn)象表現(xiàn)不明顯，主要是大部分塌方不全在斷面線上，如HH23斷面左岸縱向塌方更明顯。

從實地查勘和實測斷面圖分析，小浪底庫區(qū)不會出現(xiàn)大面積連續(xù)的塌岸現(xiàn)象，且水庫兩岸大多受石山區(qū)控束，隨著水庫蓄水位升高，塌方表現(xiàn)為局部、小范圍，水庫邊坡和蓄水線形態(tài)不會出現(xiàn)大的變化。

自1999年水庫開始蓄水，至2008年，HH16斷面以上河底高程位于220 m線以上，經(jīng)歷2003年、2006年兩次265 m高水位，水位260 m以下邊坡已趨穩(wěn)定。

由于黃河中游來水來沙的特殊性，汛期來水大多表現(xiàn)為水少沙大，對水庫的危害性較大。水庫泥沙淤積主要是挾沙水流泥沙沉積。以河堤泥沙因子站為例，1999年原始庫容測驗河底平面高程199 m，2007年10月淤積測驗河底高程230 m，淤積超過30 m。水庫塌方淤積實測資料表現(xiàn)不出來。從塌方痕跡觀測，塌方泥沙主要淤積在230 m以下主河槽中。

5 結語

黃土塌岸對小浪底水庫的影響不容忽視。在275 m庫水位時，松散土體岸坡段占庫岸總長近20%。據(jù)典型剖面分析，可能發(fā)生土體塌岸的所有地段，庫面寬度均大于500 m，多為沙土河岸且坡度較陡。小浪底庫區(qū)塌岸多為局部，對庫區(qū)地形地貌及庫容影響有限，塌方再造岸邊與水流挾沙淤積相比對庫容的影響較小，水庫邊坡和蓄水線形態(tài)也不會出現(xiàn)大的變化，塌方淤積主要影響局部邊坡形態(tài)。上部塌方主槽淤積，由于河槽沖刷能力有限，只改變庫容泥沙淤積的分布，對總淤積庫容變化影響不大。2006年高水位蓄水后，原來塌方的河岸逐步穩(wěn)定，HH26-38斷面之間的沙土區(qū)庫岸逐步穩(wěn)定。隨著庫區(qū)蓄水水位的升高，塌方仍然會局部、小范圍的發(fā)生，其塌方的位置不會有太大的變化，但其趨勢會逐步減弱?？偟膩碚f，關于小浪底庫區(qū)塌方研究還缺乏系統(tǒng)的觀測資料，對塌方的分析多局限于定性分析。因此，建議小浪底水庫淤積測驗應及早增加塌岸、滑坡等觀測項目，為水庫減淤、災害防治提供監(jiān)測數(shù)據(jù)。