紫坪鋪水庫淤積綜合分析及處理對策

李 洪，由麗華，王丹柏，王宏偉

（四川省紫坪鋪開發(fā)有限責任公司，610091，成都）

紫坪鋪水利樞紐位于岷江上游下段關口位置，是不可多得的調(diào)節(jié)水庫，主要擔負四川成都地區(qū)綜合供水和防洪任務，兼有發(fā)電、生態(tài)環(huán)境保護和旅游等綜合功能，對保障區(qū)域供水安全、防洪安全、糧食安全、生態(tài)安全等具有重大戰(zhàn)略意義。2008 年“5·12”汶川地震后，水庫淤積問題突出，一定程度上影響了樞紐工程功能的正常發(fā)揮。為全面了解地震后水庫庫區(qū)地形及淤積變化情況，四川省紫坪鋪開發(fā)有限責任公司先后于 2011 年、2013 年、2014 年、2015年、2019年進行了 5次水下地形測量。基于歷次測量結果，結合上游流域地形地貌變化情況，對紫坪鋪水庫淤積現(xiàn)狀、成因及影響等進行了綜合分析并提出了水庫控淤、減淤對策，對延長水庫使用壽命、改善水庫生態(tài)環(huán)境、更好地保障成都平原經(jīng)濟區(qū)急劇增加的用水需求等具有重要意義。

一、紫坪鋪水庫淤積現(xiàn)狀分析

1.地震后入庫沙量分析

2008 年“5·12”汶川地震后，紫坪鋪水庫遭遇了自有實測資料以來罕見的連續(xù)平水豐沙年。2008—2018年紫坪鋪水庫入庫泥沙是建庫前紫坪鋪水文站1955—2005年多年平均來沙量的 0.61～3.68倍，2008—2013年相同徑流量來沙明顯增加，后續(xù)有所回落，2017年、2018年又有所增加，說明地震對入庫沙量仍有影響。

2.淤積量變化分析

對紫坪鋪水庫各時期淤積量進行對照可看出，地震后各測次期間年均淤積量均遠大于紫坪鋪水文站多年平均來沙量604萬m3。根據(jù)樞紐工程原設計成果，運行30年水庫淤積2.02億 m3， 年均淤積 673.3萬 m3，地震后至2019年5月水庫累計淤積1.5億 m3，年均 1 360萬 m3，連續(xù) 11年淤積量相當于原設計22年的淤積量，淤積速度較原設計加快了一倍。

3.淤積趨勢分析

以2008年為起點，作歷次觀測時期年均淤積量和歷年最大洪峰的散點圖并添加趨勢線（見圖1）。地震后水庫年均淤積量與入庫洪水大小未呈現(xiàn)出完全正相關性，歷年最大洪峰趨勢線為山型曲線，但水庫年均淤積量總體呈下降趨勢。主要原因是隨著時間推移以及上游生態(tài)環(huán)境不斷恢復，山體結構逐漸穩(wěn)定，入庫泥沙量逐漸減少，但2016年后由于上游降雨增加，水庫淤積有所回升，說明上游生態(tài)環(huán)境仍很脆弱，還沒有恢復到地震之前水平，需進一步加強上游生態(tài)保護。

4.淤積形態(tài)分析

地震時老母孔斷面左岸發(fā)生山體滑坡，在水下形成了巨大的堰塞體，大部分入庫泥沙在堰塞體上游被攔截形成淤積，導致不能形成正常的典型淤積三角洲逐步向壩前推移。截至2019年堰塞體以上主河道逐漸達到淤積平衡，水庫淤積已開始向壩前推移，可以預見，今后堰塞體上游仍會進一步淤積抬高，但大部分淤積物會向前推移進入水庫核心區(qū)，對樞紐工程安全運行造成影響。

5.庫容變化分析

統(tǒng)計不同年份的實測特征庫容，并繪制出不同特征庫容變化曲線（見圖2）。從圖2分析可知，地震前水庫不同特征水位庫容變化不大，地震后水庫淤積加劇，庫容損失明顯，至2019年已有減緩趨勢。

6.庫容淤積分布分析

水庫在不同水位段上有效庫容損失情況不一，總體上隨著水位的增高，水庫庫容損失呈減少變化趨勢，損失最大的區(qū)間在845m以下，損失基本都在10%以上，其中817～820m段、820～825m 段、825～830m 段損失分別超過40%、30%和20%；在845～875m之間，庫容損失總體較為穩(wěn)定，基本控制在5%以內(nèi)；875m以上，由于受支流河床淤積影響，庫容損失有所增大。

圖1 地震后紫坪鋪水庫平均年淤積量和最大洪峰流量變化曲線圖

圖2 不同特征水位庫容變化情況

7.淤積物沿程變化特性分析

對庫區(qū)淤積物進行沿程采樣分析后認為，水庫淤積形態(tài)主要以黏粒和粉砂為主，含有少量中細砂。水庫淤積三角洲尾部段以上主要是推移質(zhì)淤積，推移質(zhì)淤積物中數(shù)粒徑由0.65mm減小至0.15mm左右。距壩17.73 km處的斷面附近中數(shù)粒徑急劇變化，由0.15mm減為0.02mm，之后中數(shù)粒徑沿程逐漸減小。同時，2019年5月與2015年10月相比，庫區(qū)淤積物中數(shù)粒徑沿程略有增加。

二、紫坪鋪水庫淤積成因分析

1.大壩修建導致水庫淤積

壩區(qū)泥沙淤積是普遍存在的現(xiàn)象，岷江為低泥沙含量河流，根據(jù)紫坪鋪站1955—1990年實測泥沙資料統(tǒng)計分析，多年平均懸移質(zhì)沙量為792萬t，多年平均推移質(zhì)沙量為70萬t。原初步設計階段對水庫建成運用 30年、50年、70年、105年水庫淤積情況進行了預測，各時期淤積量分別 為 2.020 億 m3、3.149 億 m3、3.370億m3、3.589億m3，水庫運行80年左右基本達到?jīng)_淤平衡。

用多功能微生物自動測量分析儀測量各抑菌圈的直徑，并照生物檢定統(tǒng)計法進行可信限率檢驗與效價計算，當可信限率不大于5%時，檢測結果有效，測定結果見表2。

2.地震后岷江上游河道輸沙量增加

對地震后每年入庫泥沙量進行計算研究可知，2008—2018年紫坪鋪水庫入庫泥沙是建庫前紫坪鋪水文站1955—2005年多年平均來沙量的0.61～3.68倍，除2016年以外均為豐沙年或特別豐沙年。經(jīng)研究主要原因：一是地震誘發(fā)崩塌、滑坡在岷江上游兩岸產(chǎn)生了大量的松散固體物質(zhì)，導致在同樣降雨條件下，河道輸沙量增加；二是地震后岷江上游兩岸山體森林植被破壞嚴重，造成了森林涵養(yǎng)水源的能效下降，水土流失嚴重，導致洪水含沙量增多；三是地震導致岷江上游河道坡度增加，水流攜沙、沖刷及侵蝕能力增強。

3.水庫兩岸山體滑坡

受“5·12”汶川地震影響，水庫老母孔斷面附近及龍溪河支流距離河口1 km位置，由于發(fā)生山體滑坡在水下形成了巨大的堰塞體，大量淤積物被擋在了堰塞體上游，原設計的水庫調(diào)度方式向下游排沙效果降低，從而加速水庫淤積。

4.庫周泥石流暴發(fā)

2008年以來庫區(qū)周圍先后暴發(fā)了三次重大泥石流：2009年7月20日，岷江魚子溪支流臥龍河耿達段發(fā)生重大泥石流；2010年8月13日，龍溪河龍池八一溝發(fā)生特大泥石流；2011年7月4日，壽溪河映秀鎮(zhèn)漁子溪附近發(fā)生重大泥石流。泥石流裹挾大量泥沙入庫，從而導致水庫淤積加快。

三、紫坪鋪水庫淤積影響分析

1.對防洪能力的影響

水庫大量淤積物被阻擋在老母孔以上及龍溪河支流，無法正常通過水流裹挾至近壩核心區(qū)域，導致水庫核心區(qū)域死水位以下庫容充裕，但老母孔以上的主河道以及龍溪河支流淤積嚴重，侵占了部分防洪庫容。據(jù)計算，汛限水位850m以上已累計損失庫容2 821萬m3。

2.對農(nóng)田灌溉、城市供水等綜合效益的影響

從近幾年水庫運行情況來看，在主要灌溉和供水時段，水庫水位均位于820～825m之間。在該水位區(qū)間有近30%的庫容已被淤積，在進行水庫供水調(diào)度保障下游供水時，來自水庫庫容淤積的影響非常明顯，尤其是當上游來水量較小時，影響更為突出。

3.對水庫上游河道行洪的影響

主河道內(nèi)大部分入庫泥沙被老母孔堰塞體攔截，淤積集中在庫中及庫尾區(qū)域并逐步向上游發(fā)展形成“翹尾巴”現(xiàn)象，從而使庫尾及以上河床抬高，縮小原河道行洪斷面，水面比降和流速減小，最終造成庫尾及上游河道河槽行洪能力降低。

4.對大壩下游河道的影響

大量淤積物進入水庫后落淤庫區(qū)，原設計的水庫調(diào)度方式向下游排沙效果降低，造成清水下泄，下游河床長期經(jīng)受清水沖刷，無法得到泥沙補充，河道堤防和河道內(nèi)水工建筑物存在較大安全隱患。

5.對成都市供水安全的影響

近年隨著老母孔上游淤積不斷增加，主河道逐漸趨于淤積平衡，洪水期大量入庫泥沙將會直接被帶至下游，進入水庫核心區(qū)，形成異重流，造成下泄水流濁度增加，從而影響成都市供水安全。

四、控淤、減淤對策研究

截至2019年5月，紫坪鋪水庫已累計淤積約1.72億m3，將這一庫淤積物全部清理上岸并進行處置既不現(xiàn)實也沒必要。通過對淤積成因分析，可采取以下措施實現(xiàn)水庫控淤、減淤目的。

1.加強科學立法助推岷江上游流域生態(tài)環(huán)境保護

鑒于岷江上游的特殊地位和作用，建議加強立法、加快立法，通過制訂相關條例和辦法以提高流域生態(tài)環(huán)境保護戰(zhàn)略地位，讓岷江上游流域生態(tài)保護有據(jù)可依、有據(jù)必依。

2.加快上游生態(tài)恢復減少區(qū)域水土流失

①實施切實可行的生態(tài)補償機制，在不增加百姓顯著負擔的前提下對農(nóng)業(yè)灌溉用水適當收費，適當提高供應自來水廠的原水價格，同時鼓勵下游水庫及用水單位建立生態(tài)環(huán)?；穑龅健耙运B(yǎng)水”，確保上游生態(tài)環(huán)境保護資金來源。

②堅持生態(tài)發(fā)展，禁止大開發(fā)，推進大保護。堅定不移實施主體功能區(qū)制度，根據(jù)岷江上游流域管理需要，結合自然地理條件和地方經(jīng)濟發(fā)展，依法劃定流域管理范圍和保護范圍，減少過度開發(fā)建設和人為活動干擾。

③強化預防為主，堅持保護優(yōu)先，不斷加強對岷江上游區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有林草植被和各類水土保持成果的保護，以減緩和防止森林退縮、生態(tài)功能降低、草場退化與荒漠化等現(xiàn)象。

④因地制宜，重點做好各類自然保護區(qū)、風景名勝區(qū)、水土保持防護林區(qū)、水源涵養(yǎng)林區(qū)等植被較好區(qū)域的預防保護和生態(tài)自我修復工作，以遏制生態(tài)環(huán)境不斷惡化的趨勢。

⑤積極開展自然生態(tài)治理工作，加快水土流失防治步伐。大力開展天然林保護、退耕還林（草）、泥石流溝及山體邊坡治理、生態(tài)自我修復和以流域為單元的水土保持工程等各種形式的生態(tài)治理項目。

3.做好水庫淤積物清理逐步恢復水庫有效庫容

從電站發(fā)電及大壩安全運行角度，老母孔位置水下堰塞體是有利的，但目前老母孔以上主河道已基本達到淤積平衡，每年新入庫1 400多萬m3淤積物直接被帶至水庫核心區(qū)，給水庫防洪、供水灌溉等功能發(fā)揮以及樞紐工程運行安全造成影響，因此開展水庫清淤十分必要。一方面在堰塞體上游河道開展機械清淤，以達到控淤、減淤目的，保留水下堰塞體用于繼續(xù)攔截淤積物進入水庫核心區(qū)，確?！伴T前清”要求和大壩運行安全；另一方面根據(jù)現(xiàn)有入庫水沙關系和新的邊界條件，積極開展基于紫坪鋪水庫庫容保持的水沙平衡調(diào)度措施研究，增加水庫泥沙下泄，以維持或逐步恢復水庫有效庫容。

五、結 語

①岷江上游是成都平原重要的生態(tài)屏障和水源生命線，加強岷江上游生態(tài)環(huán)境保護，加快上游生態(tài)系統(tǒng)恢復，助推成都平原持續(xù)健康高質(zhì)量發(fā)展，已成為共識。

②受 2008 年“5·12”汶川地震影響，水庫庫岸塌方，上游地區(qū)地形地貌極不穩(wěn)定，汛期地質(zhì)災害頻發(fā)，淤積物入庫量急劇增加，水庫淤積速率較原設計加快了一倍，對上下游河道及樞紐工程綜合效益正常發(fā)揮均造成一定影響，盡快開展水庫控淤、減淤措施十分必要。

③隨著時間推移及上游生態(tài)環(huán)境不斷恢復，山體結構逐漸穩(wěn)定，在沒有強降雨和洪水發(fā)生時入庫泥沙量呈減少趨勢，但上游生態(tài)環(huán)境脆弱，需加強上游生態(tài)環(huán)境保護。

④紫坪鋪水庫位于岷江上游末端關口位置，上游因地震誘發(fā)產(chǎn)生了大量松散固體物質(zhì)以及生態(tài)破壞產(chǎn)生的水土流失，被暴雨沖入河道后沿江而下，基本上都進入了紫坪鋪水庫，因此持續(xù)開展紫坪鋪水庫淤積研究，對于岷江上游生態(tài)環(huán)境修復及地質(zhì)結構穩(wěn)定情況研究具有一定的驗證和參考價值。