水庫淤積原因分析及對策研究

王吉永

(齊齊哈爾市水利勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

1 概 況

某水庫位于烏裕爾河支流上,是一座以防洪、灌溉為主，兼顧養(yǎng)魚、旅游等綜合利用的中型水庫，該水庫始建于1958年，水庫設(shè)計標準為20a一遇洪水設(shè)計，100a一遇洪水校核。水庫控制流域面積125km2。水庫總庫容為1128萬m3，興利庫容559萬m3，水庫上游流域水土流失嚴重，經(jīng)多年運行之后，出現(xiàn)了淤積現(xiàn)象，不僅嚴重削減了水庫的有效庫容，而且使樞紐工程調(diào)蓄洪水能力得不到正常發(fā)揮。

2 水庫淤積量分析

2.1 水庫原設(shè)計按照水文圖集法計算水庫淤積庫容

水庫的總輸沙量包括懸移質(zhì)和推移質(zhì)。

2.1.1 懸移質(zhì)

懸移質(zhì)由水文圖集查得多年平均年輸沙模數(shù)為30t/km2，乘以集水面積125km2及修正系數(shù)1.5即為多年平均懸移質(zhì)年輸沙量5625t。

2.1.2 推移質(zhì)

按懸移質(zhì)的20%考慮，則多年平均年推移質(zhì)輸沙量為1125t。

2.2 淤積庫容

2.2.1 按水文圖集法計算淤積庫容

水庫淤積庫容按下式計算:

V=GT(1+Ks)/γ

(1)

式中：V為水庫所需淤沙庫容，104m3；G為年輸沙量，104t；T為水庫運行年限，取18年；Ks為推移質(zhì)與崩岸占懸移質(zhì)泥沙百分比，取20%;γ為泥沙容重，取1.3t/m3。

根據(jù)水文分析成果，多年平均懸移質(zhì)年輸沙量為5625t，多年平均推移質(zhì)年輸沙量為1125t，泥沙容重取1.3t/m3，按照50年來沙量全部淤積考慮，估算的泥沙淤積庫容為25.96×104m3。

2.2.2 實測法計算淤積庫容

1)庫容曲線：

本次對該水庫庫區(qū)進行了比例為1∶1000的地形圖實測，實測庫區(qū)地形圖與原設(shè)計中庫區(qū)地形圖進行對比分析，繪制量算出該水庫水位庫容面積關(guān)系，并通過該水庫實測庫容曲線與原初設(shè)庫容曲線對比可知，原設(shè)計中死水位214.50m，死庫容為75×104m3，本次實測死水位214.50m對應(yīng)的庫容為1.75×104m3，水庫由除險加固后至今運行18a后，死水位214.50m以下水庫淤積量為73.25×104m3，水庫淤積嚴重。

本次實測庫區(qū)與原設(shè)計庫區(qū)水位—庫容—面積曲線對比圖見圖1。

圖1 實測庫區(qū)與原設(shè)計庫區(qū)水位—庫容—面積曲線對比圖

2.3 水文圖集法與實測法計算淤積庫容對比

水文圖集法計算的水庫原設(shè)計泥沙淤積庫容為25.96×104m3，但僅僅運行了18年后，實測法計算的泥沙淤積庫容為73.25×104m3。實測法計算出的淤積庫容遠大于水文圖集法計算的淤積庫容。

3 水庫淤積對策研究

導(dǎo)致實測法計算出的淤積量遠大于水文圖集法計算的清淤量主要原因就是水庫上游水土流失的加劇。淤積不僅嚴重削減了水庫的有效庫容，而且使樞紐工程調(diào)蓄洪水能力得不到正常發(fā)揮。因此，對水庫進行清淤是非常必要的，但要想根本性的解決問題，還應(yīng)進行綜合整治，同時對水庫上游水土流失進行治理。

4 水土流失分析及對策

4.1 水庫上游土地利用現(xiàn)狀及地貌

根據(jù)對水庫上游流域面積土地進行分類統(tǒng)計，其中耕地占總面積的84.48%；林地占總面積的5.81%；草地占總面積的5.16%；水域及水利設(shè)施用地占總面積的0.27%；城鎮(zhèn)村及工礦用地占總面積的4.17%；交通運輸用地占總面積的0.05%；設(shè)施農(nóng)用地占總面積的0.04%。

該水庫上游流域面積內(nèi)地貌形態(tài)為高平原，最高海拔高程約為360m，最低海拔高程為180m，水庫上游流域內(nèi)坡度組成：≤0.25°的土地占總面積的13.84%，0.25°-1.5°的土地面積占總面積的81.25%，1.5°-3°的土地占總面積的4.91%。

該流域?qū)贃|北部高平原輕度侵蝕區(qū)，水土流失較為嚴重，水土流失主要類型為水力侵蝕，主要是坡耕地的面蝕。

4.2 流域水土流失原因分析

水土流失的成因概括起來主要有2個方面的因素：①自然因素；②人為因素。

4.2.1 自然因素

1)地形：流域處于高平原區(qū)，地勢南高北低。區(qū)內(nèi)溝谷縱橫的地形加之坡耕地中尚無保土耕作措施，使得耕地中形成坡面徑流。

2)降雨：小流域年平均降雨量495.4mm，降水年內(nèi)分布不均，67%的降水集中在6-9月份，且多大雨、暴雨，集中高強度的降水易引發(fā)洪澇漬和水土流失。

4.2.2 人為因素

人類對土地不合理的利用、破壞植被，加劇了水土流失的發(fā)生。

1)植被的破壞：資料顯示，區(qū)內(nèi)林地面積較之墾植初期已經(jīng)減少了21%，森林功能衰減，同時由于毀林、毀草開荒，林草涵養(yǎng)水源的能力下降，區(qū)內(nèi)小氣候環(huán)境惡化，水蝕加劇。

2)不合理的耕作制度：區(qū)內(nèi)耕地多為坡耕地，由于受到地形條件的限制，坡耕地中順坡、斜坡耕作的比例較大，再加之坡面較長，耕地內(nèi)缺少防護措施，降雨時來水流集中下泄，導(dǎo)致坡面不同形式、不同程度的水土流失。

4.3 治理措施

以小流域為單元，山、水、林、田、湖、草、村統(tǒng)一規(guī)劃，工程措施、植物措施、農(nóng)業(yè)技術(shù)和管理措施優(yōu)化配置，溝坡兼治，優(yōu)化水土資源配置，提高土地生產(chǎn)力，發(fā)展特色優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施提質(zhì)增效，持續(xù)改善生態(tài)和民生，保障區(qū)域經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展。其中工程措施主要包括谷坊、過水路面等。植物措施主要包括水土保持林等。農(nóng)業(yè)技術(shù)措施主要包括深松等。以發(fā)展型耕地侵蝕溝為重點，按不同區(qū)域治理需求與特點，實施坡面、溝道綜合防治工程[2]。

4.3.1 坡耕地治理工程

秋季農(nóng)作物收割完成后或第二年春季播種前對坡耕地進行深松，以打破犁底層，減少地表徑流和減輕土壤沖刷，提高土壤入滲能力的耕作方法。

1)分層深松使土層不亂，碎土能力強。一般在深松30cm時，應(yīng)安裝雙層深松鏟；在深松40cm左右時，應(yīng)安裝三層深松鏟。

2)深松耕法的適宜深度，因深松方法、土壤種類、作物特性、地勢崗?fù)莸牟煌兴煌?。黑土深?0-40cm，改善土壤通透性，減輕澇災(zāi)；坡耕地可適當(dāng)淺些，洼地內(nèi)澇，可適當(dāng)深些；本區(qū)主要作物為大豆和玉米，深松可適當(dāng)深些。

3)深松耕法的適宜寬度，因深松方法、土壤種類、土壤墑情等的不同而有所不同。土壤容重大，比較緊密的土壤，深松寬度一般在15m左右，反之在5-10cm之間；依據(jù)土壤容重，結(jié)合墑情適當(dāng)調(diào)整深松寬度，土壤墑情好的地塊可寬些，反之窄些。

4)施工時要沿等高線進行橫坡深松，以形成地下橫(暗)壟，提高土壤持水的能力，減少表土流失。

4.3.2 侵蝕溝治理

根據(jù)流域內(nèi)某代表性小流域資料，該流域侵蝕溝平均寬20.94m，平均深3.80 m，溝壑密度2.62 km/km2。根據(jù)不同的溝深及比降，對侵蝕溝進行削坡整形，采取柳樁編籬谷坊治理措施；溝坡、溝底裸露區(qū)域密植柳條造林，溝岸營造樟子松護岸林[3]。

4.3.3 植物措施

對不適合耕種的地塊實施退耕還林還草，構(gòu)建溝坡防蝕林，水土保持林，因地制宜的調(diào)整農(nóng)林牧用地結(jié)構(gòu)，發(fā)展經(jīng)濟林木，提高流域內(nèi)林草用地比例。