山區(qū)水庫泥沙淤積機(jī)理及其對(duì)水資源可持續(xù)利用的影響分析

中圖分類號(hào)：TV698.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095-3305(2025)05-0248-03

山區(qū)水庫是十分重要的水利設(shè)施，被普遍應(yīng)用于防洪、灌溉、發(fā)電等方面。然而，隨著水庫運(yùn)行時(shí)間的增長，泥沙淤積問題日益嚴(yán)峻，不利于水庫功能的充分發(fā)揮，并制約了水庫效益的提升。泥沙淤積除了會(huì)縮減水庫有效庫容，還會(huì)引起水質(zhì)惡化，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)失衡，不利于水資源可持續(xù)利用。因此，需要深入探究山區(qū)水庫泥沙淤積的機(jī)理，分析其對(duì)水資源可持續(xù)的影響，從而確保水庫穩(wěn)定運(yùn)行。

1工程案例

以石灰關(guān)水庫工程為例，該工程處于山區(qū)峽谷地帶，流域面積約 68.1km² ，具備防洪、灌溉功能。根據(jù)該水庫泥沙淤積數(shù)據(jù)(表1)可知，水庫初始興利庫容為232萬 m³ (1978年)，至2018年安全鑒定時(shí)減少至108.54萬 m³ ，累計(jì)淤積量123.46萬 m³ ，年均游淤積速率約為3.09萬 m³/ 年(按40年計(jì)算)。淤積原因表現(xiàn)為流域內(nèi)水土流失嚴(yán)重，暴雨洪水?dāng)y帶大量泥沙入庫，未設(shè)置排沙設(shè)施(如排沙底孔或沖沙閘)，水庫運(yùn)行水位長期偏高，泥沙沉降速率加快。

為治理水庫泥沙游積，在輸水洞底部增設(shè)沖沙閘，結(jié)合水力沖沙。設(shè)計(jì)沖沙流量 ?10m³/s ，每年汛前實(shí)施1\\~2次集中沖沙。采用“蓄清排渾”運(yùn)行模式，降低汛期水位，利用洪水自然排沙，結(jié)合水文預(yù)報(bào)動(dòng)態(tài)調(diào)整水位。流域內(nèi)植樹造林約 66667m² ，從而減少水土流失。研究表明，植被覆蓋率每提高 10% ，泥沙輸移量減少 15%～20%^[1] 每年機(jī)械清淤30萬 m³ ，結(jié)合水力沖沙。同時(shí)，布設(shè)1個(gè)水文站檢測(cè)泥沙輸移量。泥沙年淤積計(jì)算公式如下：

W_s=QXCX(1-η)

式(1)中， W_s 是年均游積量（ m³/ 年)； Q 為年均徑流量（ m³/ 年)，示例中 Q⁼³×10⁸m c 為含沙量 (kg/m³) ，示例中 C=2.5kg/m 當(dāng) η=0.4 時(shí)， W_s≈120 萬 m³/ 年。泥沙密度按照干密度計(jì)算， P 為 1.3～1.6t/m 攔沙壩設(shè)計(jì)為壩高 10～15m ，階梯式布置，攔截粗顆粒泥沙( d> 0.1mm )。單壩攔沙量計(jì)算公式如下：

V=3-τ-h-τ-w

式（②中， h 表示壩高；1表示河谷寬度； w 表示壩長。治理效果如表2所示。治理后年均淤泥量較治理前下降 42% ，水庫壽命延長至80年，泥沙輸移區(qū)域自然。

2山區(qū)水庫泥沙淤積的機(jī)理

水土流失是山區(qū)水庫泥沙淤積的主要來源。山區(qū)地形起伏大、降雨過于集中，地表徑流速度快，沖刷地表的能力強(qiáng)。處于該種自然現(xiàn)狀下，當(dāng)?shù)乇碇脖桓采w不足或受到破壞，雨水則會(huì)沖刷土壤，攜帶大量的泥沙進(jìn)入河流，匯入水庫中，形成淤積現(xiàn)象。尤其是在暴雨季節(jié)，短時(shí)間的強(qiáng)降雨必定加劇水土流失現(xiàn)象，增加入庫的泥沙量。

第二，河流地質(zhì)條件對(duì)泥沙淤積有著直接性影響。在黃土高原這類包含砂質(zhì)土壤的區(qū)域，土壤十分疏松，容易被水流侵蝕，河流攜帶泥沙經(jīng)過山區(qū)水庫后，由于庫區(qū)斷面增大、流速減緩，水流的挾沙能力減弱，泥沙則容易沉底。

第三，水庫的運(yùn)行方式和調(diào)度策略也會(huì)影響泥沙淤積。水庫在持續(xù)高水位運(yùn)行狀態(tài)下，水流速度減緩會(huì)加劇泥沙沉積現(xiàn)象。水庫的泄流排沙設(shè)施設(shè)計(jì)不合理或運(yùn)行不當(dāng)，也會(huì)導(dǎo)致泥沙無法有效排出，從而在水庫中逐漸積累[2]。

第四，人為因素也是山區(qū)水庫泥沙淤積不可忽視的原因。過度開墾、亂砍濫伐等人為活動(dòng)會(huì)破壞地表植被，影響植被對(duì)土壤的保護(hù)和固持作用，從而加劇水土流失和泥沙淤積問題。農(nóng)田灌溉、城市建設(shè)和工業(yè)排污等不合理的土地利用方式，也會(huì)顯著增加入庫泥沙量，從而加重水庫淤積問題。

3山區(qū)水庫泥沙淤積的影響

3.1對(duì)水庫調(diào)節(jié)能力的影響

泥沙淤積會(huì)影響山區(qū)水庫的水資源可持續(xù)利用率，削弱水庫的調(diào)節(jié)能力。泥沙在水庫中不斷沉積，水庫內(nèi)的蓄水空間隨之減小，這從一定程度上干擾了水庫儲(chǔ)存水和調(diào)節(jié)水流的能力，從而影響水庫在防洪、灌溉、發(fā)電和供水等方面的功能[3]。尤其是處于用水高峰期時(shí)，水庫調(diào)節(jié)能力降低，將無法滿足周邊區(qū)域的基本用水需求，進(jìn)而影響當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展。同時(shí)，淤積物可能直接堵塞水庫的泄洪設(shè)施，削弱水庫泄洪能力，引發(fā)安全隱患，直接威脅人民生命安全。游積物的出現(xiàn)還會(huì)使水庫的力學(xué)條件發(fā)生改變，影響水庫大壩的穩(wěn)定性。

3.2 對(duì)水質(zhì)的影響

第一，隨著水庫泥沙不斷淤積，沉積物中累積的有機(jī)物、重金屬等有害物質(zhì)，在水動(dòng)力擾動(dòng)或生物擾動(dòng)作用下，這些污染物會(huì)持續(xù)向水體釋放，造成二次污染，影響水質(zhì)環(huán)境。尤其是部分重金屬毒性較高，會(huì)直接威脅人類和水生生物的安全。

水庫泥沙淤積會(huì)增加懸浮顆粒物。水庫泥沙淤積會(huì)顯著提高水體中懸浮顆粒物含量，這些顆粒物不僅會(huì)影響水的透明度，還會(huì)通過吸附作用富集各類污染物，從而形成復(fù)合型水質(zhì)惡化問題。

第三，水庫泥沙淤積會(huì)導(dǎo)致水體的凈化能力下降。水庫泥沙淤積會(huì)改變其水動(dòng)力特性，削弱水體的自凈功能。這種凈化能力的減弱會(huì)使得污染物更難被降解，導(dǎo)致水質(zhì)持續(xù)惡化。水質(zhì)下降不僅威脅水生生物的生存環(huán)境，破壞生態(tài)平衡，還可能危及飲用水安全，對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生負(fù)面影響。

3.3對(duì)水庫使用壽命的影響

山區(qū)水庫的泥沙淤積現(xiàn)象是多重因素共同作用的結(jié)果，主要涉及流域水土流失、河流地質(zhì)條件、水庫運(yùn)行方式及人為因素。其中，水土流失作為主要泥沙來源，通過地表徑流將侵蝕物質(zhì)輸送至河道，最終在水庫庫區(qū)發(fā)生沉積；河流地質(zhì)條件，直接影響泥沙的礦物組成和粒徑分布特征；再次是水庫運(yùn)行方式，包括泄洪頻率和調(diào)度策略，決定了泥沙在水庫內(nèi)的輸移和沉積規(guī)律；人為活動(dòng)，通過改變流域下墊面條件間接影響淤積過程。其中，泥沙淤積對(duì)水庫使用壽命的影響表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

第一，庫容量逐漸減少。隨著水庫泥沙持續(xù)游積，庫容有效蓄水空間逐步縮減，導(dǎo)致水庫的蓄水能力和調(diào)節(jié)功能顯著衰退，抵抗自然災(zāi)害和極端天氣的能力也逐漸下降，安全隱患的出現(xiàn)概率也隨之增加。

第二，威脅大壩安全。泥沙淤積會(huì)直接威脅水庫大壩的安全性，淤積物會(huì)使大壩的受力情況發(fā)生改變，增加大壩的變形風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)大壩處于極端天氣下，可能存在嚴(yán)重的安全隱患[4]。

第三，水庫作為極為重要的水資源儲(chǔ)備與調(diào)節(jié)設(shè)施，其使用壽命的縮減，意味著水資源可持續(xù)利用能力也隨之降低。這一狀況不僅會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生不利影響，還會(huì)波及生態(tài)環(huán)境。

3.4對(duì)防洪標(biāo)準(zhǔn)的影響

泥沙淤積會(huì)改變水流條件，這不利于水庫洪水調(diào)節(jié)能力的提升。若洪水在水庫中停留時(shí)間過長，必然會(huì)對(duì)水庫本身及下游區(qū)域構(gòu)成威脅。水庫的防洪標(biāo)準(zhǔn)將因此下降，下游區(qū)域在洪水期間的防洪壓力便會(huì)隨之增大。一旦洪水規(guī)模超出了水庫的應(yīng)對(duì)能力，則引發(fā)嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害，不利于社會(huì)的穩(wěn)定與可持續(xù)發(fā)展。

4減少山區(qū)水庫泥沙淤積的策略

4.1加強(qiáng)水土保持

做好水土保持工作可以從根本上減少泥沙的產(chǎn)生。山區(qū)地形情況十分復(fù)雜，降雨集中，王壤侵蝕現(xiàn)象嚴(yán)重，這是引起水庫泥沙淤積的主要原因。首先，可通過落實(shí)水土保持措施，如植樹造林、梯田建設(shè)等水土保持策略，擴(kuò)大地表植被覆蓋面積，強(qiáng)化土壤的保水固土能力，防止水土流失和泥沙產(chǎn)生。在確保山區(qū)生態(tài)平衡的基礎(chǔ)上，減少泥沙在水庫中的淤積，提高資源利用率。其次，水土保持工作還可以改善水庫的水質(zhì)。泥沙淤積不僅會(huì)占據(jù)大量水庫蓄水空間，還可能導(dǎo)致污染物隨泥沙進(jìn)入水庫。實(shí)施水土保持措施，能夠減少泥沙和污染物的入庫量，確保水庫水質(zhì)的清潔性，保障人類飲用水的安全性和水生生態(tài)系統(tǒng)的健康。最后，泥沙淤積會(huì)降低水庫的調(diào)蓄能力，影響防控效果，而通過開展水土保持工作，可以維持水庫的有效庫容，加強(qiáng)水庫在洪水期間的蓄洪和泄洪能力，降低洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

4.2 加大檢測(cè)力度

為了減少水庫泥沙淤積，可以將檢測(cè)設(shè)備安裝于水庫關(guān)鍵位置。例如，通過流速計(jì)和檢測(cè)儀動(dòng)態(tài)性地檢測(cè)水庫內(nèi)的泥沙含量，明確相關(guān)基本參數(shù)，獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，為后期評(píng)估泥沙淤積現(xiàn)象提供有效的數(shù)據(jù)依據(jù)。加強(qiáng)對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析，了解泥沙淤積的基本來源、影響因素，并結(jié)合這些信息科學(xué)制定治理措施。同時(shí)，這些信息能為評(píng)估相關(guān)措施的實(shí)施效果提供依據(jù)。如此一來，相關(guān)人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)治理過程中存在的問題，保障水庫安全運(yùn)行，提高水資源的利用率。

4.3加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)安全檢查

現(xiàn)場(chǎng)安全檢查工作包括現(xiàn)場(chǎng)安全檢查和檢測(cè)資料分析。實(shí)施該項(xiàng)工作的實(shí)質(zhì)性目的是明確安全檢測(cè)和檢測(cè)資料中存在的問題，獲取相關(guān)的計(jì)算參數(shù)，為各項(xiàng)復(fù)核計(jì)算及評(píng)價(jià)提供準(zhǔn)確的資料[5]。從實(shí)際情況來看，大壩安全檢測(cè)設(shè)施不健全、部分設(shè)施過于陳舊，且采取的維修和管理措施滯后，大壩安全檢測(cè)資料的完善程度不高，難以真實(shí)反映大壩的具體運(yùn)行現(xiàn)狀。因此，只有采取現(xiàn)場(chǎng)安全檢測(cè)的方式，才可以了解水庫大壩的實(shí)際運(yùn)行情況。由此可見，現(xiàn)場(chǎng)安全檢測(cè)工作的開展是水庫大壩安全評(píng)價(jià)中非常重要的一環(huán)。檢測(cè)內(nèi)容主要包括以下方面：其一，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況實(shí)施檢查工作，一旦發(fā)現(xiàn)對(duì)水庫大壩安全產(chǎn)生影響的因素，必須及時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，確定發(fā)生問題的位置，必要的情況下開展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)或室內(nèi)試驗(yàn)，從而獲取精準(zhǔn)的復(fù)核計(jì)算參數(shù);其二，掌握大壩壩體現(xiàn)狀，包括填土、混凝土和漿砌石的質(zhì)量，有針對(duì)性地對(duì)工程地質(zhì)進(jìn)行勘探和質(zhì)量檢查，獲取滿足統(tǒng)計(jì)取值要求的試樣，并開展室內(nèi)試驗(yàn)；其三，對(duì)閘門啟閉機(jī)進(jìn)行詳細(xì)檢驗(yàn)，根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行復(fù)核計(jì)算和安全評(píng)價(jià)工作。

4.4健全配套設(shè)施

水庫大壩的安全檢測(cè)是確保水庫穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而健全的檢測(cè)設(shè)施則是基礎(chǔ)工作中的重中之重。一般情況下，可以將安全檢測(cè)類型劃分為多方面，包括滲透檢測(cè)、壩體變形檢測(cè)以及環(huán)境檢測(cè)等。通過系統(tǒng)性分析安全檢測(cè)期間的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步了解和掌握大壩的安全運(yùn)行狀況。一旦出現(xiàn)異常狀態(tài)，相關(guān)人員能夠及時(shí)采取合理措施加以解決。

為了保障檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，相關(guān)部門應(yīng)不斷改善和創(chuàng)新檢測(cè)設(shè)備，加大投人力度，充分發(fā)揮安全檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)，為水庫的安全運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。相關(guān)部門應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)的鑒定結(jié)果制定完善措施，例如開展除險(xiǎn)加固工作。在尚未實(shí)施水庫除險(xiǎn)加固之前，落實(shí)完善的應(yīng)急策略，以此減少水庫安全隱患。針對(duì)水庫內(nèi)存在的問題，各級(jí)政府部門務(wù)必加大投資力度，推進(jìn)實(shí)施病險(xiǎn)庫的除險(xiǎn)加固作業(yè)；對(duì)暫時(shí)難以有效解決的問題，需要做好臨時(shí)工程措施；對(duì)那些僅存在險(xiǎn)情且長年難以發(fā)揮效益的水庫，應(yīng)采取合理措施予以報(bào)廢處理，將防汛隱患徹底消除。

4.5 采取工程措施

當(dāng)前，采取工程措施能夠有效減少泥沙進(jìn)入水庫。例如，在河流上游或水庫的入口處建設(shè)攔沙壩，阻止泥沙進(jìn)入水庫，從而減少水庫淤積現(xiàn)象的發(fā)生。在這些設(shè)施的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)充分考慮河流的水文特征和泥沙特征，以確保設(shè)施發(fā)揮良好的攔截效果[。與此同時(shí)，對(duì)水庫泄洪系統(tǒng)實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化改造，通過精確調(diào)控下泄水流流速，有效攔截入庫泥沙，減少泥沙在庫內(nèi)的沉積。此外，可以在水庫內(nèi)設(shè)置人工清淤設(shè)施，定期開展清淤作業(yè)，確保其處于良好的蓄水狀態(tài)。將工程措施與水土保持、水庫調(diào)度等措施結(jié)合，可有效減少泥沙淤積問題的發(fā)生，優(yōu)化水庫的運(yùn)行狀態(tài)，構(gòu)建完善的泥沙防御體系，為水資源的合理利用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5結(jié)束語

山區(qū)水庫泥沙淤積問題復(fù)雜且嚴(yán)峻，對(duì)水庫功能發(fā)揮、水資源可持續(xù)利用及區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重威脅。通過工程案例分析，探討了水庫泥沙淤積機(jī)理，評(píng)估了其影響，深入剖析了水庫泥沙淤積的成因與危害，并提出了加強(qiáng)水土保持、加大檢測(cè)力度、加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)安全檢查、健全配套設(shè)施及采取工程措施等綜合治理策略。未來，相關(guān)部門需持續(xù)深化研究，創(chuàng)新技術(shù)手段，加強(qiáng)多部門協(xié)作，共同構(gòu)建科學(xué)有效的泥沙防御體系，確保山區(qū)水庫持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的水資源保障。

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