水庫上游河道再造床過程調查研究

葉曉晶

（揚州大學，江蘇 揚州 225000）

1 河床演變原理

河床演變的根本原因是河道輸沙的不平衡。當上游來沙量大于本河段水流的挾沙能力時，水流不能把上游來沙全部沖刷走，便會發生泥沙淤積，使得河床抬高。當上游來沙量小于本河段水流的挾沙能力時，會導致沖刷河床，使河床高度下降。在一定條件下，河床演變往往朝著使變化停止的方向發展，即河床處于淤積狀態時，其淤積速度會逐漸降低，直至淤積停止；當河床處于沖刷狀態時，其沖刷速度也會逐漸降低，直至沖刷停止。修建大壩必然會損壞河流在演化中逐漸建立起來的平衡狀態。河流的搬運物在水庫中發生淤積，使大壩以上河段的侵蝕基準面抬高，導致河床組成物質發生細化、水流泥沙運動發生變化。

2 水庫對河床的影響

修建水庫會導致上游儲水量增加，地表水對地下水的補給量增多。這會增加庫區河段的承重，這種重力一部分來自庫區中水的壓力，剩余部分是地表水對地下水補給量的增多導致地下水位上升造成的。

水庫蓄水必定使得上游水位抬高、水體流速降低、挾沙能力降低。水庫蓄水會削弱庫區水力因子，為了適應水力因子的變化，庫區發生淤積是必然的。淤積給上游河道帶來了許多不利的影響：①對生態環境的影響。泥沙淤積會給水庫以上河道及周圍地區的生態環境帶來不利影響。當河流在水庫淤積的同時，也會向上游延伸，增加庫區的淹沒面積，從而改變生物的生存環境，造成生物死亡，可能引起水庫庫區內及庫區以上水體的富營養化，進而影響上游地區的生態環境。②對航運的影響。水庫的回水變動區極有可能發生泥沙淤積，形成三角洲，使得河床抬高、航道堵塞，給航運造成不利影響。回水區內的三角洲還會降低通航橋的凈高，給通航帶來風險，甚至在枯水季時造成通航中斷。③對河床組成的影響。水庫的修建對河床組成也有影響。1979年的資料表明，葛洲壩蓄水前，天然河段的河床主要由卵石和粗砂礫組成，各河段枯期床沙的中數粒徑的平均值在5.63 mm以上；葛洲壩蓄水以后，常年回水區內床沙中數粒徑逐年降低，至1992年底兩壩之間河段的床沙中數粒徑平均值為0.158 mm，其他河段為0.219 mm。這說明該段河床主要由細沙和懸移質淤積物組成，而變動回水區和進庫段則維持在天然狀態，仍由卵石和粗砂礫組成。

對上游造成嚴重影響的水庫，當屬三門峽水庫為代表。三門峽水庫建成蓄水后，水中攜帶的泥沙開始在庫區淤積，并快速向上游河道延伸，在渭河匯入黃河口附近形成攔門沙，回水影響范圍延伸到渭南沿河地帶。三門峽水庫雖然使下游得到攔洪、發電等諸多效益，卻使水庫上游渭河及其支流的泥沙淤積日益嚴重，水害頻發。

3 淤沙特性及對河道的影響

為了更好地了解水庫的來沙淤積的特性、河道與淤沙的反應關系，小組一行人在暑假期間對鄱陽湖模型試驗基地進行了為期7 d的考察，主要對鄱陽湖湖區模型、贛江河道模型、撫河河道模型進行了考察。此外，還對江西省鄱陽湖水資源與環境重點實驗室和鄱陽湖生態模型館進行了參觀學習。整個實習考察極大地豐富了我們的水庫庫區、河道的相關知識，讓我們了解了很多湖區研究的方法和措施，對我們的科創試驗有著極大的幫助，現將成果整理如下。

鄱陽湖作為中國第一大淡水湖，其在水力學和生態學上的地位不可動搖。

鄱陽湖湖區模型按比例還原了鄱陽湖的各種地形地貌，主要用于模擬鄱陽湖的水沙環境和灘涂狀況，可進行鄱陽湖及江西五河物理試驗，為江西實現鄱陽湖生態經濟區戰略構想提供了科學研究平臺。期間，羅優帶領我們參觀了贛江模型和撫河模型。其中，贛江模型較為龐大，也更加精密。在贛江河道整治的工程中，基地提出了一整套科學的整治方案，其中包括贛江尾閭主支、中支、南支三河道擴卡口、疏浚，以穩定河勢。這個課題與我們的科創課題有重合之處，在我們的課題中，河道在建水庫的情況下，水沙在水庫淤積，使得泥沙向上游逐漸淤積移動，水庫水位上升，但通航能力下降，同時，因為河流改變了上游河床的高程，使得上游的河漫灘擴大。為了保證上游洪區人們的安全，要加強堤壩建設，但這是一項勞民傷財的工程，所以，最好的方式還是要對上游河道進行整治。在基地中提出由東河與西河的分叉口揚子洲頭、南支與中支的分叉口焦磯頭兩洲控導，以穩定分叉河的分流比，科學、合理地開發利用岸線岸灘資源。北支控制減輕北支及以下岔河兩岸提防防洪壓力，興建贛江南昌水利樞紐，與北支控制工程聯合運用，對贛江下游尾閭河道枯水位進行有效控制。這對我們的調查研究和后期提出治理意見有極大幫助。

4 水庫上游河道再造床過程調查的展望

以上是我們小組在半年時間內經過查閱資料、實地考察和數據分析得出來的成果。通過現有的文獻資料，我們可以得出以下結論：①河床演變的根本原因是河道輸沙不平衡。②河道在建造水庫的情況下，水庫蓄水削弱了庫區水力因子，為了適應水力因子的變化，泥沙在水庫淤積，并在上游逐漸淤積移動，水庫水位上升，通航能力下降。③因為河流改變了上游河床的高程，使得上游的河漫灘擴大，為了保證上游洪區的安全，要加強堤壩建設，但這治標不治本，根本上還是要對上游河道進行整治。針對以上興建水庫必然會導致水庫淤積問題，我們小組總結出兩大方面的解決辦法，第一方面是在汛期，可以采用排泄水中的泥沙、降落水位沖沙和放空沖砂這三種方法。另一方面是在非汛期，可以采用放空沖砂、異重流排沙和疏浚三種方法。

［1］樊云，成金海，王遠明，等.三峽工程動工以來葛洲壩水庫河床演變分析［J］.水文，2001（01）：32-36.

［2］高繼宗.三門峽水庫禍害上游的教訓［J］.中國減災，2008（07）：56-57.