水庫泥沙淤積研究綜述

(重慶交通大學 重慶 400074)

一、引言

水庫淤積在水庫建設和運轉中是一個非常難解決的問題。河流上修建水庫后,庫區即發生淤積。產生淤積的實質,顯然是由于水位升高,過水面積加大,流速減緩,從而使挾沙能力降低所致在建設水庫時，會一定程度上破壞河流的一些條件，比如水力、泥沙條件，而且還會破壞河床界限之間的平衡，這樣，水沙條件和河床狀態會隨之改變。因此，在對于水庫淤積問題上如何處理，將會影響到水庫，帶來一些問題[1]。

二、我國水庫泥沙淤積研究綜述

(一)水庫淤積研究的成就和進展

盡管我國水庫大量興建的時間不算長，但是由于多沙河流多，水庫淤積問題較多，影響又大，國家頗為重視。所以在水庫淤積研究方面我國做了大量工作，取得了很多成果。

水庫淤積是泥沙運動的后果，因而水庫淤積的研討是以泥沙運動基本理論為基礎和手段的。我國泥沙運動理論方面的專著眾多，有代表性的如武漢水利電力學院(張瑞瑾主編)的《河流動力學》、錢寧和萬兆惠的《泥沙運動力學》、沙玉清的《泥沙運動學引論》、竇國仁的《泥沙運動理論》、張瑞瑾和謝鑒衡等的《河流泥沙動力學》等。這些專著對水庫淤積理論的研究有重要的指導意義[2]。

在水庫淤積形態方面,我國對三角洲形態的淤積研究較早。這方面的成果有對官廳水庫的三角洲的淤積形態及計算的初步研究[3],三角洲的計算方法[11]及根據非均勻懸移質不平衡輸沙的規律首次從理論上詳細論證了水庫三角洲淤積的形成特點、趨向性、前坡淤積比降和三角洲、洲面線與水面線方程等,并得到了官廳水庫資料的驗證。

(二)水庫淤積引起的問題

(1)縮短水庫壽命

對那些以供水或防洪為主要目的的水庫來說,因為泥沙淤積減小了有效庫容,所以水庫的功能和效益都會受損;泥沙淤積得越快、越多,水庫就報廢得越早、壽命越短[4]。而如果水庫的主要目的是發電或通過抬高水源水位實施灌溉,則早期的泥沙淤積通常不會改變原水位,影響似乎較小;但一旦淤積危及進水口和出水口,水庫功能的發揮就會受阻,所以淤積同樣會導致水庫效能下降乃至水庫報廢[5]。

(2)庫容減少，水庫興利效益降低

庫容是水庫除害興利的基本條件，但因泥沙淤積庫容減少，使水庫原定興利目標不能實現。有些水庫為減緩淤積，延長水庫使用壽命，不得不把水庫運用方式由“蓄洪運用”改為“蓄清排揮”運用。這樣，水庫的興利效益雖有所降低，但卻可以長期保持一部分庫容。因此，從長遠考慮，這樣做無疑是正確的[6]。

(3)破壞航運條件

水庫的回水變動區將出現泥沙淤積,形成三角洲,抬高河床、堵塞航道,造成航運條件變壞。并且,回水區內的三角洲還可能減少過河橋下的凈高,甚至在枯水季時造成通航困難。

(4)污染水質

泥沙是有機和無機污染物的載體，沉積在庫區的泥沙對水質影響很大。如官廳水庫水中含有的汞、等有毒物質的含量較高，曾造成庫區漁業減產[7]。

(5)降低水電站的發電能力

水庫淤積減少水庫的有效庫容，使水電站的發電能力降低。如果淤積形成的三角洲在大壩附近形成，還可能阻礙水流進入發電機,并增加進入發電機的泥沙、從而磨損渦輪機葉片和閘門座槽。

(三)水庫泥沙淤積的防治措施

(1)降落水位沖沙

沖沙即對淤積泥沙的再侵蝕,降落水位沖沙和上述方法一樣，都是在洪水過程中排泄泥沙；不同之處是，降落水位沖沙時水庫的水位比排泄洪水中的泥沙時水庫的水位更低。這樣，降落水位沖沙會使整個水庫庫區河道上形成向河水一樣流動的水流，從而沖刷較大面積的已淤積的泥沙，使得下泄泥沙多于人庫泥沙。

(2)水庫泥沙的攔截

在水庫上游采取攔沙措施，減少入庫泥沙，是防止和減少水庫淤積的最根本辦法。水庫泥沙主要來自上游流域內的地表侵蝕。黃河的泥沙主要來源于黃土高原的千溝萬壑。修建于溝道中的淤地壩，從源頭上攔截、封堵了泥沙向下游輸送的通道，不但能夠抬高侵蝕基準面，穩定溝床，制止溝岸擴張、溝底下切和溝頭前進，減輕溝道侵蝕，而且能夠攔蓄坡面匯入溝道的泥沙[8]。

(3)水庫排沙減淤

利用水沙運動的特性采用各種方法進行排沙，是減少水庫淤積的有效方法。下面介紹兩種主要方式。第一，滯洪排沙。當入庫洪水流量大于泄水流量時，會產生滯洪臃水。滯洪期內整個庫區仍保持一定的行近流速，部分粗顆粒泥沙淤積在庫中，細顆粒泥沙可被水流帶至壩前排出庫外，這就是滯洪排沙。第二，異重流排沙。在水庫蓄水期間，當入庫洪水形成潛入庫底向壩前運動的異重流，若能適時打開排沙孔閘門泄放，就可將一分泥沙排走，減少水庫的淤積。

三、結論

水庫泥沙淤積是水庫運行治理的難題之一，本文介紹了幾種水庫淤積引起的問題，最后總結了幾種防治措施。針對不同類型和地區的水庫，國內眾多科研工作者研究總結和汲取經驗教訓，建議水庫設計、施工和運行期間，結合現場的實際情況，詳細深入地研究相應的排沙治理方案，對水庫運行安全和經濟效益起到積極的重大作用。