三峽水庫泥沙淤積現(xiàn)狀及減淤措施簡述

徐威震 重慶市水利電力建筑勘測設計研究院有限公司

1.前言

泥沙問題一直是修建水庫最為重要的問題之一，國內(nèi)外都非常重視,它不僅會造成水庫有效庫容減少，庫尾淤積上延而導致河道兩岸的淹沒等問題，直接關系到水庫的使用壽命和水庫功能的充分發(fā)揮，甚至關系到人民的生命財產(chǎn)安全。我國有許多河流是含沙量高、輸沙量大的多泥沙河流,水庫泥沙淤積問題尤為嚴重,并且淤積數(shù)量大,淤積速率快，年平均庫容損失率祝日益增大,甚至高于世界其他國家。自古以來，水庫淤積造成的不利影響給我們留下了深刻的教訓。國外的水庫淤積問題同樣不容樂觀，美國自1948 年以來,大約修建了11000 多座防洪大壩,許多大壩都因為水庫泥沙的迅速淤積而失去預期的功能，最終失去其功能。

眾所周知的三峽工程，自其蓄水運用以來，由于上游干支流水庫群建設，入庫泥沙條件明顯的變化，壩下游河道沖刷向下游發(fā)展速度較預期要快，尤其是近年來城陵磯以下河段河床沖刷有所加劇，湖口以下至長江口均出現(xiàn)了不同程度的沖刷，出現(xiàn)了新的挑戰(zhàn)。那么，面對三峽庫區(qū)及壩下游航道治理面臨的多重不確定性泥沙問題，我國泥沙專家組也對此展開了長時間的論證，所以，時刻關注三峽水庫的淤積現(xiàn)狀及探索庫區(qū)泥沙減淤措施是很有必要的。

2.三峽水庫淤積現(xiàn)狀

2019年三峽水庫人庫徑流量和輸沙量（朱沱站、北碎站和武隆站三站之和）分別為4016億立方米和0.685億噸，與2003-20l8年的平均值相比，年徑流量偏大大10%，年輸沙量偏小56%。其歷年出、入庫泥沙對比圖如圖1所示。

圖1 三峽水庫歷年出入庫泥沙對比圖

從圖1可以看出，自三峽水庫建成以來，前幾年時間，庫區(qū)泥沙淤積基本處于穩(wěn)定階段，但隨著向家壩水庫及溪洛渡水庫建成調(diào)控以來，三峽水庫庫區(qū)內(nèi)的泥沙有了明顯的減少，并在近年內(nèi)基本保持著穩(wěn)定水平。

因此，三峽水庫自2003年建成蓄水以來，17年來三峽水庫年平均水沙量約為3696億 m3和1.37 億 t。就目前淤積情況來看，其淤積量遠小于初步設計階段論證值。

3.庫區(qū)泥沙淤積的成因

對于庫區(qū)泥沙的淤積成因，國內(nèi)外眾多學者開展了相關研究，其淤積原理基本明確。概括來講，水庫泥沙淤積主要是河流從上游往下游流動，沿程對河岸的沖刷，挾帶的大量泥沙運行至水庫回水末端至攔河建筑物之間的庫區(qū)而發(fā)生的堆積。當水流進入庫區(qū)影響范圍后，因其獨特的庫區(qū)地形設計，呈現(xiàn)出水深沿流程增加，水面坡度沿程減小，流速也體現(xiàn)為流程減小，因而水流挾沙能力沿流程降低，最后，出現(xiàn)泥沙淤積。在這個過程中，其實也是水流對不同粒徑泥沙的不斷分選過程。大顆粒泥沙首先落淤，形成三角洲的頂坡段，隨著時間的推移，大部分的床沙質(zhì)沿程落淤，導致回水末端向上游移動，出現(xiàn)“翹尾巴”現(xiàn)象，而水體中殘留漂浮的細沙，在含沙量較大時形成異重流潛入庫底，含沙量較小時則擴散在水庫深處淤積。此外，細顆粒泥沙還將發(fā)生“絮凝”現(xiàn)象而落淤，不少學者的研究證明了這一點。

在新時期，三峽工程不僅面臨著壩下游河道的沖刷問題、汛期水庫實施“中小洪水”調(diào)度影響問題、“兩湖”（洞庭湖和鄱陽湖）關系的新調(diào)整問題、非法采砂對河勢穩(wěn)定與生態(tài)環(huán)境的影響等新問題，也要滿足推動長江經(jīng)濟帶發(fā)展的國家戰(zhàn)略、提高長江航運承載力及拓展三峽水庫綜合效益等新的需求。因此，綜合多庫聯(lián)調(diào)、水土保持工程的實施、河道采砂及氣候變化等多方面因素的影響來講，庫區(qū)泥沙淤積新的影響機制仍需繼續(xù)探索。

4.庫區(qū)泥沙淤積的解決方法

早期時間，我國修建的水庫對水庫運行后期的排沙問題沒有較多的考慮，因此，造成后期水庫泥沙淤積現(xiàn)象尤為嚴重。在那個時候，為了減慢水庫淤積的速度，延長水庫使用期限，大部分的水庫需要進行重新改造，并且優(yōu)化和改進水庫的調(diào)度方式。例如三門峽水庫在建成運行后，被發(fā)現(xiàn)泥沙淤積較為嚴重，于是進行了兩次大的改建以擴大其泄流排沙規(guī)模；后來，夏邁定等人通過詳細觀測分析黑松林水庫的來水來沙特點、水庫淤積特征等，提出了“蓄清排渾、高渠拉沙及引渾灌溉”系統(tǒng)泥沙處理技術，豐富了我國水庫排沙、清淤技術。目前，“蓄清排渾”的理念被廣泛運用與大多數(shù)水庫的減淤上，三峽水庫成功實施“中小洪水”調(diào)度方式，取得較好成效。

目前，對于水庫泥沙淤積的防治措施主要體現(xiàn)在一下幾個方面。一、開展沿程河道的兩岸的水土保持可以從根本上減少泥沙的流入，采用較多的是通過種植生態(tài)草木等固沙護岸，隨著生態(tài)護岸工程的開展，一系列的生態(tài)護岸工程被用于泥沙防治，充分發(fā)揮著穩(wěn)定河岸、美化環(huán)境、保持水土、調(diào)節(jié)微氣候和維持生物多樣性等功能，在長江航道中得到了廣泛應用；二、通過合理的優(yōu)化水庫運行調(diào)度的方式，考慮最佳的泄洪排沙時間也能在一定程度上減少庫區(qū)泥沙淤積；三、利用挖泥機械設備疏浚庫區(qū)內(nèi)已經(jīng)淤積的泥沙一直是傳統(tǒng)的減淤措施，隨著科技的發(fā)展，已經(jīng)發(fā)展了一系列快速、高效、智能的挖泥設備及挖泥方式，能有效的保證庫區(qū)有充裕的庫容量。四、在泥沙檢測技術上，也取得了多方面的進展，如三峽水庫推移質(zhì)觀測新技術、泥沙實時預測技術等智能方法，為庫區(qū)泥沙淤積預警技術的實現(xiàn)奠定了一定的基礎，但隨著大數(shù)據(jù)、人工智能技術的發(fā)展，泥沙檢測技術的計算精度仍需不斷改善。

對于水庫泥沙淤積的防治措施也一直在發(fā)展，未來也許還能在研究泥沙輸移特性的基礎上，通過智能化的預測手段，比如融合ArcGIS、天地圖和基于降雨預測、多庫聯(lián)調(diào)下的流量預測技術來優(yōu)化水沙模型，實現(xiàn)泥沙淤積的預測預警，實現(xiàn)庫區(qū)減淤防治的可預測性、智能化發(fā)展。

5.結語

水庫泥沙淤積問題，一直以來都是水庫運行治理過程中的重大難題之一，本文基于三峽水庫建成蓄水以來的出、入庫泥沙的資料進行整理分析，明晰了三峽水庫的淤積現(xiàn)狀；并以此為例，對庫區(qū)泥沙淤積的成因進行了綜合描述，指出在新的現(xiàn)狀條件下，仍應對庫區(qū)泥沙淤積機制進行深入探索；最后，通過回顧我國對庫區(qū)泥沙減淤措施的研究現(xiàn)狀，基于目前的高新智能技術的發(fā)展，對庫區(qū)減淤防治的可預測性、智能化發(fā)展提出了展望。