山區水庫泥沙淤積機理及其對水資源可持續利用的影響分析

中圖分類號：TV698.2 文獻標志碼：B 文章編號：2095-3305(2025)05-0248-03

山區水庫是十分重要的水利設施，被普遍應用于防洪、灌溉、發電等方面。然而，隨著水庫運行時間的增長，泥沙淤積問題日益嚴峻，不利于水庫功能的充分發揮，并制約了水庫效益的提升。泥沙淤積除了會縮減水庫有效庫容，還會引起水質惡化，導致生態系統失衡，不利于水資源可持續利用。因此，需要深入探究山區水庫泥沙淤積的機理，分析其對水資源可持續的影響，從而確保水庫穩定運行。

1工程案例

以石灰關水庫工程為例，該工程處于山區峽谷地帶，流域面積約 68.1km² ，具備防洪、灌溉功能。根據該水庫泥沙淤積數據(表1)可知，水庫初始興利庫容為232萬 m³ (1978年)，至2018年安全鑒定時減少至108.54萬 m³ ，累計淤積量123.46萬 m³ ，年均游淤積速率約為3.09萬 m³/ 年(按40年計算)。淤積原因表現為流域內水土流失嚴重，暴雨洪水攜帶大量泥沙入庫，未設置排沙設施(如排沙底孔或沖沙閘)，水庫運行水位長期偏高，泥沙沉降速率加快。

為治理水庫泥沙游積，在輸水洞底部增設沖沙閘，結合水力沖沙。設計沖沙流量 ?10m³/s ，每年汛前實施1\\~2次集中沖沙。采用“蓄清排渾”運行模式，降低汛期水位，利用洪水自然排沙，結合水文預報動態調整水位。流域內植樹造林約 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] 每年機械清淤30萬 m³ ，結合水力沖沙。同時，布設1個水文站檢測泥沙輸移量。泥沙年淤積計算公式如下：

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 η=0.4 時， W_s≈120 萬 m³/ 年。泥沙密度按照干密度計算， P 為 1.3～1.6t/m 攔沙壩設計為壩高 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，泥沙輸移區域自然。

2山區水庫泥沙淤積的機理

水土流失是山區水庫泥沙淤積的主要來源。山區地形起伏大、降雨過于集中，地表徑流速度快，沖刷地表的能力強。處于該種自然現狀下，當地表植被覆蓋不足或受到破壞，雨水則會沖刷土壤，攜帶大量的泥沙進入河流，匯入水庫中，形成淤積現象。尤其是在暴雨季節，短時間的強降雨必定加劇水土流失現象，增加入庫的泥沙量。

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

第三，水庫的運行方式和調度策略也會影響泥沙淤積。水庫在持續高水位運行狀態下，水流速度減緩會加劇泥沙沉積現象。水庫的泄流排沙設施設計不合理或運行不當，也會導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會破壞地表植被，影響植被對土壤的保護和固持作用，從而加劇水土流失和泥沙淤積問題。農田灌溉、城市建設和工業排污等不合理的土地利用方式，也會顯著增加入庫泥沙量，從而加重水庫淤積問題。

3山區水庫泥沙淤積的影響

3.1對水庫調節能力的影響

泥沙淤積會影響山區水庫的水資源可持續利用率，削弱水庫的調節能力。泥沙在水庫中不斷沉積，水庫內的蓄水空間隨之減小，這從一定程度上干擾了水庫儲存水和調節水流的能力，從而影響水庫在防洪、灌溉、發電和供水等方面的功能[3]。尤其是處于用水高峰期時，水庫調節能力降低，將無法滿足周邊區域的基本用水需求，進而影響當地經濟的穩定發展。同時，淤積物可能直接堵塞水庫的泄洪設施，削弱水庫泄洪能力，引發安全隱患，直接威脅人民生命安全。游積物的出現還會使水庫的力學條件發生改變，影響水庫大壩的穩定性。

3.2 對水質的影響

第一，隨著水庫泥沙不斷淤積，沉積物中累積的有機物、重金屬等有害物質，在水動力擾動或生物擾動作用下，這些污染物會持續向水體釋放，造成二次污染，影響水質環境。尤其是部分重金屬毒性較高，會直接威脅人類和水生生物的安全。

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

第三，水庫泥沙淤積會導致水體的凈化能力下降。水庫泥沙淤積會改變其水動力特性，削弱水體的自凈功能。這種凈化能力的減弱會使得污染物更難被降解，導致水質持續惡化。水質下降不僅威脅水生生物的生存環境，破壞生態平衡，還可能危及飲用水安全，對區域經濟社會發展產生負面影響。

3.3對水庫使用壽命的影響

山區水庫的泥沙淤積現象是多重因素共同作用的結果，主要涉及流域水土流失、河流地質條件、水庫運行方式及人為因素。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輸送至河道，最終在水庫庫區發生沉積；河流地質條件，直接影響泥沙的礦物組成和粒徑分布特征；再次是水庫運行方式，包括泄洪頻率和調度策略，決定了泥沙在水庫內的輸移和沉積規律；人為活動，通過改變流域下墊面條件間接影響淤積過程。其中，泥沙淤積對水庫使用壽命的影響表現在以下幾點。

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

第二，威脅大壩安全。泥沙淤積會直接威脅水庫大壩的安全性，淤積物會使大壩的受力情況發生改變，增加大壩的變形風險。當大壩處于極端天氣下，可能存在嚴重的安全隱患[4]。

第三，水庫作為極為重要的水資源儲備與調節設施，其使用壽命的縮減，意味著水資源可持續利用能力也隨之降低。這一狀況不僅會對當地經濟社會發展產生不利影響，還會波及生態環境。

3.4對防洪標準的影響

泥沙淤積會改變水流條件，這不利于水庫洪水調節能力的提升。若洪水在水庫中停留時間過長，必然會對水庫本身及下游區域構成威脅。水庫的防洪標準將因此下降，下游區域在洪水期間的防洪壓力便會隨之增大。一旦洪水規模超出了水庫的應對能力，則引發嚴重的洪澇災害，不利于社會的穩定與可持續發展。

4減少山區水庫泥沙淤積的策略

4.1加強水土保持

做好水土保持工作可以從根本上減少泥沙的產生。山區地形情況十分復雜，降雨集中，王壤侵蝕現象嚴重，這是引起水庫泥沙淤積的主要原因。首先，可通過落實水土保持措施，如植樹造林、梯田建設等水土保持策略，擴大地表植被覆蓋面積，強化土壤的保水固土能力，防止水土流失和泥沙產生。在確保山區生態平衡的基礎上，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。泥沙淤積不僅會占據大量水庫蓄水空間，還可能導致污染物隨泥沙進入水庫。實施水土保持措施，能夠減少泥沙和污染物的入庫量，確保水庫水質的清潔性，保障人類飲用水的安全性和水生生態系統的健康。最后，泥沙淤積會降低水庫的調蓄能力，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，加強水庫在洪水期間的蓄洪和泄洪能力，降低洪水災害風險，保障人民生命財產安全。

4.2 加大檢測力度

為了減少水庫泥沙淤積，可以將檢測設備安裝于水庫關鍵位置。例如，通過流速計和檢測儀動態性地檢測水庫內的泥沙含量，明確相關基本參數，獲取準確的數據，為后期評估泥沙淤積現象提供有效的數據依據。加強對檢測數據的分析，了解泥沙淤積的基本來源、影響因素，并結合這些信息科學制定治理措施。同時，這些信息能為評估相關措施的實施效果提供依據。如此一來，相關人員能夠及時發現治理過程中存在的問題，保障水庫安全運行，提高水資源的利用率。

4.3加強現場安全檢查

現場安全檢查工作包括現場安全檢查和檢測資料分析。實施該項工作的實質性目的是明確安全檢測和檢測資料中存在的問題，獲取相關的計算參數，為各項復核計算及評價提供準確的資料[5]。從實際情況來看，大壩安全檢測設施不健全、部分設施過于陳舊，且采取的維修和管理措施滯后，大壩安全檢測資料的完善程度不高，難以真實反映大壩的具體運行現狀。因此，只有采取現場安全檢測的方式，才可以了解水庫大壩的實際運行情況。由此可見，現場安全檢測工作的開展是水庫大壩安全評價中非常重要的一環。檢測內容主要包括以下方面：其一，根據現場實際情況實施檢查工作，一旦發現對水庫大壩安全產生影響的因素，必須及時進行檢測，確定發生問題的位置，必要的情況下開展現場試驗或室內試驗，從而獲取精準的復核計算參數;其二，掌握大壩壩體現狀，包括填土、混凝土和漿砌石的質量，有針對性地對工程地質進行勘探和質量檢查，獲取滿足統計取值要求的試樣，并開展室內試驗；其三，對閘門啟閉機進行詳細檢驗，根據檢驗結果進行復核計算和安全評價工作。

4.4健全配套設施

水庫大壩的安全檢測是確保水庫穩定運行的關鍵環節，而健全的檢測設施則是基礎工作中的重中之重。一般情況下，可以將安全檢測類型劃分為多方面，包括滲透檢測、壩體變形檢測以及環境檢測等。通過系統性分析安全檢測期間的數據，進一步了解和掌握大壩的安全運行狀況。一旦出現異常狀態，相關人員能夠及時采取合理措施加以解決。

為了保障檢測數據的準確性，相關部門應不斷改善和創新檢測設備，加大投人力度，充分發揮安全檢測的優勢，為水庫的安全運行奠定堅實基礎。相關部門應按照標準的鑒定結果制定完善措施，例如開展除險加固工作。在尚未實施水庫除險加固之前，落實完善的應急策略，以此減少水庫安全隱患。針對水庫內存在的問題，各級政府部門務必加大投資力度，推進實施病險庫的除險加固作業；對暫時難以有效解決的問題，需要做好臨時工程措施；對那些僅存在險情且長年難以發揮效益的水庫，應采取合理措施予以報廢處理，將防汛隱患徹底消除。

4.5 采取工程措施

當前，采取工程措施能夠有效減少泥沙進入水庫。例如，在河流上游或水庫的入口處建設攔沙壩，阻止泥沙進入水庫，從而減少水庫淤積現象的發生。在這些設施的設計過程中，應充分考慮河流的水文特征和泥沙特征，以確保設施發揮良好的攔截效果[。與此同時，對水庫泄洪系統實施標準化改造，通過精確調控下泄水流流速，有效攔截入庫泥沙，減少泥沙在庫內的沉積。此外，可以在水庫內設置人工清淤設施，定期開展清淤作業，確保其處于良好的蓄水狀態。將工程措施與水土保持、水庫調度等措施結合，可有效減少泥沙淤積問題的發生，優化水庫的運行狀態，構建完善的泥沙防御體系，為水資源的合理利用奠定堅實的基礎。

5結束語

山區水庫泥沙淤積問題復雜且嚴峻，對水庫功能發揮、水資源可持續利用及區域經濟社會發展構成嚴重威脅。通過工程案例分析，探討了水庫泥沙淤積機理，評估了其影響，深入剖析了水庫泥沙淤積的成因與危害，并提出了加強水土保持、加大檢測力度、加強現場安全檢查、健全配套設施及采取工程措施等綜合治理策略。未來，相關部門需持續深化研究，創新技術手段，加強多部門協作，共同構建科學有效的泥沙防御體系，確保山區水庫持續穩定運行，為經濟社會可持續發展提供堅實的水資源保障。

參考文獻

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