水库库区泥沙研究现状及展望

我国河流众多，富含泥沙的河流更是举不胜举。在这些河流上修建的水利枢纽不仅要预留部分库容用以拦沙，还要考虑库区泥沙的排泄来设计排沙孔。据统计，全国200多座有实测资料的水库中，总淤积库容达120亿m3，占统计总库容的15%。青铜峡水库自蓄水到1996年年底总库容损失近96%，盐锅峡水库总库容损失约86%，小浪底水电站运行10年来库容损失25亿m3，占总库容的20%。水库库区泥沙的淤积，不仅使得兴利库容和防洪库容减少，淤积上延引起库区上游淹没和浸没，还会引起坝体下游河床的变形，排洪能力下降，产生“二级悬河”。

水库库区泥沙的研究始于20世纪50年代，先后经历了估算死库容的淤满年限、三角洲法和平衡比降法计算水库冲淤、饱和非饱方法计算输沙量、水库泥沙冲淤过程的物理图形和计算方法等研究过程。近30年以来，随着计算机技术的成熟和对水库泥沙淤积规律认识的提高，水沙数学模型的建立及求解成为水库库区泥沙冲淤计算研究的热点。水库库区泥沙主要的研究内容包括水库淤积过程及其规律、水库淤积计算以及减缓水库淤积治理措施（韩其为，2003）。鉴于本书的重点是下游河道的冲淤研究，即利用黄河上游调节性能好的水电站对下游河道泥沙进行冲刷，不考虑上游水库库区内的泥沙淤积情况。因此，本节对水库库区泥沙的研究进展不做系统的论述，主要以黄河干流水库库区泥沙理论及其应用的研究成果简述之。(www.xing528.com)

我国泥沙运动的理论研究始于20世纪50年代初，1961年张瑞瑾等编著的《河流动力学》问世，拉开了泥沙运动的序幕。随后，沙玉清（1965）、钱宁等（1983）、窦国仁等（1963）发表著作，对水库淤积的基本理论进行了研究。1963年姜乃森对官厅水库的淤积形态做了初步研究。1964年张启舜建立了二元均匀水流淤积过程，以摸清悬移质不平衡输沙过程；韩其为等在1984年推导出了出库含沙量关系；1994年曲少军等建立了黄河水库的一维泥沙数学模型；1998年陈界仁等提出了二维水流泥沙数学模型。进入21世纪，随着计算机技术的成熟和水库泥沙淤积规律和计算方法的成熟，泥沙物理模型的研究成果极为丰硕。2000年，方卫红等提出了一维全沙泥沙输移的数学模型；2001年，缪凤举等提出了三门峡水库“洪水排沙、平水发电”的运用原则和方式，改善了库区冲淤效果；2006年李义天等根据三峡水库汛后蓄水规律，建立了水库淤积计算的一维水沙模型，极大地丰富了水库淤积模型的实际应用。2008年韩其为应用理论和实际资料证实了小浪底水沙调控对减少库区泥沙所起到的关键作用。2011年，吴巍、周孝德等针对传统多沙水库冲淤预测模型难以准确、迅速预测某一具体水库调度运行方式下泥沙的冲淤变化过程，无法为制定合理水库调度运行方式提供决策依据这一不足，将人工神经网络及粒子群优化算法引入到多沙水库冲淤预测中，构建基于自适应粒子群算法优化BP神经网络的多沙水库冲淤预测模型，并得到了较好的模拟和预测结果，为多沙水库冲淤预测提供了一条有效途径。