水库长期使用的原理及实例分析

如何有效地控制水库泥沙淤积，长期保持大部分的有效库容，是实现三峡工程“功在当代，利在千秋”的一项关键性问题，一直是三峡水利枢纽工程泥沙问题研究的重点。早在20世纪60年代初期，在三峡工程规划设计研究过程中，就提出了水库长期使用的概念。

在通常情况下，水库蓄水运用时水库不断接纳含有大量泥沙的混水，而向下游宣泄的基本上是清水，泥沙在库区淤积，水库的有效库容日益减少，终至淤废。我国北方多沙河流水库迄今已有不少水库淤废，由此认为水库有效库容的寿命是有限的。经过几十年的调查、科学研究和大量水库实际运用经验和教训的总结，在理论上论证了水库长期使用的根据，技术上的可能性及经济上的合理性。水库长期使用研究的结论是水库极限淤积情况与水库运用方式有非常密切的关系，可以通过改进水库调度运用方式，利用天然河流泥沙输移集中在汛期的特点，使水库淤积至相对平衡时得以保留一定可供长期使用的有效库容。

水库长期使用的基本依据是：山区河流建库前，水流挟沙力是不饱和的。建库后，水位抬高，流速减缓，入库泥沙淤积最终将形成以悬移质泥沙为主的平衡河槽，这是水库泥沙淤积的基本规律。由于河流的流量和沙量绝大部分集中在汛期，因此，汛期降低水库水位运用，淤积平衡后，库区将以运用水位为基准面，形成新的平衡河槽。新河槽形态接近水库下游冲积河道的形态，包括河床坡降和河槽断面的河宽和水深。汛后蓄水运用，由于入库沙量小，淤积泥沙的大部分将在翌年汛期降低水库水位运用时被冲走。在汛后蓄水运用水位与汛期降低运用的水位之间的库容除滩库容外，可以长期保留使用。由此可见水库长期使用并没有违背水库淤积的客观规律，而恰恰利用了这个客观规律，将排走全部来沙与长期保留库容辩证地统一起来，将河道与水库辩证地统一起来。

在三门峡、丹江口、万安、葛洲坝等综合利用水库的成功运行实践和经验总结，深化了水库长期使用的理论，使其日趋完善和成熟。

三门峡水库位于河南陕县和山西平陆县境，控制集水面积68.84万km2，占黄河全流域的91.5%。20世纪50年代开工建设时，由于缺乏全面治理黄河的经验，对黄河水沙规律认识有限等诸多原因，造成了在工程规模上决策失误，未正确处理水库综合利用与排沙的矛盾。在水库蓄水运用期（1960年9月～1962年3月）一年半的时间上游潼关河床高程抬高了4.8m，335m高程以下库容损失了约17亿m3（原设计时库容为98.5亿m3）。自1962年3月后，历经滞洪排沙运用期（1962年3月～1973年底）的两次改建和1974年后的蓄清排浑调沙运用期，使已被淤积减少的库容又逐渐扩大，槽库容恢复到接近建库前水平，潼关河床高程基本稳定，水库泥沙冲淤基本平衡。(www.xing528.com)

丹江口水利枢纽位于丹江入汉江汇合口以下0.8km处，集水面积95217km2。水库正常蓄水位157m时相应库容174.5亿m3，设计低水位140m，相应库容76.5亿m3。水库来水来沙主要集中在汛期的5～10月，其中水量占全年78.3%，沙量占全年的95.0%。近年的水库观测资料表明，自1960年以来共淤积14.14亿m3，其中设计低水位140m以下淤积11.59亿m3，调节库容仅损失2.55亿m3，占设计调节库容的2.6%。自1973年汉江上游石泉、黄龙滩、安康电站的相继建成运用，拦截了部分泥沙，使入库沙量减少。

葛洲坝枢纽于1981年6月投入运行，经受了丰沙年、枯水年和特大洪峰流量的考验，发挥了巨大的发电、航运经济效益和社会效益。对葛洲坝工程泥沙的研究与实践，为解决三峡工程泥沙提供极为宝贵的经验与科学研究成果。葛洲坝工程为解决泥沙问题，根据坝区河势规划，研究确定枢纽总体布置，采用“静水通航、动水冲沙”辅以挖泥的基本措施，修建防淤堤和冲沙闸，较好地解决了坝区船闸引航道的航行水流条件和泥沙淤积问题。葛洲坝枢纽运用后，根据库区历年泥沙淤积实测资料，枢纽运用3年，库区淤积已基本平衡，水库调节库容基本保留；以后库水位虽然继续升高，并未继续淤积。枢纽运用后库区出现的泥沙问题无论淤积量、回水末端和对航道改善情况与泥沙实体模型试验预报成果，基本一致，偏于安全。

三门峡、丹江口、葛洲坝等综合利用水库运用的经验与教训表明：①应重视水库的长期使用问题，正确处理综合利用与排沙的矛盾；②重视对河流泥沙特性和运动规律的认识，加强水沙的观测和泥沙问题的科学研究，枢纽来水来沙是研究工程泥沙问题的基本依据。③采用“蓄清排浑”的水库调度运用方式可保持水库长期使用，长期使用的汛期排沙水位是决定枢纽当前效益的发挥程度、长期使用库容的大小及工程泄流规模等重要问题，应当慎重对待。