中国水库泥沙淤积严重导致库容损失，影响水利工程效益

中国水库泥沙淤积严重,例如黄河三门峡水库因淤积库容损失57%,青铜峡水库损失78%,大渡河龚嘴水库损失80%,汾河水库损失45%,全国水库因淤积总库容损失达40%。因此在多沙河流上修建大型水利枢纽工程,水库泥沙淤积问题是面临的关键技术问题,甚至决定着工程的成败。这方面的经验教训是非常深刻的。黄河干流的三门峡水库,设计时以防洪发电为主,没有认识到泥沙淤积的重要影响。水库运行两年后,泥沙在库区大量淤积,潼关高程急剧抬升,使得汇入库区的支流渭河尾闾水位不断抬高、泄水不畅,八百里秦川遭受洪水和盐碱化的严重影响,不得不对工程进行大规模改建,增加排沙洞排沙。在水库运用方式上,放弃了“蓄水拦沙”,采用“蓄清排浑”的运用方式。改建和调整运行方式保证了水库部分效益的发挥。三门峡工程的经验表明在多沙河流上修建水利枢纽工程首要任务是解决好泥沙问题。泥沙问题是三峡工程关键技术问题之一,自20世纪50年代以来,国内主要科研单位进行了长期研究(陈济生等,1997)。长江水利委员会在分析总结国内外水库建设的经验教训基础上,结合长江上游河段的河床和水沙条件,提出了水库长期使用的观点,确定合理的水库调度运用方式和枢纽建筑物布置,以达到水库大部分有效库容长期使用的目标(林一山,1978)。

水利枢纽坝区泥沙问题关系到枢纽的安全正常运行和工程效益的发挥。20世纪70年代以来,我国对大型水利枢纽坝区的泥沙问题开展了大量研究工作。1969年在长江干流上修建第一座大型水利枢纽工程—葛洲坝水利枢纽时,林一山提出挖去葛洲坝的“一体两翼”方案,成功地解决了水流泥沙运动和枢纽布置的关系。同时,长江水利委员会等多家单位进行联合研究,通过原型观测资料分析和泥沙模型实验,提出“静水通航、动水冲沙”的运行方式(唐日长,1990;张瑞瑾,1996),成功地解决永久通航建筑物泥沙淤积问题。

为解决三峡工程坝区通航建筑物和电站泥沙问题,由多家单位平行进行坝区泥沙模型试验研究。长江科学院、南京水利科学研究院和清华大学分别建有1∶150、1∶200(垂向1∶100)、1∶180三座大尺度模型。对比不同泥沙模型试验结果表明,尽管三家模型采用不同的比尺、模型沙和实验技术,还是取得了比较一致的试验成果,成果被三峡工程设计所采用。小浪底工程泥沙问题也同样受到重视。在小浪底水库设计阶段,黄科院、北科院及南科院先后修建了小浪底坝区模型研究枢纽工程布局问题。小浪底水库施工期修建了小浪底库区及黄河下游模型,围绕小浪底水库运用方式研究开展了大量的试验研究。库区模型试验得出的水库排沙规律、库区淤积形态及过程、干支流倒灌淤积形态及变化等主要结论,不仅为确定小浪底水库运用方式奠定了基础,而且,小浪底水库近年来的观测资料证明模型预报试验的结果是正确的。(www.xing528.com)

20世纪50～60年代,我国水库淤积计算方法采用三角洲淤积平衡坡降法(张威,1964)。70年代以后取得了长足的进步,特别是长江科学院的研究成果(陈济生,1997)。目前我国围绕大型水利工程开展的水库泥沙研究代表该领域的世界领先水平。韩其为(2003)多年来对水库淤积与河床演变(特别是坝下游河床演变)做了长期研究。在水库淤积方面基本完成了将其由定性的描述到定量研究的过渡,研究内容广泛深入,包括水库淤积的机理、水库泥沙运动规律,淤积形态和形成条件的定量表达,三角洲及锥体淤积纵剖面方程,横剖面塑造特点、异重流淤积及倒灌,变动回水区冲淤,推移质淤积,回水抬高,淤积物随机冲填时干容重确定,混合沙及其密实过程中干容重变化,淤积过程中糙率变化等。此外在水库淤积控制和调度方面,如水库长期使用的理论,变动回水区航道控制措施等也有出色成果。修建水库一般会引起坝下游河床发生较大变形。初期的蓄水拦沙会引起坝下游较长河段发生自上而下的普遍冲刷、含沙量显著降低、河床粗化明显、断面形态与河床纵比降的重新调整,甚至引起下游部分河段河型的转化。三门峡水库、官厅水库修建后下游河道发生的一般冲刷现象都较为显著(李保如,1980;尹学良,1958)。