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水库淤积

挟带泥沙的河水进入库区以后,由于流速减小,水流挟沙力降低,泥沙沿程落淤的现象。水库淤积的影响进库段的泥沙淤积,促使该段床面升高,造成回水曲线升高并向上游延伸,进而使泥沙在回水延伸区就开始落淤。这种淤积上延的结果,会造成上游城镇被淹,破坏沿岸工程的正常工作条件,淹没或浸渍农田,造成土地盐碱化和新的沼泽地,或因水面升高,顶托支流来水,引起内涝或碍航,以及对堤防造成新的威胁。

挟带泥沙的河水进入库区以后,由于流速减小,水流挟沙力降低,泥沙沿程落淤的现象。

水库淤积的影响

进库段的泥沙淤积,促使该段床面升高,造成回水曲线升高并向上游延伸,进而使泥沙在回水延伸区就开始落淤。这种淤积上延的结果,会造成上游城镇被淹,破坏沿岸工程的正常工作条件,淹没或浸渍农田,造成土地盐碱化和新的沼泽地,或因水面升高,顶托支流来水,引起内涝或碍航,以及对堤防造成新的威胁。水库淤积引起的主要问题,是库容的损失,它是导致枢纽工程失效的根本原因之一。库容的损失不仅影响防洪时削减洪峰流量的能力,还关系着可供利用的总水量。库区淤积还可能导致部分水域变浅,影响通航;当淤积体接近枢纽时,会有部分泥沙通过水轮机或泄水通道引起磨损,甚至堵塞引水口门;淤积的泥沙有时还带有污染水质的有害物。在水库淤积过程中,通过水利枢纽泄往下游的水流含沙量较少,会引起下游河床被冲刷下切或横向摆动,从而影响沿岸取水工程、码头和桥梁的正常运用条件。

库区淤积形态

库区泥沙的淤积数量、过程和平面分布受到多种因素的影响,如水库的平面形状;库容的大小;库底地形和纵坡降;水库管理运行情况;上游来水、来沙及泥沙组成情况等。在水库运用过程中,这些因素是彼此交织在一起显示其影响的。按库区淤积纵剖面形状可划分为:

三角洲淤积 常出现在湖泊型水库。河流进入库区后,水面宽度急剧增大,水流不能渐变地扩散到全断面,而是沿着原有流向继续运行,在其两侧出现大范围回流,所携泥沙在此流带内沿程落淤,其中极细的一部分泥沙被回流带到两侧落淤。这种沿程落淤的结果,在库尾形成三角洲淤积体,如图所示。沿程各段的淤积特点是:①三角洲尾部段。三角洲的最上游部分称为尾部段。河道水流通过这一段时,其挟沙数量处于过饱和状况,其中较粗的泥沙在此落淤,随着这一段床面被淤高,导致上游河段水面线升高变缓,粗泥沙在三角洲尾的上游河段开始落淤,这样的相互影响,就形成三角洲尾不断向上游延伸,回水曲线也与之作相应的改变,泥沙淤积的范围将大大超出水库正常高水位。②三角洲顶坡段。这里的水流挟沙情况接近饱和,流速渐减,淤积面平缓,坡面与水面接近平行,床面泥沙颗粒比较均匀,断面形态具有一定的河相关系,但随着洲尾的向上游延伸,顶坡段仍有落淤和升高的趋势。随着三角洲向下游的伸长,洲面也逐渐淤高。因水库调节洲面会露出水面而生长植物,在主流两侧的苇草等植物起滞流促淤作用形成小堤埂,这种洲面主槽会逐渐淤积升高,直到高出堤埂外侧的洲面,此时将会发生决口改道,在新的主槽上重复上述过程,从而使三角洲面不断交替淤升,洲面上呈多汉漫流,主槽不稳定。③三角洲前坡段。此段水深坡陡流速锐减,大量泥沙落淤,使三角洲不断向坝前推进,是三角洲发展的主要过程。在具备形成异重流条件时,异重流就在此段潜入库底,然后向坝前运行。若不能形成异重流,则少量细泥沙将扩散到全库区沉淀于库底。④坝前淤积。在具备异重流形成条件时,浑水在三角洲前坡段潜入底部,沿库底凹槽(一般是原河槽)流向坝前,在异重流运动途中落淤甚少。以异重流形式运移到坝前的浑水若不能及时排向下游,则在坝前形成浑水库,细泥沙缓慢地沉淀在库底,淤积体表面呈水平状。

库区淤积形态图

带状淤积 常出现在河道型水库中。当河流来沙量不大,泥沙粒径较细,且库水位变幅较大时,库区淤积无明显的三角洲外形而呈条带状分布。按水流和泥沙的运动特性,库区可分为三个区段叙述。①回水变动区。是与最高库水位和最低库水位相对应的两个回水末端间的区段。此段水力因素随水库运行过程中水位变化而异。库水位高时具有壅水淤积的特征,而库水位低时又接近于天然河流状态。在这个区段落淤的泥沙绝大部分是推移质悬移质中较粗的部分,因库水位周期性地上升和下落,在淤积物的垂直截面上还形成粗细泥沙分层交错现象。每当库水位降低时,原先落淤在河床上的泥沙会被冲刷输移到下一区段,这将使回水变动区的淤积物分布沿程比较均匀。②常年回水区行水段。即最低库水位的回水末端以下,水体还具有一定流速的库段。在这里落淤的主要是悬移质泥沙,淤积物沿程分布比较均匀。③常年回水区静水段。即流速基本为零的近坝区,一般情况下到达该区落淤的都是颗粒极细的泥沙。在多沙河流上修建的小型水库,汛期含沙量较高的洪水可能直达坝前,若不能及时泄向下游,则淤积物呈顶面平缓的锥体状,其厚度自坝前向上游递减。

锥体淤积 一般发生在库容不大,河水挟沙又较多的情况下。含沙量较大的浑水容易到达坝前,形成浑水库;泥沙大量沉积淤积体表面平缓,剖面呈三角形锥体。

减淤措施

为减少水库淤积,延长水库寿命,人们研究总结的主要经验,一是减少沙源;二是控制和调度泥沙。其措施有:①水土保持。在上游流域内加强水土保持工作,减少水土流失,此乃是解决水库泥沙淤积的根本性措施。②上游拦沙。在重要的水库上游和来沙较多的支流上修建若干小坝,用以拦截泥沙。这种小水库建成后,在一定时期内也起拦洪蓄水作用,后期被泥沙淤满后,可开辟为耕地。③合理运行,调水调沙。借助枢纽泄水建筑物控制库水位及泄水时机,可以有效地调整库区淤积泥沙的分布,甚至将大量泥沙直接或间接地排向下游。例如,在多沙河流上,为延长水库使用年限,在汛期蓄水过程中,只要有异重流行抵坝前,就开底孔排沙;为减轻推移质淤积引起的回水上延,在来沙较多时降低库水位,使泥沙淤积在死库容范围内;当来沙量大,兴利库容十分重要时,采取空库或降低库水位迎洪,充分宣泄浑水,只在汛末少沙期拦蓄来水以供兴利之用;中国在三门峡水库的运用过程中,取得了较多的经验。有些多沙河流上的中小水库,在汛期结合引洪淤灌,在泄空水库时冲走前期淤积的泥沙,然后以空库迎洪,水库只起滞洪作用,汛末开始蓄水,若有淤积,可待来年泄空时冲走。

究竟采取何种运用管理方式,都必须根据水库所担负的主要任务,考虑到工程的近期和远期的效益,经过综合分析,作出合理的选择。

方法见水库淤积计算