水库防淤减淤措施概述

水库防淤减淤措施概述

王海枫

(1.重庆交通大学，山区公路水运交通地质减灾重庆市高校市级重点试验室，重庆，400074)

摘要：我国江河大多含沙量高，水库运行过程中，随着水库上游和周边泥沙的汇入，水库的淤积是不可避免的。实施供水水库清淤工程不仅在解决水库泥沙淤积、保障防洪安全方面具有重大意义，同时在提高水库的供水能力、改善水体环境等方面也发挥着日益巨大的作用。本文概述了水库泥沙淤积的成因及其带来的不利影响，由此从防淤和减淤两个大方面措施进行了论述，其中减淤主要分为水力排沙清淤和机械清淤，分析了不同清淤技术的优缺点和适用性，为以后清淤技术手段的选用提供技术参考和决策依据。

关键词：水库；泥沙淤积；水力排沙；机械清淤

1 前言

中国是世界上水库数量最多的国家，据《第一次全国水利普查公报》显示，截至2013年，我国水库总库容为9323亿m2，占全国河川径流总量的20%。水库作为重要的综合水利枢纽，其各项功能的发挥为解决我国旱涝频发等问题、水资源高效利用、推动经济发展、维持社会稳定提供了重要保障。同时，我国水库平均年淤损率为2.3%，是世界上大型水库平均年淤损率的2倍~4倍，水库淤积问题严重程度高居世界之首[1]。泥沙淤积导致的库容损失使水库的各项功能、安全保障及综合效益受到影响。因此，深入开展水库淤积相关问题的研究，成为摆在水利工作者面前的重要课题。多年来，我国在水库清淤方面开展了大量工作，取得了一系列研究成果。本文浅要总结分析了水库泥沙淤积的成因及影响，介绍了目前的水库防淤减淤措施。

2 水库泥沙淤积的成因及影响

水库中泥沙淤积属于自然现象，特别是中、小型水库的泥沙淤积问题较为严重，泥沙淤积数量大而且速度快。水库泥沙的主要来源是集水面积内风化的岩土，另一部分是水库上游河床的冲刷和河流两岸的崩塌。流域地表的侵蚀量与气候、土壤、地形地貌及人类活动等因素有关。土壤结构松散，植物覆被较差，水土流失就比较严重[2]。水库泥沙淤积现象最直接的原因是各种综合因素改变了河流的水流条件和泥沙运行状态，使得水流挟带泥沙的能力降低，颗粒较大的泥沙先沉积于库底，其次是较细的泥沙沉积，从而造成水库大面积的淤积。水库中泥沙淤积与河流的含沙量有关，同时还跟水利工程的建筑物结构和水库排沙功能的设计有关。其次自然因素和人为因素也是主要原因，由于特殊地理、地质条件，部分地区水土流失相对严重，以及人为在库区周边进行垦荒和乱砍滥伐等经济活动，导致库区植被、地表形态、库岸结构等遭受破坏，造成水库周边的水土流失，加剧了水库淤积，以及其水质的破坏[3]。

水库淤积会产生一系列问题。导致库容损失，降低水库的调节性能；降低防洪标准，影响水库的防洪作用和大坝自身的安全；引起库区水位抬高，造成库边土地的淹没和浸没；对过流建筑物产生磨损，产生较大的作用力；影响航运安全；对水质产生不利影响，降低库区水环境质量。因此，水库淤积严重影响水库防洪安全、运行安全、生态安全，是水库运行管理中亟待解决的重要问题。

3 水库防淤减淤措施

3.1 水库泥沙淤积预防措施

根据多沙河流水库运行管理的经验，从流域治理入手，切断入库泥沙来源，减少入库泥沙数量，是减少水库泥沙淤积的治本措施。

1）水土保持。水库泥沙主要来自水库集水面积内的土壤侵蚀，在流域内大力开展水土保持工作，是防止水土流失是减少泥沙来源的重要措施之一，也是解决水库内泥沙淤积现象的根本性措施。对于中、小型水库，通常流域面积不大，水土防护工作规模相对较小，而且能与还耕造林等措施结合起来实施。大型水库的流域面积相对较大，在较短时间内全面实施水土防护工程，困难相对较大，要制定相应的水土保持工作计划，分时段分步骤地推进工作。

2）在水库上游修建拦沙堰或拦沙库。在水库上游修建拦沙堰或拦沙库是减少入库泥沙的工程措施。这种措施要配合适宜的地形条件，还要对拦蓄的泥沙进行定期处理。

3）清浑分治。清浑分治、各行其道是根据水库的地形条件和泥沙在时间上和空间上分部不均匀的特性，对水库上游来的清水和浑水，采用分而治之的方法。

3.2 水库减淤措施

水库减淤措施主要有水力排沙和机械清淤两大类。

1）水力排沙清淤

水力排沙清淤是根据水流的运动规律，利用水流所具有的扶沙能力的特点，按照人们的意愿，通过水工建筑物把库区的泥沙排到指定的区域内以达到冲刷河槽、扩大断面、减小滩地淤积、扩大库容的目的。水力排沙清淤主要有2种渠道：异重流排沙、和水力冲沙。

异重流排沙。当异重流运动到坝前时，及时打开底孔将异重流排到库外，以减少泥沙淤积量，这种运行方式称为“异重流排沙”。由于水库在异重流排沙前后均能蓄水，使水库在汛期保持一定的调蓄能力，而不产生大量的弃水，故对水量较少水库较为适宜。当自然异重流动力不足、无法高效排沙出库时，塑造异重流便尤为重要[7]。成功塑造异重流的关键是确保水沙边界条件及各水库联合调度方式满足异重流持续运行的临界条件。实现排沙出库。

水力冲沙技术。水力冲沙技术是指利用自然水力条件或人为水力条件扰动水库的淤积泥沙，以实现冲刷出库，常见的有泄空冲沙和横向冲蚀等方式[4]。泄空冲沙具有很强的周期性，适用于季节性利用的水库，其主要利用泄空形成的沿程冲刷和溯源冲刷带走淤积，在水库中的泥沙杏子河王瑶水库曾多次采用泄空冲沙技术排出大量泥沙，使得水库有效库容得到大幅恢复，同时对库区河道主槽断面形态进行了有效改善。横向冲蚀是利用水库所特有的地形，通过重力的侵蚀与水力冲刷作用对淤滩造成破离与转移，适用于泥沙淤积严重，水资源相对贫乏的干早与半干旱地区的水库。

2）机械清淤

机械清淤主要是利用各种机械设备清除区域沉积物，通常用绞刀、靶头和抓斗等工具挖取或吸取淤泥，用泥驳、输泥管和车辆等运输送淤泥至指定堆场[3]。

空库干挖。空库干挖清淤技术要求在非汛期降低库水位或放空水库，采用常规的挖掘机械进行淤泥、沙土的挖掘与运输。

挖泥船清淤。挖泥船清淤技术是指利用挖泥船对水库指定区域进行清淤。

水力虹吸清淤。水力虹吸清淤技术基于虹吸挖泥船、吸头和水下抽沙管道等组成系统，利用水库上下游水位差产生的虹吸作用进行清淤。

气力泵清淤。气力泵清淤是以压缩空气为动力的清淤新设备。主要组成部分为泵体、压缩空气分配器、空气压缩机。

振荡脉冲射流清淤。利用高压水射流对水下淤积物进行破碎，再用气举装置吸排淤积物。

4 结语

水库淤积严重影响水库防洪安全、运行安全、生态安全，是水库运行管理中亟待解决的重要问题。采用合理的清淤技术可将水库泥沙输送至合适的场地进行沉沙、分选，进而分别用作改良土壤、建筑材料、制作砖块及防汛大块石等，实现水库泥沙资源利用的最大化。

参考文献(References)：

[1]邓安军，陈建国，胡海华，等.水库淤损控制与库容恢复研究综述[J].人民黄河，2019，41（1）：7-11.

[2]谢鉴衡，河床演变及整治（第二版），北京，中国水利水电出版社，1997年.

[3] 薛怀军. 关于水库清淤技术的研究[C]// 环境工程2018年全国学术年会.

[4]李立刚. 黄河小浪底水库库区泥沙冲淤规律及减淤运用方式研究[D].河海大学,2005.