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关于水库泥沙淤积防治若干思考

发表时间：2020/9/24 来源：《基层建设》2020年第17期作者：付春华王瑞

[导读] 摘要：水库建设是我国水利工程的重要环节，其对于实现更加高效合理的水源分配利用极为关键，但是泥沙的淤积对水库带来的影响是极为严重的，不仅会使水库存水性能和使用寿命缩减，还会破坏当地的环境生态，故而积极地开展治理与防治工作是尤为重要的。

        山东省德州市水利局山东德州 253000
        摘要：水库建设是我国水利工程的重要环节，其对于实现更加高效合理的水源分配利用极为关键，但是泥沙的淤积对水库带来的影响是极为严重的，不仅会使水库存水性能和使用寿命缩减，还会破坏当地的环境生态，故而积极地开展治理与防治工作是尤为重要的。本文主要分析我国水库泥沙淤积的不良危害及基本规律，并提出水库泥沙淤积的防治措施，以供参考。
        关键词：水库泥沙淤积；现状；防治措施
        一、水库泥沙清理不善引发的不良危害
        1、水库性能的下降。水库需要利用坝体拦截水流并引入到蓄水池当中，之后在适合的时机开闸放水，实现水资源的合理利用调节。水库的环境空间总是有限的，如果出现了大量的泥沙淤积现象，将会占据原有库容，导致蓄水能力不足，无法保证水资源的利用，同时也不能满足灌溉、用水、发电等生产生活的需求。此外，如果在洪水泛滥时期，水库无法存储大量的水资源，则也不利于减缓下游洪水出现的态势。
        2、造成水库自身和周围环境的破坏。泥沙中带有的金属元素会破坏水体环境，并伴随着回水上延，进而就比较容易淹没水库自身结构，对周围城镇、工业建筑等造成安全威胁。
        二、水库泥沙冲淤的基本规律
        水库淤积的主要形式是壅水淤积。通过淤积对河床组成、河床比降和河床断面形态进行调整，进而提高水流挟沙能力，达到新的输沙平衡。同样，冲刷也是通过对河槽的调整来适应变化了的水沙条件。冲淤的结果都是达到不冲不淤的平衡状态。这就是冲淤发展的第一二个基本规律，即冲淤平衡趋向性规律。
        水库泥沙冲淤的另一个基本规律是“淤积一大片，冲刷一条带”。由于挟带泥沙的浑水到哪里，哪里就会发生淤积，而淤积在横断面上往往是平行淤高的，这就是“淤积一大片”的特点。当库水位下降，水库泄流能力又足够大时，水流归槽，冲刷主要集中在河槽内，就能将库区拉出一条深槽，形成滩槽分明的横断面形态，这就是“冲刷一条带”的特点。
        三、水库泥沙淤积治理方法
        1、利用挖泥船清理泥沙
        挖泥船有不同的工作方式，广泛适用于各种水道的泥沙清理，以下主要介绍抓斗式和链斗式挖泥船的工作方法。
        （1）抓斗式挖泥船。抓斗式挖泥船根据工作时的配置可分为自航和非自航两种。首先，自航式挖泥船自带泥舱，泥舱的仓储量达到一定程度时，可实现自航卸载。其次，非自航式挖泥船自身宽度较大，便于应对泥沙的抓取和抛泥，装载和卸载泥沙都需要通过泥驳船来进行，利用船身上的机械抓斗深入水下，插入泥层之中进行挖掘和抓取，之后再依靠船上的斗索绞车关闭并升起抓斗，将挖掘上来的泥沙放入泥驳船中。这种挖泥船工作原理相对较为简单，可以很好地帮助水库清理沉淀已久的泥沙，但是受到抓斗配置的限制，对于细沙土的挖掘，工作效率比较低。
        （2）链斗式挖泥船。链斗式挖泥船主要依靠一连串带有挖斗的斗链进行水下土层、泥沙的作业，通过导轮驱动并连续运转，使斗链上的各节挖斗逐个提升至水面以上，直至达到斗塔顶部，此时结合重力作用，利用设备的方向翻转，将泥沙倾泻至泥阱中，再经由两侧的溜泥槽使泥沙流入到泥驳船中，再开至指定位置进行泥沙卸载工作。
        3、泥沙拦截
        在水库上游采取拦沙措施，减少入库泥沙，是防止和减少水库淤积的最根本办法。水库泥沙主要来自上游流域内的地表侵蚀。黄河的泥沙主要来源于黄土高原的千沟万壑。修建于沟道中的淤地坝，从源头上拦截、封堵了泥沙向下游输送的通道，不但能够抬高侵蚀基准面，稳定沟床，制比沟岸扩张、沟底下切和沟头前进，减轻沟道侵蚀，而且能够拦蓄坡面汇入沟道的泥沙。据统计，黄土高原地区已建成大、中、小型淤地坝11万余座，淤地坝地30多万hm2，累计拦泥210多亿t，减少黄河年输沙量3亿t。淤地坝工程在拦截河流泥沙方面起到了很大作用。

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“引洪淤灌，用洪用沙”在我国流行甚久，是一种行之有效的拦截入库泥沙的方法。它把拦沙与用沙结合起来，可以变沙害为沙利。在水库上游选择有利地形，汛期把挟带大量泥沙的洪水引入低洼地区引洪放淤；清水退回河道进入水库调蓄。这样即利用汛期水沙改良土壤，扩大耕地面积，提高土地肥力，又可以大大减轻水库的淤积。
        4、合理运用减少水库淤积
        对水库进行合理运用管理，主要包括采样引洪放淤、蓄清排浑、拦洪蓄水、异重流拍沙等运用方式。
        （1）引洪放淤。引洪放淤主要有引洪淤灌、淤滩造田和洼地放淤等方式；通过水库的引洪放淤，不仅可营造农田、改良土壤，也能减少水库的泥沙淤积程度。
        （2）蓄清排浑。多沙河流的泥沙主要集中在汛期，尤其是汛期的前几次洪水。蓄清排浑运用方式，就是在汛期的主要拉沙季节，采用空库迎讯或降低水位运用，当洪水挟带大量泥沙入库时，利用排沙设施（如排沙底孔、输沙隧洞）排沙减淤，当河中含沙量较小时，拦蓄径流，蓄水兴利。也可通过并联、串联水库，多个联合运用，以达到蓄清排浑的目的。
        （3）拦洪蓄水。对于库容相对较大，河流含沙量较小的水库，可采用拦洪蓄水，即水库常年蓄水，非汛期拦蓄基流，汛期拦蓄洪水，并根据具体情况泄放水量。由于水库常年蓄水，往往淤积速度较快、水库寿命缩短，所以有时要结合蓄清排浑运用方式。
        四、水库泥沙淤积防治路径
        1、水库溯源冲刷
        水库的溯源冲刷是通过适当地降低水位，从而产生的向上游发展的冲刷现象，在淤泥层以下水位降低越多，则向上游冲刷力越强，这种方法可以有效的进行水库前期泥沙淤积防治工作。溯源冲刷主要发生在坝前以上和三角洲以上河段，且与汛期的水位变化有关。发生冲刷时会以冲刷基点为中心，成扇状向上游辐射，其不仅能够减小流入的泥沙，还能带走前期水库中残留的淤泥，工作时可以结合专业人员的计算，科学地开展溯源冲刷设计工作，以便于提升工作效率。但需注意，这种方法较为依靠水体资源数量，比较适用于水资源丰富的水库排淤。
        2、水库异重流排淤工作
        异重流的出现主要与水体密度有关，当原有水库中的水体密度与来水密度不同时，则触发异重流排淤条件，这样可以防止高含沙量的水体流入到水库的蓄水池中。工作时要配合异重流向坝前移动的状态及时打开闸门完成泥沙的倾卸任务。异重流的排沙数量与当地地形、来沙量、来水量等因素有关，可以通过科学的计算与设计，明确开闸时间等参数，提升水库异重流排沙效果。
        3、自吸式管道排沙
        随着水库淤泥问题的日益严重，自吸式管道排沙方法逐渐被引入到各个水库当中，需要利用水库的自然水位差，在水库的底部铺设网状的排沙底洞，再利用这些底洞管道上的吸泥头自主吸附并实现排沙。首先针对已经发生泥沙淤积的水库，要尽可能利用原有的排沙孔洞，科学地安插管道并逐渐扩大覆盖面积，延伸长度越接近库尾则能排泄出更多的淤泥;其次，针对新建水库的泥沙防治，需要系统科学地进行管道排沙系统的施工，通过管道和孔洞的合理设置和开关控制尽可能提升排沙效率。自吸式管道排沙对水库其他设施影响较小，并减少了排沙过程中水资源的浪费，但是安装和维护的花费较多，比较适合中小型水库的建设以及淤泥防治。
        结语
        水库泥沙淤积是一项需要长期研究解决的水库技术问题，与水库运行安全及综合经济效益的发挥息息相关。水库排沙应根据具体情况进行比较后现在，也可以结合进行，以更好地减轻水库淤积。
        参考文献：
        [1]冯慧.小浪底水库异重流排沙研究[J].水利科技与经济.2015（10）.
        [2]李鹏宇.水库淤积的治理[J].黑龙江科技信息.2014（03）.
        [3]张士辰，盛金保，李子阳，杨正华.关于推进水库清淤工作的研究与建议[J].中国水利.2017（16）.