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水库淤积

/reservoir sedimentation/
条目作者郭庆超

郭庆超

最后更新 2022-12-23
浏览 204
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水流挟带的泥沙在水库内发生淤积的现象。

英文名称
reservoir sedimentation
所属学科
水利工程

在河流上修建大坝后,抬高上游水位,形成水库。含沙水流进入库区后,由于过水断面增大,流速减小,水流挟沙能力降低,所挟带的泥沙将在库区落淤。由于水流挟沙能力流速的高次方成正比,过水面积的增加导致挟沙能力下降,故而总会发生水库淤积。但并不会出现所有泥沙淤积在水库里。因为有两个因素能够限制挟沙能力的无限降低:一是随着粗颗粒泥沙的淤积,悬移质整体沉降速度减小,有利于挟沙能力沿程增加;二是水库泥沙运动表现出明显的不平衡输沙现象,虽然挟沙能力沿程下降很快,但含沙量并不会迅速同步降低到与挟沙能力同等的水平,含沙量通常大于挟沙能力,因此出库水流仍具有一定的含沙量,难以真正出现水库清水下泄现象。

含沙水流进入水库后,粗颗粒泥沙最先淤积,然后中等粗颗粒泥沙淤积,最后细颗粒泥沙淤积,极细泥沙会随水流排出水库,因而淤积体在纵向上会形成一定形态。水库淤积形态由来水来沙条件、坝前运用水位变化、库区地形条件等决定的。实际水库淤积形态是复杂多样的,但由于水库泥沙运动具有一定的规律性,淤积形态可概括为3种主要类型:三角洲淤积、椎体淤积、带状淤积。它们的典型纵剖面如图所示。①三角洲淤积。纵剖面一般分为洲面段和前坡段。如果有推移质淤积,在洲面段上游存在尾部段,而坝前极细泥沙淤积形成细颗粒淤积段。随着淤积发展,前坡段不断向坝前推进,洲面段不断淤积抬升并向上游延伸。当三角洲顶点发展到坝前,三角洲淤积形态消失,转化椎体淤积。三角洲淤积一般出现在坝前水位较稳定、壅水较高且具有一定回水长度的水库。②椎体淤积。特点是淤积厚度自上而下沿程递增,坝前达到最厚,淤积体不断抬高并向上游延伸,所有水库淤积平衡后均为椎体淤积。主要发生在坝前运用水位较低,回水较短,来流含沙量较高,坝前仍有一定流速,淤积不能充分发展的中小型水库。③带状淤积。厚度沿程分布比较均匀,这是由于坝前运用水位频繁大幅度变化把淤积分布调匀所致。有带状淤积的水库水位变幅大,变动回水区长且具有河道与水库双重特性,虽以淤积为主,但冲淤交替,有利拉平淤积体;而常年回水区水流条件变化频繁,淤积以悬移质中的中、细沙为主,难以形成稳定的三角洲淤积形态。


水库淤积的三种形态示意图水库淤积的三种形态示意图

水库淤积可能会带来以下几方面的问题:①泥沙淤积造成有效库容不断减小,导致水库的防洪、发电、航运、灌溉、供水等综合效益下降。②淤积上延,导致库尾洪水位抬高,增加淹没损失和地下水位升高。③变动回水区冲淤对航运带来影响,当坝前水位较高时航运条件得到改善,而坝前水位下降时可能产生碍航。④坝前泥沙淤积,会增加水轮机的磨蚀,引航道淤积,甚至淤堵深水孔。⑤低含沙水流下泄会造成下游河道长期长距离冲刷,给防洪带来好处的同时也可能会使河型、河势发生变化,出现崩岸、引水口脱流等问题,沿岸港口、码头、桥梁工作条件发生变化。⑥改变水库和下游河道的生态环境,在水库自净能力提高的同时,污染物被泥沙吸附,在库内积聚,增加水质恶化的风险,而大量细颗粒泥沙在库区落淤,下泄水流中减少维持生态平衡所需有机物质,使农业灌溉和水生物环境条件受到影响。

为减缓水库泥沙淤积,通常可采用以下措施:①在水库上游实施水土保持,减少入库泥沙。②在水库调度运用方面,主要实行“蓄清排浑”,即汛期来沙量大时,降低坝前运行水位,增加水库排沙能力,而非汛期来沙少时,采用高水位运行,发挥水库效益。③采用异重流排沙,当发生水库异重流并能运行到坝前,及时打开底孔,将高含沙异重流排出水库,减轻泥沙淤积。④当水库淤积较严重时,在洪水期时可采用敞泄运用,不仅能够排走洪水挟带的泥沙,还能大量冲走水库淤积的泥沙,达到恢复库容的目的。⑤对于小型水库可采用旁侧水道排沙,即在水库旁侧修建一水道,将高含沙洪水直接排到水库下游。⑥在上游修建新的水库进行拦沙,或水库大坝加高,增加库容。⑦采用清淤的方法,将淤积泥沙移出水库,恢复部分库容。

  • 韩其为.水库淤积.北京:科学出版社,2003.

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