攀枝花市水库泥沙淤积问题研究

攀枝花市水库泥沙淤积问题研究

张凤坪

攀枝花市水利水电勘测设计院四川攀枝花617000

摘要：攀枝花市由于流域水土流失较重，河流含沙量大，水库泄洪设施不全和调度管理不善等原因，水库淤积问题已日益严峻。在此简要介绍攀枝花市水库淤积情况，分析泥沙淤积危害，并提出水库泥沙淤积处理措施。

关键词：泥沙；淤积；处理措施；攀枝花市

1前言

攀枝花市位于四川省西南川滇交界部，北纬26°05′~27°21′，东经101°08′~102°15′，金沙江与雅砻江交汇于此。截止2014年9月，攀枝花市已建成中型水库共4座；小（1）型水库32座，小（2）型水库143座，水库总库容17710万m3，其中中型水库总库容6744万m3，小（1）型水库7286万m3，小（2）型水库3680万m3。水库是集防洪、供水、发电和航运等多种效益于一体的综合水利枢纽，在我国的经济建设和社会发展中占据重要地位。攀枝花市建市以来修建了100多座水库，为攀枝花市的工农业发展起到了巨大作用，然而，水库普遍存在泥沙淤积问题，不但威胁了水库安全和正常使用，同时增加淹没损失，改变大坝上下游河道的水环境和水生态系统，极大降低了对水资源的调控及利用能力。针对攀枝花市日益严重的水库泥沙淤积问题，提出对于攀枝花市境内水库泥沙防治方法的研究展望，以期发挥各方法的最大减淤效果，避免产生不利影响，为水利主管部门制定水库安全运行管理办法提供参考。

2攀枝花市水库泥沙淤积情况

攀枝花市由于流域水土流失较重，河流含沙量大，水库泄洪设施不全和调度管理不善等原因，水库淤积问题已日益严峻。截止2014年全市水库淤积总量总库容淤损率11.89％，其中：中型水库淤积总量531万m3，库容淤损率7.88％，兴利库容淤损率10.52％；小（1）型水库淤积总量1100万m3，库容淤损率15.10％，兴利库容淤损率22.95％；小（2）型水库淤积总量475万m3，库容淤损率12.91％，兴利库容淤损率14.42％。

从水库分类看，小（1）型水库库容淤损率最大，中型及小（2）型水库库容淤损率次之。

从地区分类来看，东区水库淤积总量25万m3，库容淤损率为11.63％，兴利库容淤损率13.82％；西区水库淤积总量24万m3，库容淤损率为12.63％，兴利库容淤损率14.85％；盐边县水库淤积总量378万m3，库容淤损率为10.55％，兴利库容淤损率14.17％；米易县水库淤积总量398万m3，库容淤损率为9.56％，兴利库容淤损率为13.77％；仁和区水库淤积总量1281万m3，库容淤损率为13.40％，兴利库容淤损率为19.82％。

3淤积实例分析

攀枝花市境内绝大部分水库为汛期蓄水，汛期含沙量较高，大量泥沙随洪水进入库内，多为锥体淤积。本次选用淤积最为严重的裕民水库作为实例典型分析，分析其泥沙淤积情况。

裕民水库为典型的锥体淤积，位于仁和区大龙潭乡裕民村境内，坝址位于金沙江右岸小支流迤资河上游，坝址以上集雨面积47.60km2，多年平均降雨量780mm，径流深170mm。该水库于1959年10月建成，经过55年的运行，淤积严重。裕民水库淤积情况详见下表及图。

根据裕民水库设计与现状的库容曲线进行比较，可以看出，经过55年的运行，裕民水库淤积严重，总淤积量达395万m3，其中死库容淤积量100万m3（淤积比例100%），兴利库容淤积量249.1万m3（淤积比例61.6%），调洪库容淤积量45.9万m3（淤积比例26.1%）。

根据实际调查，裕民水库淤积严重的原因主要是由于水土流失加重以及排沙设施缺失，其保灌面积不足原来的一半，泥沙淤积严重影响了裕民水库综合效益的发挥。

4水库泥沙淤积危害及处理必要性

4.1水库泥沙淤积危害

根据攀枝花市水库所处的位置及功能分析，水库泥沙淤积会引发诸多危害，主要表现在以下几个方面：（1）水库的防洪库容与兴利库容萎缩，制约了水库综合效益的发挥；（2）水库淤积向上游发展，造成回水末端地区淹没和浸没损失扩大，并带来一系列生态环境问题；（3）坝前泥沙淤积有可能阻塞大坝闸孔，对大坝安全构成威胁，此外还会加重泥沙对泄流建筑物及水轮机及闸门等过流设备部件的磨蚀；（5）附着在泥沙颗粒上的污染物会对水库水质造成不利影响；（6）部分空库度汛的水库，由于淤积，造成调洪库容萎缩，洪水位上升，危及水库及下游设施。

4.2水库泥沙淤积处理必要性

水库的功能是防洪、灌溉、供水和发电，但淤积却会给水库带来一系列的危害，如削灌溉及弱防洪能力，减小库容，污染水质等。

由于水库的淤积，对周围环境引起一些影响：①泥沙淤积会改变水库以及库尾以上河道的地形，从而改变水生生物的生存环境，可能引起水库及库区以上河道内水流的富营养化，从而使下泄的清水缺乏必要的养分。②由于淤积，加大了水库的坡降，使库内水位不断抬高，因而使它引起的再淤积不断上延，引起新的淹没和浸没。

水库的淤积带来的经济问题如下：①如果要维持现有的供水发电能力，损失库容的成本表现为新建库容的重置成本。②直接损失表现为水电发电量、灌区作物产量和洪水控制能力的削减。③被淤满的水库，没有任何收益来维持其正常运行，管理困难。④被淤满的水库面临报废，且也会产生直接或间接的费用。

5水库泥沙淤积处理措施

5.1减少泥沙进库量的措施

①通过各项水土保持措施，提高治理项目区植被绿化率，提升项目治理区水源涵养能力，有效减少水土流失。减少水库泥沙淤积，延长水库使用寿命；

②实现浑水支流改道引洪放淤改土造田，清水支流入库调蓄灌溉，减少水库泥沙淤积，延长水库使用寿命；

③修建一定规模的引洪排沙工程，对汛期含沙量高的洪水进行旁引，洪水不入库，减少水库淤积；

④在水库上游附近的干支流上修建滞洪拦泥库，达到拦泥不进库，下库蓄清，从而使下库减缓淤积、长期兴利的目的。

5.2水库枢纽排沙的措施

根据已有经验[1]，可采取以下措施：

①滞洪排沙：采用蓄清排浑方式，汛期以低水位或空库迎汛、汛期不蓄洪，只对入库洪水进行滞洪削峰，使泥沙来不及大量落淤即排泄出库；

②泄空冲砂：利用水库泄空过程中产生的沿程冲刷和朔源冲刷恢复水库有效库容，是保持水库长期使用库容的重要清淤措施；

③异重流排沙：在水库来洪情况下，利用清浑水比重不同，浑水潜入清水下流抵坝前，及时开启泄水排沙洞闸门，将大部分浑水排出库外。这种排沙方式适宜于河道形水库，特别是回水较短、河床比降较大的水库，其排沙效率较高；

④基流冲砂：当水库泄空后，利用具有富余挟沙力的清水基流，对主槽进行溯源冲刷和沿程冲刷。

5.3清除水库泥沙的机械措施

①水力吸泥：利用上下游水位落差，采用虹吸原理，由操作船、吸头、管道、联接建筑物组成虹吸清淤装置进行清淤；

②气力泵清淤：是一种以压缩空气为动力的清淤装置，主要由泵体，压缩空气分配器、空气压缩机、操作船、办理泥管道等组成。利用气力泵清淤时，在泵体周围先要产生高浓度泥浆，然后通过气力泵整套装置把泥沙排出到库外指定地点；

③高渠拉沙（横向冲蚀）清淤：利用重力侵蚀作用，采用工程措施引水上滩，先将滩面淤积物冲刷到主槽，然后、利用洪水或基流将泥沙排泄出库。

④挖泥船清淤：是一种机动性好，不受水库调度影响，耗水量少，可常年排沙运用的措施。黄河盐锅峡水库是我国最早采用挖泥船清淤的大型水库，1965年采用抓斗式挖泥船月平均清淤量600m3；

上述方法中水力吸泥、气力泵、挖泥船装置操作比较复杂、费用高，受技术条件限制只能清除局部泥沙或在局部范围采用。高渠拉沙清淤必须建引水渠道，上游有供水条件，而且水库必须泄空。因此排沙清淤技术各有适用条件，一般情况下采用各种措施相结合。

5.4水库淤积补偿库容措施

①加高大坝：加高大坝是一种补偿淤损蓄水库容的经济可行的办法。加高大坝一般通过增设无控制溢洪道、坝顶弧门、坝顶自动闸门以及事故闸门等实现，从确保大坝安全考虑，无控制溢洪道是最好的选择。我市近年来有多座水库进行加坝，如仁和区小纸房水库，1979年建成，2010年加坝7.5m，增大库容，弥补淤积引起的库容减少；

②增设冲沙设施：在没有排沙设施的水库，通过增加冲沙设施，可减少库内泥沙淤积量，延长水库寿命。如凉水湾水库、瓦窑田水库、官房闸水库、红石岩水库等都先后增设了冲沙洞，效果良好；

③新建水库：现有水库淤积后，使得水库总供水能力下降，只有建设新坝，来弥补现状供水不足和未来供水增长的需要。一般说来，攀枝花市新建水库的自然条件并不利，攀枝花属高山峡谷地区，由于河道流程短，比降大，河谷窄，修建水库往往坝高、投资大，而所得库容有限。攀枝花市水资源条件虽然优越，过境水量丰富，但山区多、土地少、人口居住分散、工业不集中。目前在建的中型水库有：仁和区大竹河水库、米易县马鞍山水库、西区梅子箐水库扩建工程。另外，十三五期间又拟规划一批新建或扩建中小型水库。

5.5多泥沙河流水库淤积处理措施

安宁河含沙量较大，多年平均含沙量为1.44kg/m3（湾滩站）。目前，在安宁河段米易县境内已建设的梯级电站有乌龟石、小三峡、城南、湾滩等。根据调查，城南电站淤积63万m3，湾滩电站淤积80万m3，小三峡电站淤积61万m3，淤积量相当。

因此，在多沙河流水库的泥沙处理措施中，除了要设置一定规模的泄流排沙建筑物外，采取合理的运用方式是十分重要的。建议采取统一的排沙调度运用方式，必须从水库主要任务出发，并且协调防洪、兴利和排沙之间的矛盾。

若是兴利为主的水库，考虑远、近期结合，既要有100年以上的寿命（大库），保留一定的远景有效库容，也要照顾近期、中期设计水平年的兴利效益，则泥沙采用多年调节方式，选择一个适合的“排沙比”及与之相应的排沙运用方式；若是防洪为主水库，要协调上、下游矛盾，既要有抗御一定标准洪水的能力，确保下游安全，甚至为下游河道减淤改善行洪条件预留一部分库容；也要按照库容损失的规律，创造条件尽量减缓库容损失，采用泥沙年调节的方式，达到长期保持有效库容的目的，并加强已建水库的各项水文、泥沙观测，则可藉以指导工程的实际运用。

6结论及建议

6.1结论

虽然水库泥沙处理的理论研究取得了大量的研究成果，在运用方面也积累了成功的经验，但水库泥沙问题愈加突出，近20年来，大部分水库排沙减淤工作处于停顿状态。造成这种现象的原因，除由于成本较高，很多试验研究成果得不到推广外，在生产运用方面亦存在许多制约因素。根据目前的试验研究和实践经验，排一方沙需耗水10—20方。但攀枝花市可利用水资源十分短缺，且近几年持续特大干旱，多处水库干涸，不但灌溉无法保证，且严重影响农村饮水安全。因此很多水库被迫由蓄清排浑运用改变为蓄洪运用。显然，水资源的严重短缺制约了水库排沙。随着社会经济发展，水库功能随之转化，多数水库由过去单一的农业灌溉供水，发展到灌溉与城镇居民生活用水和工业供水相结合，对供水保证率有了更高要求，这对水库排沙减淤带来一定困难。运行调度不合理，管理技术人员不足，也是制约水库泥沙处理的主要因素之一。因此在未来若干年内，攀枝花总体面临水资源可利用短缺的问题，其主要原因是资源性缺水和工程性缺水并存。通过对攀枝花现有水库工程的分析，提出通过工程措施解决攀枝花市可利用水资源短缺问题的四条途径，一是开展现有水库工程排沙减淤，提高现有水库调节能力和供水能力；二是对淤积严重的水库进行机械清淤，增大库容；三是新修蓄水工程，增加水库调蓄总量；四是跨流域引水，增加水资源总量。

6.2建议

根据攀枝花市内水库存在的一些情况，主要提出以下几点建议：

（1）泥沙监测和预报系统对于水库排沙至关重要。建立泥沙监测和预报系统一般需要流域特性、降雨面积、强度及历时、河道形态及泥沙运动规律以及水库淤积形态和蓄水情况。

（2）根据水库目前的淤积状况，尽快对水库运用方式进行修订，对水库管理人员进行培训，是十分迫切的。

（3）在水库上游附近修建拦泥库。拦泥库不但可以减少下游水库淤积，而且其淤地肥沃，利于耕种，对当地农民具有很大效益。

（4）近年来，我市土地整理项目取得良好的效果，水库淤积采用清淤可结合土地整理对土地修复、复耕。且水库淤沙也能被开发作为建筑材料，不仅可以减少取土采石对植被和环境造成的破坏，也可避免下泄泥沙对下游河道或水库的淤积。

（5）流域水土保持是减少金沙江流域水库淤积的根本途径。目前常用的措施是淤地坝建设和退耕还林、还草。金沙江流域攀枝花段水库泥沙淤积问题依然十分严峻，应加强泥沙问题试验研究和技术推广，修订水库运行方式，加强已建水库的各项水文、泥沙观测，对管理人员进行培训应引起更加重视。

参考文献：

[1]张浩，夏迈定，陈诗基，夏恒斌，李振武.我国多沙河流一些中小水库的泥沙处理[J].中国科学，1977，1：368-378.

作者简介：

张凤坪（1984-），男，工程师，学士，主要从事水文与水资源专业规划设计工作。