水庫泥沙淤積及減淤措施

水庫泥沙淤積及減淤措施摘要：水庫一一作為攔洪蓄水以及調(diào)節(jié)水流的重要水利工程建筑物，最早可以追溯到新中國成立，于1951年10月開始施工修建的官廳水庫，正式開啟了水庫修建之路，水庫對于我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，為人類帶來許多便利。不過，考慮到我國的河流有很大一部分河流含沙含泥量都相對較高的多泥沙河流，這就導(dǎo)致水庫更加容易發(fā)生淤積。淤積泥沙的處理與水庫運(yùn)行和維護(hù)的工作密切相關(guān)，此外還會影響到水庫的有效庫容及其使用壽命。因此，本文對水庫淤積進(jìn)行了簡單的分析。關(guān)鍵詞：水庫；泥沙淤積；減淤措施1水庫中泥沙來源泥沙是隨河流運(yùn)動和組成河床的松散固體顆粒。泥沙主要是由河流流經(jīng)流域表面對地表產(chǎn)生侵蝕以及河流上游的河槽沖刷形成的。由于降雨而形成的地表徑流，會侵蝕流域地表，從而造成大量的土石顆粒發(fā)生位移，從而導(dǎo)致水流攜帶大量的泥沙。流域地表的侵蝕程度，與氣候是否多雨，土壤是否松散，植被的茂密以及人類的過度砍伐等因素密不可分。如若流域氣候多雨、土壤疏松、植物覆被差、地形坡陡以及人為影響如毀林墾地現(xiàn)象嚴(yán)重等，則流域地表的侵蝕就較嚴(yán)重，進(jìn)入江河的泥沙量就多［1］。江河中的水流在向下游流動的過程中，會不斷的沖刷河岸兩側(cè)來補(bǔ)充損失的泥沙。2泥沙的特性泥沙的特性可以分為兩大類：泥沙顆粒的特性和泥沙群體的特性。泥沙顆粒的特性主要有：單位體積泥沙顆粒的重量可稱之為重度，其數(shù)值的大小隨泥沙的巖性不同而有所差異，所含的礦物質(zhì)主要有石英和長石；顆粒的大小量度可稱之為粒徑。生活中常見的有：泥沙的顆粒與體積相等的等容粒徑；實(shí)驗(yàn)室中，用帶有不同直徑的孔的篩子對泥沙進(jìn)行篩分從而得出的篩徑；還有一種是通過計(jì)算沉降速度與粒徑的關(guān)系而計(jì)算出的沉降粒徑。泥沙在靜水中的沉降速率稱之為沉速，同時(shí)也可以對泥沙顆粒的大小進(jìn)行度量，細(xì)粒泥沙表面的物理化學(xué)性質(zhì)，主要決定于顆粒表面雙電層和吸附水膜的性質(zhì)［2］。細(xì)顆粒泥沙的絮凝和分散等現(xiàn)象都與雙電層和吸附水膜的結(jié)構(gòu)有關(guān)。因?yàn)闃?gòu)成泥沙的總是無數(shù)個(gè)形狀不一、大小各異且礦物質(zhì)含量不同的松散顆粒，往往是以群體的方式呈現(xiàn)在我們的生活中，所以其群體特性有：因?yàn)槟嗌愁w粒的大小差異太大，所以在群體內(nèi)部是離散形式；所有的泥沙顆粒的粒徑的算術(shù)平均值稱算術(shù)平均粒徑；在級配曲線上與50%對應(yīng)的粒徑是中值粒徑，在所有群體中，小于或大于這一粒徑的泥沙在重量上是一樣的。單位體積的泥沙群體的內(nèi)部比較干燥的泥沙的重量即是干容重，以t/m3表示；單位體積的泥沙群體內(nèi)空隙所占的體積即是孔隙率，均勻沙的群體沉速，當(dāng)大小相同的沙粒群體的含沙量大于2%左右時(shí)，顆粒將相互牽連，混為一體，全部顆粒以同一速度下沉，這種沉速稱為均勻沙的群體沉速［3］。3泥沙淤積形態(tài)泥沙的淤積形態(tài)在大體上可以看作縱剖面和橫斷面形態(tài)。其中縱剖面的形態(tài)又可以分為三角洲、錐體以及帶狀淤積三種形態(tài)。以水庫水位變化幅度不大為前提條件，泥沙的淤積是在自由發(fā)展情況下，水庫淤積的形態(tài)一般是三角洲形態(tài)，同時(shí)該形態(tài)也是水庫淤積的基本形態(tài)、在回水曲線比較短，流入水庫的水流在通過庫段時(shí)產(chǎn)生的紊動強(qiáng)度較大，又或者是水流中的含沙量較高，并且水流在抵到攔河建筑物前泥沙不能完全的沉積情況下，將形成錐體淤積形態(tài)、水庫水位在淤積發(fā)展過程中大幅度變動，水流挾沙量較小，則在水庫回水末端變動范圍內(nèi)將產(chǎn)生一系列微型三角洲，并疊加形成帶狀淤積⑷。因?yàn)榛厮€是帶有一個(gè)下凹的形狀，故三角洲縱剖面也可稱為下凹面。橫斷面的水庫淤積形態(tài)在多沙、少沙河流水庫中略有差異。在多沙河流水庫中的淤積普遍會有一大片淤積，并且能夠有沖刷出一條帶的特點(diǎn)，淤積一大片指泥沙在橫斷面上基本呈均勻分布，庫區(qū)橫斷面上不存在明顯的灘槽［5］。此外，沖刷一條帶是指水庫有足夠強(qiáng)大的泄洪能力以及經(jīng)常都是以泄空的方式在運(yùn)行時(shí)，水庫的底部河床被沖出一條深槽，從而形成有槽的橫斷面。4泥沙淤積存在的危害水庫的調(diào)節(jié)庫容會被淤積的泥沙所占據(jù)從而發(fā)生變化，導(dǎo)致水庫的功能降低，調(diào)節(jié)能力減弱，最重要的是會降低水庫的防洪能力和興利效益。另外，泥沙在水庫中的沉積也會導(dǎo)致水庫的回水往上延，以致使上游地區(qū)的洪水位被抬高，從而導(dǎo)致淹沒、浸沒損失顯著增加；在航運(yùn)方面，水庫回水區(qū)發(fā)生泥沙淤積會使航深降低，產(chǎn)生使輪船無法正常運(yùn)行的現(xiàn)象。水頭較低的水利樞紐以及發(fā)生泥沙淤積但已處于淤積平衡狀態(tài)的水庫，淤積的泥沙將位移至壩前處，會使水電站的進(jìn)水口發(fā)生淤堵，如果淤積的泥沙隨著水流進(jìn)入水輪機(jī)組，還會使其磨損程度更加嚴(yán)重。泥沙在引水渠系中的淤積會導(dǎo)致引水流量不足，供水效益降低，并耗費(fèi)大量清淤的人力和物力，在水庫攔蓄泥沙后，清水下泄可能造成下游河道的沖刷下切及河道展寬，甚至引起河勢變化，影響堤防、護(hù)岸、取水建筑物等工程設(shè)施的安全和效益［6］。泥沙的淤積發(fā)生在平原河道中并且長期的積累，會使該河道的洪水位增高，若泥沙淤積在泄洪口處，還會使河道的泄洪能力極大的降低；泥沙淤積發(fā)生在航道的港口及河口處時(shí)，會使航道的運(yùn)航能力減弱，以及影響河口的演變。5減淤措施入水庫前對泥沙的攔截：因?yàn)樗畮熘心嗌车膩碓创蟛糠质橇魅胨畮熘械乃鲗ι嫌瘟饔蛑械牡乇硪约昂拥纼蓚?cè)進(jìn)行沖刷和侵蝕，所以，在水庫的上游可以采用一些有效的攔沙措施，從根本上減少流入水庫中的泥沙。滯洪排沙：當(dāng)流入水庫的水量比該水庫泄水量大時(shí)，會產(chǎn)生滯洪臃水。在滯洪期內(nèi)，整個(gè)庫區(qū)的水流仍以一定的速度緩慢行進(jìn)，在這期間，部分直徑較大的泥沙顆粒淤積在庫中，而直徑較小的泥沙顆粒就能隨水流被排出水庫。滯洪排沙的效率受排沙時(shí)機(jī)、滯洪歷時(shí)、開閘時(shí)間、泄量大小和洪水漫灘程度等因素的影響，一般來說，開閘及時(shí)，滯洪歷時(shí)短、下泄量大、洪水不漫灘或少漫灘，則排沙效率高［7］。在汛期時(shí)，泥沙集中，就比較適合用該方法進(jìn)行減淤。異重流排沙：水庫進(jìn)入蓄水期，當(dāng)流入水庫的水形成了潛入庫底并同時(shí)朝大壩前方運(yùn)動的異重流時(shí)，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間打開排沙孔閘門，就可以排出一些泥沙，從而減少泥沙在水庫中發(fā)生淤積。異重流排沙的效果與洪水流量、含沙量、泥沙粒徑、泄量、庫區(qū)地形、開閘時(shí)間及底孔尺寸和高程有關(guān)［8］。流入水庫的水流中含沙量較大，但是泥沙的粒徑比較小，就不易發(fā)生淤積現(xiàn)象。泄空排沙：顧名思義，即是將水庫排空，在放水的過程中，回水的末端會慢慢的朝壩前方移動，而因?yàn)榛厮南乱?，水庫中淤積的泥沙會被沖刷，如果在放水即將結(jié)束時(shí)突然的增加排放量，對泥沙沖刷的效果會更加的明顯。這種減淤方式主要依靠沿程沖刷和溯源沖刷共同作用，沿程沖刷可以將回水末端的泥沙淤積清除，然后再把泥沙帶至壩前；溯源沖刷隨水位的降低會更好的將沿程沖刷帶來的泥沙排出水庫。機(jī)械清淤：對于一些不能使用上面幾種方法減淤的水庫局部，還能使用一些挖泥船、氣力泵等清淤機(jī)械來對水庫局部進(jìn)行清淤。6總結(jié)水庫泥沙淤積的問題一直是水庫在修建，運(yùn)行，維護(hù)中的一大難題，并且一直都被相關(guān)部門和水利科技工作人員的重視。本文對泥沙淤積的原因，形態(tài)，危害以及減淤措施幾方面進(jìn)行了粗略的分析，我相信，我所分析的只是這一大問題中的冰山一角，還有許多優(yōu)秀的科技人員在對這個(gè)問題進(jìn)行更加詳細(xì)，精密的分析。而我，也會在今后的學(xué)習(xí)中繼續(xù)挖掘這座冰山。參考文獻(xiàn)(References)劉志強(qiáng)，王烈恩，李翠翠,牛金林.庫區(qū)泥沙來源研究進(jìn)展[J].浙江水利科技,2016,44(4):1-4朱鵬程，郭來駿.泥沙知識講座(二)水流和泥沙性質(zhì)[J].水文,1983(02):63-64唐鴻琴，李健.沖積河流水流泥沙運(yùn)動規(guī)律研究[J].陜西水利,2019(12):191-192⑷李昶.不同水庫淤積形態(tài)對總有機(jī)碳、總氮埋藏通量的影響[D].華東師范大學(xué),2018周勤,何長青，米家杉,張春澤.干清支渾型水庫泥沙淤積形態(tài)和運(yùn)動規(guī)律研究[J].水力發(fā)電