水庫淤積
reservoir sedimentation
其切點稱為回水末端(見圖)
水流進入庫區後,由於水深沿流程增加,水面坡度和流速沿流程減小,因而水流挾沙能力(見河流泥沙運動)沿流程降低,出現泥沙淤積。
水庫淤積形態
分為縱剖面形態和橫斷面形態。縱剖面形態包括三角洲、錐體和帶狀淤積三種形態。在庫水位變化幅度不大,淤積處於自由發展情況下,水庫淤積一般呈三角洲形態;在回水曲線較短,入庫水流在通過庫段時紊動強度較大,或含沙量較高,含沙水流在達到攔河建築物前泥沙來不及完全沉積情況下,水庫淤積將形成錐體形態;水庫水位在淤積發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範圍內將產生一系列微型三角洲,併疊加形成帶狀淤積。三角洲是水庫淤積的基本形態。由於回水曲線具有下凹的形狀,故三角洲縱剖面亦為下凹面。
橫斷面形態在多沙河流與少沙河流的水庫中有所不同。多沙河流上的水庫普遍有淤積一大片,沖刷一條帶的特點。淤積一大片指泥沙在橫斷面上基本呈均勻分布,庫區橫斷面上不存在明顯的灘槽。沖刷一條帶指水庫在有足夠大的泄流能力,並採取經常泄空的運用方式時,庫底被衝出一條深槽,形成有灘有槽的複式橫斷面。淤積過程中橫斷面的變化,一般還具有死灘活槽的規律,即灘地只淤不沖,灘面逐年淤高;主槽有淤有沖。在合理的運用方式條件下,庫區可保持一條相對穩定的深槽,不致被泥沙淤死。少沙河流水庫,淤積一大片的特點並不突出,但沖刷一條帶和死灘活槽的基本特點依然存在。
水庫淤積過程
是在水流對不同粒徑泥沙的分選過程中發展的。在回水末端區,流速沿程迅速遞減,卵石、粗沙等推移質首先淤積,泥沙分選較顯著。向下游,懸移質中的大部分床沙質沿程落淤,形成了三角洲的頂坡段,其終點就是三角洲的頂點。在頂坡段,由於水面曲線平緩,泥沙沿程分選不顯著。當水流通過三角洲頂點後,過水斷面突然擴大,紊動強度銳減,懸移質中剩餘的床沙質在範圍不大的水域全部落淤,形成了三角洲的前坡。水體中殘存的細粒泥沙,當含沙量較大時,往往從前坡潛入庫底,形成繼續向前運動的異重流,或當含沙量較小而不能形成異重流時,便擴散並在水庫深處淤積。
水庫淤積是一個長期過程。一方面,卵石、粗沙淤積段逐漸向下游伸展,縮小頂坡段,並使頂坡段表層泥沙組成逐漸粗化;另一方面,淤積過程使水庫回水曲線繼續抬高,回水末端也繼續向上游移動,淤積末端逐漸向上游伸延,也就是通常所說的翹尾巴現象,但整個發展過程隨時間和距離逐漸減緩。最終,在回水末端以下,直到攔河建築物前的整個河段內,河床將建立起新的平衡剖面,水庫淤積發展達到終極。終極平衡縱剖面仍是下凹曲線,平均比降總是比原河床平均比降小,並與舊河床在上游某點相切。
水庫淤積的影響
在庫區,淤積減少有效庫容,影響水庫調節性能和建築物的正常運用。在水庫上遊河道,淤積抬高河床,使河道水位升高,坡降和流速減小,河槽過水能力降低,增加了防洪困難,河水位抬高還會引起兩岸地下水位升高,導致土地鹽漬化;在水庫下遊河道,在水庫淤積並攔截泥沙時期,水庫下泄清水,下遊河床由於沖刷而普遍下切,水位隨之下降。這將產生正反兩方面的影響:一方面,它不利於大壩和沿河建築物的基礎,使沿河引水工程的運用發生困難,使下游橋樑基礎埋深減少;另一方面,可以使水電站的尾水位降低,能增加水電站出力、使下游水深增大而流速減小,有利於河床的穩定和通航。
在水庫淤積平衡剖面建立以後,河流的全部懸移質與大部分推移質通過攔河建築物下泄,下遊河床復又上升,河床逐漸回復建庫前情形。
水庫淤積防治
有水力排沙、水力沖刷和機械清淤三類。水力排沙根據水庫來沙多集中在汛期的特點,採用汛期降低庫水位(或泄空),使懸沙的主要部分通過庫區時來不及沉積而排出,也可採用汛末水庫蓄水,將泥沙以異重流形式排出庫外。這類方法稱為蓄清排渾法。
水力沖刷法分為汛前泄空沖刷、低水位沖刷和定期降低水位水力沖刷法(一年內一兩次或多年一次)等。
機械清淤,有利用水庫水頭差作為排沙能源和利用外加能源法兩大類。前者常利用水庫上下游水位差,根據虹吸原理,用浮動軟管將建築物前淤積物排泄出庫。後者用挖泥船或泥漿泵等機械清淤,只適合於水資源特別寶貴的水庫。