小浪底库区塌岸对淤积库容的影响分析

卢寿德 卢广毓 李延林

（1黄河水利委员会中游水文水资源局 2黄河水利委员会信息中心）

小浪底水库位于河南省洛阳市以北黄河中游最后一段峡谷的出口处，上距三门峡水利枢纽130 km，下距河南省郑州花园口128 km，是黄河干流上的一座集减淤、防洪、防凌、供水、灌溉、发电等为一体的大型综合性水利工程。坝址控制黄河流域面积92.3%和近100%来沙量[1]。水库设计总库容126.5亿m3，其中防洪库容41.0亿m3，调水调沙库容10.0亿m3，淤积库容75.5亿m3。大坝高160 m，坝长1 667 m，坝型为粘土斜心墙堆石坝。1994年9月主体工程正式开工，1997年10月28日截流，2000年初第一台机组投产发电，2001年底主体工程全部完工。小浪底水库地处黄河流域，由于黄土区的地形地貌与地质特点，随着水库蓄水和运行时间的延长，库区水文动态发生变化，致使库岸土体含水量状态改变，抗剪力强度下降[2]，极易发生边坡塌岸、滑坡等现象；坍塌物入库造成水库淤积，降低了水库的有效库容，将会对防洪和调水调沙造成影响[3-4]。研究小浪底水库塌岸对淤积库容的影响，不仅可以掌握该水库的水文地质环境状况，而且可对库区的水土保持综合治理、可持续化管理提供重要支撑。

1 水库淤积问题及分析思路

水库淤积主要包括两部分：一是上游泥沙沿途淤积；二是库区塌岸淤积。水库塌岸是水库蓄水后的自然现象，但其危害和影响程度各异。危害和影响主要有：一是大量土体坍塌入库产生淤积，减小库容，影响水库的综合效益；二是塌落物可淤塞、填堵引水建筑物的进水口，影响正常供水；三是岸线后移，致使库边农田、建筑物和道路等遭受毁坏，影响工农业生产和人们的正常生活；四是如预测塌岸严重，将影响开发方案、坝址或设计蓄水位的选择等；五是坝前库岸如发生坍塌，将影响大坝的运行安全。

水库塌岸影响因素诸多，主要是内因（如坡体结构、不利弱面组合等）与外因（地震、降水、水库蓄水位变化、人类活动诱发滑坡等）。首先，我们通过实地勘察、表象观测水蚀、目测塌方痕迹等，统计塌方点位及易发生河段；然后，选取典型剖面、淤积河段，通过实测断面淤积数据对比变化过程，分析对淤积断面的影响；最后，估算塌方宽度与塌方量，分析对淤积库容的影响。

2 小浪底水库蓄水及河段划分

2.1 蓄水情况

水库塌岸与蓄水情况关系密切。小浪底水库设计最高蓄水位275 m，从运行情况看，蓄水超过250 m以上11 a（次），超过260 m以上6 a（次），最高为2012年270.11 m。由于每年进行调水调沙实验，水位变化频繁，年最高蓄水水位级分布均匀，塌岸分析的代表性较好。水库历年蓄水水位变化情况见图1。

图1 2000-2015年小浪底水库蓄水运用水位变化情况

2.2 河段划分

依据小浪底水库地形、地质特征，划分分析河段。第一段：宽深段，坝前至八里胡同出口HH16断面，断面宽深，边坡趋缓，两岸多为石山坡，间或土山坡，坡度较缓；第二段：HH16断面至河堤泥沙因子站HH38断面，断面宽深，岸边坡度较大；第三段：HH38断面至尖坪HH53为深山区，两岸陡峻，断面受回水频繁变动影响。HH53以上至三门峡大坝一般为自然河道，断面变化不大。小浪底水库断面主河槽一般在200-300 m，275 m蓄水高程河宽河堤（HH37）以上及八里胡同（HH17）河段一般在300-700 m，河堤至八里胡同上口及八里胡同以下一般在1 000-3 000 m之间。断面位置、干流断面宽度及距坝前距离见图2。

图2 干流淤积断面（高程275m）河宽沿程分布图

3 实地勘察分析

实地勘察情况见表1。表1统计显示，塌方主要位于陡峻沙土边坡，主要有：HH22-23断面之间左岸、HH26-31断面之间右岸、HH34-38断面之间两岸、HH43-44之间左岸。这些区域是水库主要塌方区，随着水库水位的不断变化，小范围的塌方仍然不断发生。

在调查中发现，小浪底库区有两处塌方现象：一处位于干流，属于分析河段；一处位于右岸支流西阳河。从边坡特点来看，均位于山体陡峻破碎的石山区。属于类似河段情况的大致是：HH16-19河段两岸、HH24-25河段两岸、HH27-29河段左岸、HH39-52断面之间以上陡峻石山边坡，这些区段发生滑坡的可能性较大。

4 典型剖面塌岸对比分析

4.1 HH22-23河段塌方分析

图3 黄河27断面淤积过程对照图

表1 小浪底水库干流河段塌岸勘察情况一览表

HH22-23之间左岸处于弯道弧顶，沙土边坡，坡度陡峻，呈台阶型，塌岸痕迹明显。库水位250 m以下经过坍塌、浸泡，岸坡已趋稳定。当蓄水位超过250 m以上陡峻岸坡时，从西阳河河口以下1-2 km，受弯道顶托属于塌方区域，河段的塌方主要淤积于主河槽。

4.2 HH27-28河段塌方分析

该河段右岸为沙土边坡，属于明显的塌方区，塌方位置陡峭，随时都有塌方的危险。从HH27断面（图3）上对比分析，断面右岸塌岸表现较为明显，起点距700-900 m之间、横向近200 m，逐渐塌岸。从起点距500-700 m形成的河底缓坡，断面所处河道顺直，对比其他断面，挟沙水流淤积河道，淤积面平坦，因此河底缓坡应是塌方淤积形成。水位253 m以上起点距1 075 m为20 m的沙土陡坎，塌岸痕迹明显，整体山丘为沙土，是库区塌岸的明显区域。随着蓄水水位的增高，浸泡塌方仍会长期发生，再造岸坡，改变边坡形态。

4.3 HH34-35河段塌方分析

HH34-35河段两岸同属于沙土岸坡，岸坡地势平缓，水面宽度超过2 000 m，没有明显的塌方痕迹，塌方与其边坡形态有关。虽然不属于窄束河段，因河段的边坡属于沙土类型，有助于预测类似地形河段的塌岸现象。右岸边坡塌方主要泥沙堆积，使边坡趋于平缓。

4.4 HH37-38河段塌方分析

HH37-38河段之间，右岸为沙土岸坡，呈梯田状，发生经常性塌方，实地塌方痕迹明显，但塌方量不大。由于HH37断面位于岸边凹槽处，断面图表现不明显。HH38断面右边坡陡峻，经过2003年高水位后，边坡后移，断面图显示最大塌岸宽度20余m，边坡形态均没有明显变化。

4.5 HH43-45河段塌方分析

HH43-45河段是水库上游窄束段典型河段，河段左岸有近2 km长的沙土边坡，属库区居民未搬迁之前的耕作区。边坡陡峻，呈大幅度的梯田状，边坡塌岸痕迹明显，塌岸土方量大，边坡后移近100 m，从而改变了边坡形态。HH43断面位于该塌方的末端，陡峻的边坡形态变成圆滑的岸坡，塌方从图上表现不明显；HH44断面位于该区段上游，由于其之间的塌方区，使河岸后退近100 m；HH45断面右岸表现为明显的侵蚀塌方，塌方宽度近200 m。该河段窄束，且水库泄水期处于自然河道行洪，部分沙土坡岸塌方面积较大，但泥沙形不成堆积，泥沙主要表现为沿程淤积。

塌方相对与水流方向有纵向和横向，从绘制的部分断面图来看，塌方现象表现不明显，主要是大部分塌方不全在断面线上，如HH23断面左岸纵向塌方更明显。

从实地查勘和实测断面图分析，小浪底库区不会出现大面积连续的塌岸现象，且水库两岸大多受石山区控束，随着水库蓄水位升高，塌方表现为局部、小范围，水库边坡和蓄水线形态不会出现大的变化。

自1999年水库开始蓄水，至2008年，HH16断面以上河底高程位于220 m线以上，经历2003年、2006年两次265 m高水位，水位260 m以下边坡已趋稳定。

由于黄河中游来水来沙的特殊性，汛期来水大多表现为水少沙大，对水库的危害性较大。水库泥沙淤积主要是挟沙水流泥沙沉积。以河堤泥沙因子站为例，1999年原始库容测验河底平面高程199 m，2007年10月淤积测验河底高程230 m，淤积超过30 m。水库塌方淤积实测资料表现不出来。从塌方痕迹观测，塌方泥沙主要淤积在230 m以下主河槽中。

5 结语

黄土塌岸对小浪底水库的影响不容忽视。在275 m库水位时，松散土体岸坡段占库岸总长近20%。据典型剖面分析，可能发生土体塌岸的所有地段，库面宽度均大于500 m，多为沙土河岸且坡度较陡。小浪底库区塌岸多为局部，对库区地形地貌及库容影响有限，塌方再造岸边与水流挟沙淤积相比对库容的影响较小，水库边坡和蓄水线形态也不会出现大的变化，塌方淤积主要影响局部边坡形态。上部塌方主槽淤积，由于河槽冲刷能力有限，只改变库容泥沙淤积的分布，对总淤积库容变化影响不大。2006年高水位蓄水后，原来塌方的河岸逐步稳定，HH26-38断面之间的沙土区库岸逐步稳定。随着库区蓄水水位的升高，塌方仍然会局部、小范围的发生，其塌方的位置不会有太大的变化，但其趋势会逐步减弱。总的来说，关于小浪底库区塌方研究还缺乏系统的观测资料，对塌方的分析多局限于定性分析。因此，建议小浪底水库淤积测验应及早增加塌岸、滑坡等观测项目，为水库减淤、灾害防治提供监测数据。