三峡水库泥沙淤积现状及减淤措施简述

徐威震 重庆市水利电力建筑勘测设计研究院有限公司

1.前言

泥沙问题一直是修建水库最为重要的问题之一，国内外都非常重视,它不仅会造成水库有效库容减少，库尾淤积上延而导致河道两岸的淹没等问题，直接关系到水库的使用寿命和水库功能的充分发挥，甚至关系到人民的生命财产安全。我国有许多河流是含沙量高、输沙量大的多泥沙河流,水库泥沙淤积问题尤为严重,并且淤积数量大,淤积速率快，年平均库容损失率祝日益增大,甚至高于世界其他国家。自古以来，水库淤积造成的不利影响给我们留下了深刻的教训。国外的水库淤积问题同样不容乐观，美国自1948 年以来,大约修建了11000 多座防洪大坝,许多大坝都因为水库泥沙的迅速淤积而失去预期的功能，最终失去其功能。

众所周知的三峡工程，自其蓄水运用以来，由于上游干支流水库群建设，入库泥沙条件明显的变化，坝下游河道冲刷向下游发展速度较预期要快，尤其是近年来城陵矶以下河段河床冲刷有所加剧，湖口以下至长江口均出现了不同程度的冲刷，出现了新的挑战。那么，面对三峡库区及坝下游航道治理面临的多重不确定性泥沙问题，我国泥沙专家组也对此展开了长时间的论证，所以，时刻关注三峡水库的淤积现状及探索库区泥沙减淤措施是很有必要的。

2.三峡水库淤积现状

2019年三峡水库人库径流量和输沙量（朱沱站、北碎站和武隆站三站之和）分别为4016亿立方米和0.685亿吨，与2003-20l8年的平均值相比，年径流量偏大大10%，年输沙量偏小56%。其历年出、入库泥沙对比图如图1所示。

图1 三峡水库历年出入库泥沙对比图

从图1可以看出，自三峡水库建成以来，前几年时间，库区泥沙淤积基本处于稳定阶段，但随着向家坝水库及溪洛渡水库建成调控以来，三峡水库库区内的泥沙有了明显的减少，并在近年内基本保持着稳定水平。

因此，三峡水库自2003年建成蓄水以来，17年来三峡水库年平均水沙量约为3696亿 m3和1.37 亿 t。就目前淤积情况来看，其淤积量远小于初步设计阶段论证值。

3.库区泥沙淤积的成因

对于库区泥沙的淤积成因，国内外众多学者开展了相关研究，其淤积原理基本明确。概括来讲，水库泥沙淤积主要是河流从上游往下游流动，沿程对河岸的冲刷，挟带的大量泥沙运行至水库回水末端至拦河建筑物之间的库区而发生的堆积。当水流进入库区影响范围后，因其独特的库区地形设计，呈现出水深沿流程增加，水面坡度沿程减小，流速也体现为流程减小，因而水流挟沙能力沿流程降低，最后，出现泥沙淤积。在这个过程中，其实也是水流对不同粒径泥沙的不断分选过程。大颗粒泥沙首先落淤，形成三角洲的顶坡段，随着时间的推移，大部分的床沙质沿程落淤，导致回水末端向上游移动，出现“翘尾巴”现象，而水体中残留漂浮的细沙，在含沙量较大时形成异重流潜入库底，含沙量较小时则扩散在水库深处淤积。此外，细颗粒泥沙还将发生“絮凝”现象而落淤，不少学者的研究证明了这一点。

在新时期，三峡工程不仅面临着坝下游河道的冲刷问题、汛期水库实施“中小洪水”调度影响问题、“两湖”（洞庭湖和鄱阳湖）关系的新调整问题、非法采砂对河势稳定与生态环境的影响等新问题，也要满足推动长江经济带发展的国家战略、提高长江航运承载力及拓展三峡水库综合效益等新的需求。因此，综合多库联调、水土保持工程的实施、河道采砂及气候变化等多方面因素的影响来讲，库区泥沙淤积新的影响机制仍需继续探索。

4.库区泥沙淤积的解决方法

早期时间，我国修建的水库对水库运行后期的排沙问题没有较多的考虑，因此，造成后期水库泥沙淤积现象尤为严重。在那个时候，为了减慢水库淤积的速度，延长水库使用期限，大部分的水库需要进行重新改造，并且优化和改进水库的调度方式。例如三门峡水库在建成运行后，被发现泥沙淤积较为严重，于是进行了两次大的改建以扩大其泄流排沙规模；后来，夏迈定等人通过详细观测分析黑松林水库的来水来沙特点、水库淤积特征等，提出了“蓄清排浑、高渠拉沙及引浑灌溉”系统泥沙处理技术，丰富了我国水库排沙、清淤技术。目前，“蓄清排浑”的理念被广泛运用与大多数水库的减淤上，三峡水库成功实施“中小洪水”调度方式，取得较好成效。

目前，对于水库泥沙淤积的防治措施主要体现在一下几个方面。一、开展沿程河道的两岸的水土保持可以从根本上减少泥沙的流入，采用较多的是通过种植生态草木等固沙护岸，随着生态护岸工程的开展，一系列的生态护岸工程被用于泥沙防治，充分发挥着稳定河岸、美化环境、保持水土、调节微气候和维持生物多样性等功能，在长江航道中得到了广泛应用；二、通过合理的优化水库运行调度的方式，考虑最佳的泄洪排沙时间也能在一定程度上减少库区泥沙淤积；三、利用挖泥机械设备疏浚库区内已经淤积的泥沙一直是传统的减淤措施，随着科技的发展，已经发展了一系列快速、高效、智能的挖泥设备及挖泥方式，能有效的保证库区有充裕的库容量。四、在泥沙检测技术上，也取得了多方面的进展，如三峡水库推移质观测新技术、泥沙实时预测技术等智能方法，为库区泥沙淤积预警技术的实现奠定了一定的基础，但随着大数据、人工智能技术的发展，泥沙检测技术的计算精度仍需不断改善。

对于水库泥沙淤积的防治措施也一直在发展，未来也许还能在研究泥沙输移特性的基础上，通过智能化的预测手段，比如融合ArcGIS、天地图和基于降雨预测、多库联调下的流量预测技术来优化水沙模型，实现泥沙淤积的预测预警，实现库区减淤防治的可预测性、智能化发展。

5.结语

水库泥沙淤积问题，一直以来都是水库运行治理过程中的重大难题之一，本文基于三峡水库建成蓄水以来的出、入库泥沙的资料进行整理分析，明晰了三峡水库的淤积现状；并以此为例，对库区泥沙淤积的成因进行了综合描述，指出在新的现状条件下，仍应对库区泥沙淤积机制进行深入探索；最后，通过回顾我国对库区泥沙减淤措施的研究现状，基于目前的高新智能技术的发展，对库区减淤防治的可预测性、智能化发展提出了展望。