淺談山區水庫泥沙問題

尹建飛 王志娟

摘 要：高臺縣全縣有水庫19座，其中平原洼地水庫13座，山區水庫6座。水庫均于上世紀建成。水庫自除險加固以來，發揮著經濟效益的同時，不少山區水庫隨著進庫泥沙的淤積，庫容不斷減小，大大降低了水庫正常發揮的經濟效益。

關鍵詞：病險水庫；除險加固；泥沙問題；經濟效益

石灰關河地處高臺縣南部的祁連山區，上游河源區分布冰川2.5km2，海拔4800m左右，河流至下游水庫壩址處，海拔2640m，河道長10km左右，屬黑河水系，控制流域面積60.8km2。石灰關水庫屬高寒半干旱氣候，平均年徑流量1360萬立方米，多年平均降水量160mm，多年平均蒸發量1633mm，平均凍土深度1.5m，年平均最大風速21m/s。石灰關河洪水主要由暴雨形成，洪水來勢猛，主峰歷時短，多為陡漲陡落，峰高量小的單峰洪水。

石灰關水庫位于肅南縣大河鄉石灰關河清水崖附近，距高臺縣城鄉約67km，距肅南縣大河鄉西河村約2km，是以灌溉為主的一座山谷水庫，自1971年開始建設，于1978年年底建成并正式投入運行，石灰關水庫屬四等小（1）型工程，原設計總庫容256萬立方米，興利庫容232萬立方米，灌溉面積2.35萬畝，設計防洪標準按50年一遇洪水設計，100年一遇洪水校核。水庫除了攔蓄石灰關流域徑流外，尚在河源上游通過紅塘引水工程從馬營河支流流域每年引水300-350萬立方米。多年運行以來，庫區淤積較為嚴重，已將原設計死庫容24萬立方米淤積滿后，又將興利庫容淤積了125.8萬立方米，目前的有效庫容已由原來的232萬立方米淤積為150.67萬立方米，灌溉面積由2.35萬畝減少為1.5萬畝。

庫區兩岸谷坡大部分基巖裸露，植被發育較好，在壩前右岸有一淺層滑坡體，長約120m，寬30-40m，滑坡體厚度1-2m。石灰關河壩址處多年平均徑流量1360萬立方米，50%保證率設計年徑流量1336萬立方米，75%保證率設計年徑流量1164萬立方米。石灰關河洪水主要由暴雨形成，暴雨歷時一般較短，但強度較大，因流域小，比降大，雨水集中匯流快，形成洪水來勢猛，主峰歷時短，多為陡漲陡落、峰高量小的單峰洪水。

石灰關河流域自產輸沙量2.52萬噸，從馬營河流域通過紅塘調水流經本流域的2km黑砂槽，有1.6km溝槽水流切割較深，造成兩岸沖刷坍塌，形成泥石流十分嚴重，據初步估算每年約有5萬噸輸沙量進入主河道，這一沙量的匯入，使得本流域輸沙量由2.52萬噸增加到7.52萬噸。

石灰關水庫的淤積現已達到111.25萬立方米，就其泥沙量來源主要是引用紅塘水經流域上游黑砂槽地段時，由于坡陡流急，水流擺動沖蝕使兩岸滑塌，泥砂隨水入庫，造成水庫嚴重淤積。因此，解決水庫淤積問題應從上游砂源治理進行。

該水庫是紅崖子鄉人民生存和發展的生命庫，至今已有37年，在灌區經濟發展中起著舉足輕重的作用。但由于當時社會經濟條件限制，目前該庫已是一座病險庫，庫區淤積接近總庫容的一半。水庫每年都要組織大量勞力進行庫區清淤和維護加固處理，在運行中若稍有不慎或處理不當造成失事，就會對國家交通、通訊干線造成巨大損失，同時，庫下游6.8萬畝農田和紅崖子鄉、水關鄉人民的生命財產將受到威脅，后果是十分嚴重的。因此，對石灰關水庫的泥沙問題進行庫區清淤，迫在眉睫，十分必要。

壩址處因無實測泥沙資料，計算依據<甘肅省多年平均侵蝕模數圖>，查得流域平均侵蝕模數350噸/km2，算得多年平均懸移質輸沙量WS=2.1萬噸，推移質輸沙量采用經驗公式：Wb=βWS計算，取β=0.2算得Wb=0.42萬噸，多年平均總輸沙量為懸移質輸沙量與推移質輸沙量之和，即流域自產總輸沙量2.52萬噸。

水庫隨著運行時間的推移，淤積泥沙累積增加，侵占了興利庫容，使水庫不能正常有效地發揮效益。不少運行管理人員和專業設計人員，都在不斷探索保持水庫有效庫容的方法。在規劃、設計等各個階段，根據水庫地形以及泥沙情況，采用不同辦法，減少水庫泥沙淤積，以保持有效庫容。

有效保持庫容的方法，主要在設置排沙通道設施，但該水庫無排沙設施，根據有關資料要保持庫容必須在壩址附近打隧洞，或者在壩內打底孔，這樣才可以防止泥沙進入水庫以及排沙的條件，以下幾種是比較有效的方法：第一，防止泥沙入庫；第二，異重流排沙；第三，沖刷庫內淤積物以取得庫容；第四，汛期降低庫水位使來沙集中的汛期來沙通過底孔排出庫外。

防止流沙進庫的有效方法，有利用汛期來沙集中的特點，在庫首處修閘和側向排沙道（明渠或隧洞）將泥沙排到壩址下游以減少庫區泥沙淤積。但這類排沙道，如地形條件不佳長度過長，則造價甚高。其次，設計時應考慮排沙道尺寸宜適當地大，有足夠大的泄量，不使排沙時形成壅水，造成洞前淤積，因這些淤積物在汛期后仍將進入水庫。有關資料記錄側向排沙道的運行和設計已經初步成功，但是有些因設計流量過小，排沙效果不太理想。

在汛期降低庫區有效水位，加大庫區內水的流動速度，把泥沙通過壩址沖向下游的方法，其排沙目的，與庫首側道排沙類似，但對于滯洪水庫或興利庫容不大的水庫多采用這種排沙方式。石灰關水庫由于泄洪能力過低，致使庫區淤積嚴重，而是為了擴大泄流設施，并及時采取汛期降低水庫水位，泄洪排沙，汛期過后蓄水的運行方法。改建后，汛期庫內水流基本無壅水成為明渠水流可排出汛期來沙，甚至還可將非汛期淤積的泥沙，沖刷出庫。結合其運行方式，促使有效庫容在一定程度上得到保持，并維持多年庫內沖淤平衡。對于滯洪水庫，如設大型底孔并不設控制閘門，汛期僅短時間壅水滯洪。這種布置和運行方式，可保持較大的庫容不被淤積。

對于一些河道含沙量非常多的水庫，可在汛期采取異重流排沙，結合水庫所出位置的地形、水位特征、具體含沙量等相關信息，明確排沙數量。通常情況下，異重流洪峰排沙量約為洪峰泥沙的20-60%左右。在設計河流異重流排沙方案時，需考慮到每年汛期內大概的棄水數量，在不影響灌溉的情況下，有效實現對其泄放。綜合多方面信息，科學地待異重流流到壩址前時，進行開閘排沙，進而達到預期的異重流排沙效果。一旦未在汛期來沙集中時，及時進行棄水量的泄放及排沙，而延至汛后泄放，則難以達到理想的排沙效果，讓用于排沙、減少水庫淤積的水量沒有發揮其最大功效。所以估算當年的來水量，對于水庫調度運用，利用異重流排沙，是十分重要的。對于懸沙量很小的河流，就不具備利用異重流排沙的實際價值。但是，對于干旱地區紅崖子灌區石灰關水庫，水量不大的水庫，因不能預測當年汛期后期有無足夠的水量，可供利用，因而猶豫不決，失去時機，這是很可惜的。我縣部分水庫所以泥沙淤積嚴重，除了沒有設底孔，或者設有底孔并沒有充分用來排沙外，大部分是由于失去及時泄放異重流的機會造成的。正常蓄水和有效排沙是存在矛盾的，怎樣妥善處理，必須根據各水庫的不同情況，總結經驗，因時因地制宜地尋求解決途徑。

作者簡介：尹建飛（1982，6-），男，籍貫：甘肅省張掖市高臺縣，現職稱：助理工程師，學歷：大專，研究方向：水利。