三峽水庫泥沙淤積現狀及減淤措施簡述

徐威震 重慶市水利電力建筑勘測設計研究院有限公司

1.前言

泥沙問題一直是修建水庫最為重要的問題之一，國內外都非常重視,它不僅會造成水庫有效庫容減少，庫尾淤積上延而導致河道兩岸的淹沒等問題，直接關系到水庫的使用壽命和水庫功能的充分發揮，甚至關系到人民的生命財產安全。我國有許多河流是含沙量高、輸沙量大的多泥沙河流,水庫泥沙淤積問題尤為嚴重,并且淤積數量大,淤積速率快，年平均庫容損失率祝日益增大,甚至高于世界其他國家。自古以來，水庫淤積造成的不利影響給我們留下了深刻的教訓。國外的水庫淤積問題同樣不容樂觀，美國自1948 年以來,大約修建了11000 多座防洪大壩,許多大壩都因為水庫泥沙的迅速淤積而失去預期的功能，最終失去其功能。

眾所周知的三峽工程，自其蓄水運用以來，由于上游干支流水庫群建設，入庫泥沙條件明顯的變化，壩下游河道沖刷向下游發展速度較預期要快，尤其是近年來城陵磯以下河段河床沖刷有所加劇，湖口以下至長江口均出現了不同程度的沖刷，出現了新的挑戰。那么，面對三峽庫區及壩下游航道治理面臨的多重不確定性泥沙問題，我國泥沙專家組也對此展開了長時間的論證，所以，時刻關注三峽水庫的淤積現狀及探索庫區泥沙減淤措施是很有必要的。

2.三峽水庫淤積現狀

2019年三峽水庫人庫徑流量和輸沙量（朱沱站、北碎站和武隆站三站之和）分別為4016億立方米和0.685億噸，與2003-20l8年的平均值相比，年徑流量偏大大10%，年輸沙量偏小56%。其歷年出、入庫泥沙對比圖如圖1所示。

圖1 三峽水庫歷年出入庫泥沙對比圖

從圖1可以看出，自三峽水庫建成以來，前幾年時間，庫區泥沙淤積基本處于穩定階段，但隨著向家壩水庫及溪洛渡水庫建成調控以來，三峽水庫庫區內的泥沙有了明顯的減少，并在近年內基本保持著穩定水平。

因此，三峽水庫自2003年建成蓄水以來，17年來三峽水庫年平均水沙量約為3696億 m3和1.37 億 t。就目前淤積情況來看，其淤積量遠小于初步設計階段論證值。

3.庫區泥沙淤積的成因

對于庫區泥沙的淤積成因，國內外眾多學者開展了相關研究，其淤積原理基本明確。概括來講，水庫泥沙淤積主要是河流從上游往下游流動，沿程對河岸的沖刷，挾帶的大量泥沙運行至水庫回水末端至攔河建筑物之間的庫區而發生的堆積。當水流進入庫區影響范圍后，因其獨特的庫區地形設計，呈現出水深沿流程增加，水面坡度沿程減小，流速也體現為流程減小，因而水流挾沙能力沿流程降低，最后，出現泥沙淤積。在這個過程中，其實也是水流對不同粒徑泥沙的不斷分選過程。大顆粒泥沙首先落淤，形成三角洲的頂坡段，隨著時間的推移，大部分的床沙質沿程落淤，導致回水末端向上游移動，出現“翹尾巴”現象，而水體中殘留漂浮的細沙，在含沙量較大時形成異重流潛入庫底，含沙量較小時則擴散在水庫深處淤積。此外，細顆粒泥沙還將發生“絮凝”現象而落淤，不少學者的研究證明了這一點。

在新時期，三峽工程不僅面臨著壩下游河道的沖刷問題、汛期水庫實施“中小洪水”調度影響問題、“兩湖”（洞庭湖和鄱陽湖）關系的新調整問題、非法采砂對河勢穩定與生態環境的影響等新問題，也要滿足推動長江經濟帶發展的國家戰略、提高長江航運承載力及拓展三峽水庫綜合效益等新的需求。因此，綜合多庫聯調、水土保持工程的實施、河道采砂及氣候變化等多方面因素的影響來講，庫區泥沙淤積新的影響機制仍需繼續探索。

4.庫區泥沙淤積的解決方法

早期時間，我國修建的水庫對水庫運行后期的排沙問題沒有較多的考慮，因此，造成后期水庫泥沙淤積現象尤為嚴重。在那個時候，為了減慢水庫淤積的速度，延長水庫使用期限，大部分的水庫需要進行重新改造，并且優化和改進水庫的調度方式。例如三門峽水庫在建成運行后，被發現泥沙淤積較為嚴重，于是進行了兩次大的改建以擴大其泄流排沙規模；后來，夏邁定等人通過詳細觀測分析黑松林水庫的來水來沙特點、水庫淤積特征等，提出了“蓄清排渾、高渠拉沙及引渾灌溉”系統泥沙處理技術，豐富了我國水庫排沙、清淤技術。目前，“蓄清排渾”的理念被廣泛運用與大多數水庫的減淤上，三峽水庫成功實施“中小洪水”調度方式，取得較好成效。

目前，對于水庫泥沙淤積的防治措施主要體現在一下幾個方面。一、開展沿程河道的兩岸的水土保持可以從根本上減少泥沙的流入，采用較多的是通過種植生態草木等固沙護岸，隨著生態護岸工程的開展，一系列的生態護岸工程被用于泥沙防治，充分發揮著穩定河岸、美化環境、保持水土、調節微氣候和維持生物多樣性等功能，在長江航道中得到了廣泛應用；二、通過合理的優化水庫運行調度的方式，考慮最佳的泄洪排沙時間也能在一定程度上減少庫區泥沙淤積；三、利用挖泥機械設備疏浚庫區內已經淤積的泥沙一直是傳統的減淤措施，隨著科技的發展，已經發展了一系列快速、高效、智能的挖泥設備及挖泥方式，能有效的保證庫區有充裕的庫容量。四、在泥沙檢測技術上，也取得了多方面的進展，如三峽水庫推移質觀測新技術、泥沙實時預測技術等智能方法，為庫區泥沙淤積預警技術的實現奠定了一定的基礎，但隨著大數據、人工智能技術的發展，泥沙檢測技術的計算精度仍需不斷改善。

對于水庫泥沙淤積的防治措施也一直在發展，未來也許還能在研究泥沙輸移特性的基礎上，通過智能化的預測手段，比如融合ArcGIS、天地圖和基于降雨預測、多庫聯調下的流量預測技術來優化水沙模型，實現泥沙淤積的預測預警，實現庫區減淤防治的可預測性、智能化發展。

5.結語

水庫泥沙淤積問題，一直以來都是水庫運行治理過程中的重大難題之一，本文基于三峽水庫建成蓄水以來的出、入庫泥沙的資料進行整理分析，明晰了三峽水庫的淤積現狀；并以此為例，對庫區泥沙淤積的成因進行了綜合描述，指出在新的現狀條件下，仍應對庫區泥沙淤積機制進行深入探索；最后，通過回顧我國對庫區泥沙減淤措施的研究現狀，基于目前的高新智能技術的發展，對庫區減淤防治的可預測性、智能化發展提出了展望。