水库长期使用问题的探讨与研究

我国许多河流含沙量一般都较大，水库淤积问题比较突出。20世纪50年代我国在北方多沙河流修建的许多水库，泥沙淤积相当严重，例如据1973年陕西省统计，库容在100万m3以上的192座水库，总库容15亿m3，已淤积库容31.4%，其中43座水库已完全淤满。又如黄河干流的青铜峡水库1967年4月开始蓄水，到1971年的5年中总库容被泥沙淤积86%，到1980年总库容被泥沙淤积93%；盐锅峡水库1961年4月开始蓄水，至1964年4年时间总库容被泥沙淤积70%；三门峡水库于1960年9月蓄水运用，到1962年，水库淤积严重，回水直接影响关中平原农业生产和人民生活，威胁西安市的工矿生产安全。长江是少沙河流，支流已建水库的泥沙淤积问题也不容忽视，例如大渡河的龚嘴水库，总库容为3.45亿m3，1971～1984年运用14年，淤积量达2.119亿m3。嘉陵江支流白龙江的碧口水库，总库容5.21亿m3，1976～1998年运用22年，淤积量达2.76亿m3，死库容已基本淤满。国外水库淤积问题同样严重。据原苏联中亚地区41座灌溉发电水库统计，坝高6～7m，泥沙淤满年限为1～3年；坝高7～30m，泥沙淤满年限为3～13年。美国在20世纪20年代以后开始修建的综合利用水库总库容5000亿m3，每年损失库容达12亿m3；其中1935年以前修建的水库已有10%完全淤废。

虽然水库泥沙淤积问题严重，水库的综合效益不能长期发挥，但在20世纪50年代以前，由于国内外库容较大的水库修建不多，建成年限很少超过40年，尚未有泥沙淤废水库的实例，因而水库淤积问题尚未引起足够重视；另一方面，当年兴建的多是单一兴利目标的水库，库容也不大，各国对水库淤积控制积累了丰富的经验。具体措施主要有3类：一是从水库的位置与形状方面减少水库淤积；二是用各种方法阻止泥沙入库或将淤积泥沙清除出库，包括水库上游修建沉沙池或拦沙水库、异重流排沙、泄水冲刷、机械疏浚等方法；三是控制流域侵蚀，减少入库沙量［13］。例如埃及1902年在尼罗河建成的阿斯旺水库，为库容10.68亿m3的灌溉水库，坝内有泄水门180个，每年汛期洪水敞泄，汛后关闸蓄水，1931年改建以前水库基本无淤积。我国在辽宁辽河支流柳河上1942年建成的闹德海水库，为库容1.683亿m3的滞洪水库，坝体有5个泄水底孔和2个泄水中孔，均未安装闸门，中小水年有足够的泄流能力，1950年7月实测淤积量为0.712亿m3，淤积已基本平衡，保留库容约70%。

20世纪50年代以来，随着大中型水库日益增多，水库淤积问题逐步引起重视。已往控制水库淤积的措施多运用于单一目标的水库，对减少水库淤积、延长水库使用寿命有效，但对于具有综合利用目标的大中型水库而言，则尚无既能充分发挥水库综合效益，又能使水库大部分有效库容得以长期使用的理论和具体措施。在水利枢纽工程规划设计中，对水库泥沙淤积问题，一般采用预留设计期限内的淤沙库容加以解决。

自1962年以来，我国在北方多沙河流的水库开始探索控制水库淤积的措施。例如陕西冶峪河的黑松林水库，建成于1959年，总库容860万m3，建成后头3年采用“拦洪蓄水”方式运用，平均每年淤积54万m3；1962年开始改为“蓄清排沙、引洪淤灌”方式运用，平均每年淤积9.6万m3，效果显著。又如内蒙古水磨沟的红领巾水库，1960年建成，总库容1660万m3，初期采用“拦洪蓄水”方式运用，平均每年淤积67.5万m3，1963年改为“缓洪蓄清”方式运用，至1974年止，水库不仅不淤，还恢复库容24万m3。(https://www.xing528.com)

20世纪50年代以来三峡水利枢纽的规划过程中，由于三峡水利枢纽规模宏大，具有防洪、发电、航运等巨大综合效益，是举世瞩目的大型水利工程，毛泽东主席对三峡水库淤积及水库寿命问题十分重视，1958年夏听取了长江流域规划办公室主任林一山关于三峡水库寿命问题的汇报，对三峡水库寿命表示担心。1963年林一山将论证水库可以长期使用的报告送毛主席审阅［1］。1964年8月林一山亲自带领科技人员到华北、东北、西北地区，对十多个多沙和少沙河流的水库进行考察。同年，长江科学院对大量国内外水库淤积和水库运用等方面的资料，进行了综合分析研究，编写了《水库淤积调查报告》［2］。报告中认为：根据水库淤积一般规律及河流来水来沙大多集中于汛期的特点，汛期降低坝前水位，行洪排沙，汛末沙少蓄水运用，通过水库这种合理调度方式，水库可以长期保留大部分有效库容，达到长期发挥综合效益的目的。在调查研究基础上，林一山根据国内外已有的资料加以系统的分析，总结出了水库长期使用理论，认为依据河流学原理，通过选择峡谷河段为库区、水库调度、排沙工程的合理设计等措施做到水库长期使用。1966年林一山将此研究成果向毛主席作了书面报告，该报告后来改名为《水库长期使用问题》公开发表［3］。

20世纪70年代末及80年代初，长江科学院等单位进一步从理论上对水库长期使用有关基本问题进行了研究［4、5、6］，通过分析研究国内外大量控制水库淤积发展的实际资料，从理论上深化了对水库长期使用问题的认识。如对长期使用水库相对平衡形态、水库长期使用与水库运用方式的关系、水库长期使用与水库效益关系等方面均取得进一步的认识。

综上所述，通过长期的实践和理论研究，对水库泥沙淤积的控制，主要有三类行之有效的措施，即上游拦沙、水力排沙和机械清淤。上游拦沙包括水土保持工程、拦沙库、拦沙坝等措施，水力排沙包括泄洪排沙、异重流排沙和泄空水库排沙等措施，机械清淤一般只适用于中小型水库。目前按水库长期使用理论指导的水力排沙已为泥沙研究界公认，并已应用于水库规划设计。