水库长期使用的影响因素分析

影响长期保留库容的因素比较多，主要为淤积平衡后的河床坡降、库区平面形态、水库调度运用方式和来水来沙年内分配的集中程度等，其中关键因素是水库淤积平衡后的河床坡降是否小于水库原河床的坡降。各项因素对长期保留库容的影响分述如下。

1.淤积平衡后的河床坡降

水库淤积平衡后所塑造的河床形态，其演变规律与下游冲积河道类似，因此在计算水库淤积平衡后河床的平衡坡降Jk、平衡河宽Bk及平衡水深Hk，均采用冲积平原河道的计算公式，对于以悬移质输沙为主的河流，该公式通过联解水流运动方程、连续方程、水流挟沙力公式和河相关系式，导出悬移质泥沙淤积平衡后的河床平衡坡降公式。在输沙平衡条件下，可以用水流挟沙力代替含沙量，即：

均匀流公式

水流连续方程

河相关系式

联解上列各式得出：

式中：ω为悬移质泥沙平均沉速；g为重力加速度；k、m为常数；其他符号同前。

根据长江、汉江、黄河中下游及官厅水库等大量实际资料，求出平衡坡降公式中的指数及系数后，得到以下河床平衡坡降公式［22］：

河床平衡水深为：

河床平衡河宽为：(https://www.xing528.com)

式中：n为糙率；S为水流挟沙能力；ξ为河相系数；Q为流量。水库修建后按长期使用方式运用，其长期保留库容的大小取决于淤积平衡的坡降与天然河床坡降的差值。淤积后所形成的平衡坡降Jk与原天然河床坡降J0的比值Jk/J0越小，从图3-36可看出，库区淤积体也越小，保留库容越大。因此，淤积后平衡坡降的大小是影响水库长期使用的重要因素。根据国内外大量实际资料统计，水库淤积相对平衡坡降Jk，一般均小于原河床坡降J0，即Jk/J0＜1。无论是多沙河流或是少沙河流的水库，以悬移质泥沙输移为主或以推移质泥沙输移为主的水库（表3-27、表3-28）［7］^[12]，其Jk/J0值大多小于0.7，说明淤积后平衡坡降明显小于天然河床坡降。当然影响水库相对平衡坡降因素是复杂的，Jk/J0的平均值只是用来说明水库淤积平衡坡降小于天然河床坡降。

淤积平衡后的相对平衡坡降一般小于天然河床坡降，主要原因有两个：其一，水库一般是兴建在山区性河流，河床坡降大、水流急，水流挟沙力常常有富余；其二，山区性河流的河床组成一般为基岩、卵石、砾石，建库后泥沙淤积、床沙细化、床面起伏减小，河床平面形态也较为规顺，致使河床综合糙率减小。因而淤积平衡后的河床坡降，常有较大幅度的减小。

表3-27　以悬移质为主的水库实测比降

续表

表3-28　以推移质为主的水库实测平衡比降

2.库区平面的形态

水库长期保留库容的大小还与水库的平面形态有关。水库一般分为河道型水库及湖泊型水库两种类型。湖泊型水库的库容分为槽库容及滩库容两部分。水库蓄水后，由于河道很宽，过水面积过大，流速骤减，大量泥沙落淤，汛期排沙，也仅冲刷河槽中的淤沙，大量滩地淤沙难以被水流冲走，造成累积性淤积。随着运用年限增加，滩库容损失增大，直至滩面高程至正常蓄水位。因而湖泊型水库库容保留系数相对较小。而河道型水库，由于滩库容较小，淤积后库容保留系数相对较大。

3.水库调度运用的方式

水库长期保留库容与水库坝前水位运用情况关系较大，后者则取决于水库调度运用方式和相应的泄洪排沙建筑物规模。如若仅考虑近期效益，水库保持正常蓄水位的蓄水期过长，致使库区淤积严重，库容损失迅速。汛期排沙水位越低、排沙期越长，对排沙越有利，正常蓄水位下的保留库容也越大。以上水库坝前水位运用情况，仅从长期保留库容的角度考虑，但在水库规划设计及实际运用中，还必须兼顾各方面利益，综合考虑。

4.来水来沙年内分配的集中程度

河流的来水来沙年内分配不均匀，一般为来水来沙较集中在汛期，且来沙较来水更为集中，但不同河流汛期来水来沙的集中程度则有一定差异（表3-29）。来沙量越集中于汛期，对形成和保持长期使用的有效库容越有利。

表3-29　各河流测站汛期水量与沙量占全年的百分数