水利水电工程地质.docx

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1、水利水电工程地质 水利水电工程地质结课报告 浅谈三门峡水库淤积 魏蒙恩 (兰州高校，甘肃 兰州 730000) 摘要：本文阐述了三门峡水库历年以来的淤积状况，并阐述水库淤积的缘由，水库淤积的危害，水库淤积的防治和水库泥沙处理方法。 关键词：三门峡水库、泥沙、淤积治理 On the Sanmenxia reservoir sedimentation WEI meng-en (Lanzhou University, Lanzhou,730000, China) Abstract:This paper describes the Sanmenxia reservoir siltation in th

2、e past .And explained the reasons for reservoir sedimentation, the dangers of reservoir sedimentation, prevention and treatment of reservoir sedimentation and reservoir sediment treatment. Key words: Sanmenxia reservoir ,sediment,siltation control 0引言 黄河是中国的其次大河流，长5464km，流域面积75km2，流域内年平均降水量478mm。黄河以

3、其高含沙量著名于世，据位于黄河中游下段的三门峡观测站的资料，黄河年径流量为464亿立方米，年输沙量为15.6亿吨，流量较小而含沙量却很大，输沙量相当高。 1三门峡水库取舍之争1 三门峡水库位于河南省三门峡市境内，是黄河干流上的第一座大型水利枢纽工程。三门峡水利枢纽是治黄工程体系最重要的组成部分，虽使下游得到拦洪、防凌、浇灌、发电等诸多效益，担负着黄河下游防洪、防凌的重任，爱护着冀、豫、鲁、皖、苏5省25万平方公里范围内1.7亿人口的生命财产平安；却使水库上游渭河及其支流的泥沙淤积日渐严峻，水害频发。该枢纽运营五十多年来，已经形成了独特的生态系统和自然环境。 按原设计方案，死水位为335m，在正

4、常高水位的360m时库容为639亿立方米；为了削减库区移民，初期建设时坝高为350m，蓄水位不超过340m。1957年4月13日三门峡水利枢纽正式投入运用。但是，蓄水后不久，库区内就出现了设计时被忽视了的严峻淤积，结果，只好被迫放弃水库的蓄水功能、停止蓄水，而只是利用水库滞洪。此后，泥沙淤积接着加剧，带来了一系列问题。 首先，泥沙淤积造成三门峡水库的回水区淤积快速向上游延长，严峻影响到水库四周地区的工农业生产。大坝上游113km处的潼关镇，是黄河的支流渭河及北洛河与黄河干流的汇流处，渭河和北洛河两岸都是重要的农业区，渭河上游距潼关120km处则是古城西安市。三门峡水库蓄水期间，潼关的黄河河床上

5、升了4.5米，渭河下游也发生了淤积，沿河地段土地的地下水位上升，盐碱化加剧，并给上游带来了严峻的洪水威逼。 其次，因为水库选址不当、设计有重大失误，因而出现了水库严峻淤积，只能被迫变更水库的设计功能，拆除部份发电设备、并追加投资以增加水库的泄洪实力，使得水库的巨额投资付诸东流。三门峡水库蓄水一年半后，泥沙淤积即达17.5亿立方米, 相当于 来沙量的93%，水库库容快速减小；从1962至1966年，又淤积了37.2亿立方米，大大超过水电部设计部门对该水库泥沙淤积的估计。鉴于这样严峻的局面，水电部不得不于1964年确定，放弃三门峡水库原设计的蓄水发电功能，在大坝侧面开挖了两个隧道以便增加泄洪量；同

6、时，又放弃了原设计用于发电的四个放水管，把它们改建为泄洪排沙孔道。这样，水库的排沙率达到了80%；但是，由于库区选在黄河产沙量最大地段的下游，在流域产沙量过高的状况下，水库淤积仍旧很严峻。于是，1970年至1973年，水电部门只好把大坝底部八个导流洞重新打开，采纳洪水中的泥沙排泄和异重流排沙等方法，加大泄洪排沙的速度。由于泄洪量加大，水库水位降低，大坝水电站只能发挥出原设计发电实力的20%，建坝之初安装的高水头水轮机组无法运转，只能完全奢侈了(后来，又不得不再耗费人力财力、把这些发电机组拆掉，运到湖北丹江口水电站去安装运用)。因为黄河含沙量过高，泥沙造成了水轮发电机的叶片严峻磨损，结果，为了持

7、续发电机的寿命，三门峡水电站只能在黄河含沙量最高的汛期停止发电，使得发电实力进一步下降。 放弃了三门峡水库绝大部份的发电实力之后，这个耗费巨资修建起来的水库就只能发挥调整洪峰的有限作用了。然而，即使在调整洪峰方面，它的真正价值也不很大。因为，为了防止泥沙的进一步淤积，三门峡水库曾实行了尽量少滞洪的方针，也就是说，凡是黄河下游能够通得过的洪水，三门峡水库就让它全部通过，水库不发挥滞洪功能；假如黄河洪峰过高，三门峡水库必需滞洪，则先尽量降低水库水位以排沙和冲沙。 长期的冲沙过程复原了三门峡水库主河道上一部份被淤积的库容，但是仍旧未能复原河漫滩上的库容。当采纳异重流排沙时，假如保持水库水位不上升，则

8、排沙率可以达到0.18至0.21。三门峡水库在汛期大量泄洪排沙和冲沙的一个有利结果是，可以有助于限制黄河下游河道的泥沙淤积。 2三门峡水库淤积缘由分析 2.1雍水淤积 自然河流在水流与河床的长期相互作用下，基本上处于相对平衡状态，来水来砂条件与河床条件相适应。水库修建后，这个平衡遭到破坏：库区及上游水位上升，库区形成雍水。河流携砂进入雍水段后，泥沙扩散到全断面，流速降低，携砂实力降低，泥沙沉积于库底。最细颗粒沉积于下游，最粗颗粒沉积于上 游，形成淤积三角洲。假如流速过大，淤积三角洲将向下游推动，使淤积物比较匀称的分布于库底，库容渐渐被泥沙填满。2 2.2雍水末端上延现象（俗称翘尾巴） 由于前面

9、提到的雍水淤积，形成淤积三角洲，使得雍水末端向上游迁移，使得上游河床淤积，抬高，并且引起一系列不良后果。三门峡水库上端河道造成了上游潼关高程。3 2.3异重流淤积 这是发生在多泥沙河流力的一种现象。当到达水库的携砂水流流速较大，且携带泥沙较多时，若进入雍水段后，浑水不与清水混淆扩散，而是在清水下方运动，可以干脆到达坝前，形成淤积。2 3水库淤积带来的问题 因为筑坝修库的目的不同，调度运行各异，对水 库管理者来说，泥沙淤积所带来的问题也各不相同。一般而言，水库淤积会造成如下后果: 3.1缩短水库寿命 对那些以供水或防洪为主要目的的水库来说，因为泥沙淤积减小了有效库容，所以水库的功能和效益都会受损

10、；泥沙淤积得越快、越多，水库就报废得越早、寿命越短。而假如水库的主要目的是发电或通过抬高水源水位实施浇灌，则早期的泥沙淤积通常不会变更原水位，影响好像较小；但一旦淤积危及进水口和出水口，水库功能的发挥就会受阻，所以淤积同样会导致水库效能下降乃至水库报废。水库淤积削减水库的有效库容，使水电站的发电实力降低。假如淤积形成的三角洲在大坝旁边形成，还可能阻碍水流进入发电机，并增加进入发电机的泥沙、从而磨损涡轮机叶片和闸门座槽。 3.2破坏航运条件 水库的回水变动区将出现泥沙淤积，形成三角州，抬高河床、堵塞航道，造成航运条件变坏。并且，回水区内的三角洲还可能削减过河桥下的净高，甚至在枯水季时造成通航困难

11、。上游河段河水的含沙量越高，水库水位的变幅越大，水库回水区内形成的三角洲就越大，对航运的影响也就越严峻。所以，设计水库回水区内的新建桥梁时，应考虑水库的调度运行方式及河道的可能淤高。 3.3水库环境问题 水库淤积将使水库回水区的河道水位上升，相应抬 高四周地区的地下水位，这样就可能导致这些地区土地的盐渍化现象、或加剧其盐碱化。泥沙淤积会变更水库以及库尾以上河道的地形，从而变更水生生物的生存环境，可能引起水库及库区以上河道内水流的富养分化，而使下泄的清水缺乏必要的养份。同时河流中的重金属污染物会随着泥沙在水库富集，造成水库水质的恶化。 4水库淤积的防治措施 4.1库址选择 原则上讲，水库库址应选

12、择在来沙量较小的地方； 在修建大水库时，其库址尽量不要选在航运量大、含沙量高的河流上；此外，在干流上修水库之前，要留意限制支流的泥沙。世界上修建大型水库时，通常是修建在航运量很小的河流干流上。假如拟修建水库大坝的河流干流是通航河流，则须要考虑两点，第一是干流的含沙量要低，其次是泥沙能被拦截在上游或支流。对于小型水库来说，假如河流含沙量高、而地形条件又许可的话，可以修建河外水库。4.2流域治理 为了削减流域产沙量，须要进行流域治理，削减土 壤被侵蚀的程度，详细措施可以包括增加林草植被、加强水土保持、改善农业技术和耕作措施、兴建田间工程以及修建拦沙坝等。 4.3分流排沙 在洪水季节，尤其是在干旱、

13、半干旱地区的洪水季节，河流一般会挟带大量的泥沙，修建分流渠道或隧道输导这种高含沙水流，就可能避开严峻淤积。 5水库内淤积泥沙的处理方法 假如水库内已经有泥沙淤积，可以有三种方法 来处理淤积的水库泥沙，即排沙、冲沙和疏浚。排沙和冲沙都是通过开启水库的底部闸门、用水力来冲排，排沙措施包括排泄洪水中的泥沙和异重流排沙，冲沙包括着陆水位冲沙和放空沙，疏浚是用机械清淤。对尚未沉积的悬移质和推移质泥沙可以采纳排沙方法；而对已沉积的泥沙，则可采纳冲沙和疏浚手段。排泄洪水中的泥沙这一措施的主要功能是排沙，但同时也 具有肯定的冲沙作用；着陆水位冲沙和放空冲沙在达到冲沙目的的同时，有时也具有排沙的效果。从库区排泄

14、出去的泥沙可能有利于防止下游河道被侵蚀，但也可能淤积在下游河道或导流渠道内。因此排泄水库内淤积的泥沙时，还须要考虑到泥沙在下游的积累会否造成新的问题。以下是几种主要的淤积泥沙处理方法。 5.1排泄洪水中的泥沙 通常，洪水期的河流含沙量较高，而泥沙的滞水 时间愈长，沉沙率也愈高。所以，为了削减泥沙淤积，在洪水期间可以把水库的水位保持在较低的水平，使库尾回水范围减小，水库的滞洪时间缩短，加大库水的下泄流量，以便利用洪水的挟沙实力，排泄洪水中的泥沙。洪水期可以按洪峰前后分为涨洪段和落洪段，一般来说，涨洪段的含沙量高，可以保持水库的低水位、以排泄洪水及其挟带的泥沙；而在落洪段则可以多拦蓄较清的水，这样

15、既能利用洪水的挟沙实力、又能削减下游的淤积。2.着陆水位冲沙 冲沙即对淤积泥沙的再侵蚀，着陆水位冲沙和上 述方法一样，都是在洪水过程中排泄泥沙；不同之处是，着陆水位冲沙时水库的水位比排泄洪水中的泥沙时水库的水位更低。这样，着陆水位冲沙会使整个水库库区河道上形成向河水一样流淌的水流，从而冲刷较大面积的已淤积的泥沙，使得下泄泥沙多于入库泥沙。冲沙效率取决于水库的地形位置、泄水流量、泄水孔高程、入库泥沙特征、运用方式、冲沙历时等。 3.放空冲沙 上述两种方法都是在洪水期采纳的，放空冲沙则 既可以在汛期进行、也可以在非汛期进行，特殊是若在汛期期间、洪水期之前或之后进行，冲沙效果更好。放空冲沙比较适合小

16、水库，因为小水库的大部份淤积泥沙靠近水坝或在较窄的沟道内，通过放空冲沙，可能在几周内冲走大量淤积的泥沙。4.异重流排沙 在很多高含沙河流中和低含沙河流上的水库里， 都能观测到异重流，如中国的三门峡、刘家峡和官厅水库。高含沙的异重水流进入水库后，就降到库底、并向水坝流去，同时渐渐扩散。假如把异重流排泄出 库，就能削减淤积。5.疏浚 疏浚就是把水底的泥沙移到水面并送到别的地 方。假如不能采纳分流排沙，冲沙效果也很差，或为了节水而不能采纳着陆水位冲沙，又不能通过增加坝高来增大库容，这时可以考虑采纳疏浚方法。通常疏浚所需的费用比较高，但假如淤积物可用于制造建材 6结语 (1) 在水利水电工程勘察中，应

17、当严格根据工程 地质勘察的规定，在各个阶段相应对工程区的区域地质和地震、水库、坝址、长引水线路、溢洪道、自然建筑材料、地下硐室、地面电站和泵站厂址、溢洪道、通航建筑、渠道等做出勘察。 (2)解决水库淤积问题是目前水库管理和延长运用寿命的关键，它关系到水利可持续发展与水资源有效利用。 (3) 应当考虑水利水电工程与地质环境之间相互关系。在自然状况、地质历史中形成的高山峡谷地区，有与其相适应的地质环境，并且有其存在的合理性。人类工程活动的参加，如修筑高坝，形成大水库，势必变更区域内的水文及水文地质条件。引起一系列的连锁反应。 (4) 除此之外，在空间方面上关注点由此水利水电工程延长到整个河流及河流

18、流域。规划开发时兼顾上下游水利水电工程，做到协调统一，不因地方小惠而严峻影响其他地区。关注整个流域，驾驭整个流域内的水文地质的等条件，不盲目做确定。在时间方面上考虑筑坝后，将引起一段工程与环境的相互适应调整的时间，然后进入相适应阶段。假如以后要变更坝的运作方式，则必定会引起新的一轮的工程与环境的调整与适应。 参考文献： 1 百度百科：三门峡水库 2 张倬元,王士天,王兰生.工程地质学分析原理.地质出版 社,2000年.北京 3 曹如轩,雷福州,冯普林,马雪妍.三门峡水库淤积上延机理的 探讨.泥沙探讨.2001.4第2期 或其他有用的材料，就可以降低疏浚成本。疏浚可用于复原小水库或沉沙库的库容，

19、或部份复原中等水库的库容，还可用于降低河道洪水位，改善回水区通航条件；疏浚清除出来的淤积物，有的可用于制造建材，例如日本有很多水库通过疏浚为混凝土制造业供应骨料。 4 吴保生,夏军强,王兆印.三门峡水库淤积及潼关高程的滞后 响应.泥沙探讨.2006.2.第1期 5 喻明湘.三门峡水库泥沙问题.水利水电工程设计.1998.1998 年第1期 6 武洪涛,常宗广,张震宇,郝利民.三门峡水库环境影响综合评 价.地域探讨与开发.2003.10.第22卷第5期 7 陈朝辉,方国祥,李鑫华,温漂亮,张俊香.广东山区大中型水 库淤积与整治.热带地理.2007.9.第27卷第5期 8 张兰竹.多泥砂河道水库淤

20、积规律探讨.水科学与工程技 术.2005年第2期 9 高继宗.三门峡水库祸害上游的教训.中国减灾2008年第7 期 10 于文卿.水库淤积的成因及对策.工程管理 水利水电工程地质 水利水电工程地质实习报告 一 水利水电工程工程地质实习报告1 水利水电工程专业工程地质实习大纲 水利水电工程工程地质实习报告8 水利水电工程 水利水电工程 080801 水利水电工程 水利水电工程简介 水利水电工程学问 本文来源：网络收集与整理，如有侵权，请联系作者删除，谢谢！第14页 共14页第 14 页 共 14 页第 14 页 共 14 页第 14 页 共 14 页第 14 页 共 14 页第 14 页 共 14 页第 14 页 共 14 页第 14 页 共 14 页第 14 页 共 14 页第 14 页 共 14 页第 14 页 共 14 页