水库为人工形成的静水域,河水流入水库后流速顿减,水流搬运能力下降,所挟带的泥砂沉积下来堆于库底,形成水库淤积。淤积的粗粒部分堆于上游,细粒部分堆于下游,随着时间的推延,淤积物逐渐向坝前推移(图7-24)。修建水库的河流若含有大量泥砂,则淤积问题将成为该水库的主要工程地质问题之一。
图7-24 水库淤积示意图
水库淤积虽然可起到天然铺盖以防止库水渗漏的良好作用,但是大量淤积物堆于库底,将减小有效库容,降低水库效益;水深变浅,妨碍航运和渔业;影响水电站运转。严重的淤积,将使水库在不长的时间内失去有效库容,缩短使用寿命。
例如,美国科罗拉多河上的一座大型水库,建成13年后便有95%的库容被泥砂充填。日本有256座水库平均使用寿命仅53年,其中56座已淤库容的50%,26座已淤库容的80%。据陕西省初步统计(至1979年),全省共建成水库1498座,总库容43.785×108m3,淤积约8.73×108m3,约占总库容的20%。另据原水利电力部直接掌握的20座水库的观测资料,多数水库运行不足20年,总淤积量已达77.85×108m3,占原设计库容的18.6%。黄河三门峡水库,1960年至1970年间淤积53×108m3,使潼关渭河口河床抬高5m,渭河水位抬升,严重地威胁到西安市一带的安全,由此可见多泥沙水库淤积问题的严重性。此外,库岸大量崩塌或滑坡物质坠入水库,也会不同程度地减少库容。
河水中所挟带的泥砂亦称固体径流,包括悬移质、跃移质和推移质。据多年观测资料,我国年平均输沙量在1000t以上的河流有42条,直接入海泥沙总量年平均为19.4×108t,其中黄河占59%,长江占25%,海河及其他河流占16%。黄河是世界上罕有的多泥沙河流,平均含沙量达37.6kg/m3。黄河中游流域面积为58×104km2,其中黄土高原占40×104km2,其平均侵蚀模数多在每年1.5t/km2以上,最大可达每年3.45t/km2。
水库淤积问题属水工及水文人员的研究领域。但是,造成水库淤积的固体径流来源问题,与地区的岩性、地貌及动力地质作用等有关,所以在工程地质研究之列。
水库淤积的固体径流来源主要有以下几个方面:(www.daowen.com)
(1)流入库区河流所挟带的泥砂。
(2)水库汇水区内泥石流的发生。
(3)库岸变形破坏以及库周斜坡的坡流冲刷物质。
对固体径流来源的工程地质研究,应根据对工程地质条件的了解,分析主要固体径流来源地段的岩土体成因类型及物质成分,水流的冲刷切割强度,斜坡特点、稳定程度及破坏形式,泥石流的分布及活动情况,以及固体物质被水流搬运的情况等,逐项进行研究。
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