2.1　水库淤积过程概述

2.1.1　水库淤积形态

天然河流上修建水库后，破坏了河道与来水来沙相对平衡的状态，使河道的侵蚀基面发生较大的变化。由于河流自身的平衡趋向性，库区河道则将发生剧烈的冲淤，河道演变的结果，将是在新的侵蚀基面下达到新的平衡。

水库淤积过程实际上是通过随时间不断变化的淤积形态表现出来的。水库淤积形态是水库泥沙运动（包括冲淤）的结果。而水库的来水来沙、坝前水位的变化、地形条件等又决定了泥沙的运动，因而也决定了水库淤积形态。不同的淤积形态将明显地影响库区不同部位的泥沙运动和水库进一步的淤积发展。水库淤积的纵向形态主要有三种：三角洲淤积、锥体淤积、带状淤积。它们的纵剖面形态如图2.1所示。

1.三角洲淤积

三角洲淤积是指淤积体的纵剖面呈三角形形态的淤积，如图2.1（a）所示。对于库容较大、库水位较高且变幅较小，同时来沙量较小且颗粒较粗的水库，挟沙水流进入回水末端以后，随着水深的沿程增加，水流速度沿程减小，相应挟沙能力沿程减小，泥沙就会不断落淤，首先在库尾淤积。由于挟沙能力的沿程减小和水流含沙量的递减，形成三角洲淤积。随着淤积面的抬高，后来的泥沙在前面的泥沙淤积面上继续向前推进。为此，使三角洲淤积不断向坝前发展。一般情况下，经常处在高水位运行的大型水库，尤其是湖泊型水库，库区淤积多为三角洲淤积形态。

2.锥体淤积

锥体淤积是指淤积体的纵剖面呈锥体形态的淤积，如图2.1（b）所示。当三角洲淤积不断沿程增大，进而发展到坝前时，就会形成锥体淤积。一般河流上的中小型水库，库容小，底坡大，壅水段短，且库水位变幅较大，在入库泥沙量多的情况下，水流能将大量泥沙带到坝前，易于形成锥体淤积。

3.带状淤积

带状淤积是指游积体均匀地分布在回水范围内库段的淤积，如图2.1（c）所示。对于来沙量小、泥沙颗粒较细、库区流速较大、库水位变幅较大的水库，常形成带状淤积。

4.三种淤积形态的关系

决定水库淤积形态的主要因素是淤积百分数的大小、坝前水位的高低和变化幅度。实际上坝前水位的高低主要是通过淤积百分数起作用，因此决定水库淤积形态的因素就是淤积百分数的大小与坝前水位变幅（韩其为，2003）。其他的因素如流量变幅、水库地形、来沙级配及含沙量大小等或者通过决定因素起作用，或者加强和削弱决定因素。因此，同一个水库同一种调度方式下在不同的运行阶段可能表现出不同的淤积形态。例如，图2.2所示为莫蒂水库的淤积纵剖面（G.Remenieras）。可见，1928年7月12日纵剖面接近带状外形，1928年10月2日及1928年11月8日的均为明显的三角洲淤积，而到1930年8月21日则已算锥体淤积了。同时，同一水库在在不同阶段由于调度方式的改变也可能出现不同的淤积形态，三门峡水库改变蓄水运用后就是这种情况。

三种淤积形态不是彼此孤立的、静止的，而是相互联系的，在一定条件下又可以相互转化。有相当一部分实际水库形态常常具有过渡性质，很难简单地把它们归并为三种中的一种。

在三种淤积形态中，三角洲淤积是水库淤积较为普遍的现象。图2.3所示为印度Bhakra水库蓄水运用以来各代表年实测泥沙纵向推进过程（Morris and Fan，1997；原文献中缺少沿程距离）以及我国官厅水库典型年实测主槽平均淤积高程（韩其为，2003）。两者都属于典型三角洲淤积，三角洲淤积的发展来自三个方向：前坡段向坝前的推进、顶坡段的抬升和尾部段的上延。

三角洲淤积是水库淤积较为普遍的形态。今后我国将修建越来越多的大中型水库，这些水库回水范围通常在几十或几百千米以上。绝大部分水库从初期至淤积发展到坝前都具有形成三角洲淤积的条件。因此，研究水库淤积的三角洲纵向发展过程及水沙特性对研究调度方式对水库淤积的影响具有重要的意义。

现阶段，对三角洲淤积过程的研究也是最多的，国内外用泥沙数学模型计算的部分水库三角洲推进过程如图2.4所示。可见，计算结果都较好地体现了三角洲从产生到推进至坝前的整个淤积过程。

2.1.2　水库淤积过程

水库淤积平衡是逐步到达的，往往有一个相当长的过程，中间没有截然的分界点。韩其为（2003）根据水库淤积和大量冲积河道资料，把水库淤积定义三个转折点、四个阶段。第一个转折点是淤积体到达坝前（如三角洲淤积体顶点到达坝前，或锥体淤积体在坝前已停止升高），主槽累计淤积已经不明显，但冲淤变幅还较大。第二个转折点是库槽纵剖面基本达到了悬移质输沙平衡，河势已较稳定，而且表层悬移质淤积物已粗化完毕（河床质级配已与下游冲积河道河床的数值相近），并且开始有细颗粒推移质出库。但是此时横剖面尚未达到平衡，洪水时在滩面仍会发生淤积。第三个转折点是进库推移质已能全部出库，即达到了推移质输沙平衡。河床进一步粗化，糙率加大，纵坡降有显著加大，而横剖面一般也在接近平衡。这三个转折点，将水库淤积分成四个阶段：从空库开始至第一个转折点为淤积阶段；第一个转折点至第二个转折点称为悬移质淤积初步平衡阶段；第二个转折点至第三个转折点称为悬移质淤积平衡阶段；第三个转折点以后的阶段称为推移质淤积平衡阶段。除第一个阶段外，后三个阶段均属于平衡阶段，此时河道的属性已很强。

随着淤积的发展，库区最终将趋于冲淤平衡。实际上，一般将悬移质淤积平衡阶段作为水库淤积的相对平衡阶段，此时水库处于冲淤交替状态，水库淤积量在某一值附近波动，从长期来看，入库水沙量和出库水沙量基本持平。图2.5所示为三门峡水库长时期（1960年7月12日至1989年6月30日）的淤积过程（郭庆超，1995）。从图中可以看出，最初几年水库淤积很快，后来对工程进行改建并改变调度方式，随着运行时间的增长，从1974年开始，淤积量即较为稳定，大约在28亿～30亿m3之间波动。

水库调度方式的改变首先改变水库的下边界条件，进而影响水流条件及泥沙的冲淤，这是一个连续的相互影响的过程，研究调度方式的改变对水库淤积的影响首先需要对水库淤积的过程及水流特性有一个清晰认识。