（山西水投汾河水務(wù)有限公司)

1 汾河水庫概況及功能

汾河水庫位于汾河上游婁煩縣境內(nèi)，距汾河源頭122 km，距省城太原市83 km，控制流域面積5 268 km2，總庫容7.33億m3，是一座以防洪、灌溉、供水為主，兼顧發(fā)電、旅游等綜合應(yīng)用的大（2）型水利樞紐工程。1958年動(dòng)工興建，1961年正式投入運(yùn)行。庫區(qū)回水最大長度18 km，最大寬度2.5 km，最大回水面積32 km2。水庫標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇洪水設(shè)計(jì)，2 000 a一遇洪水校核。

水庫樞紐主要由大壩、溢洪道、泄洪洞、輸水洞及水電站等建筑物組成。大壩為水中填土均質(zhì)壩，壩頂高程1 131.40 m；溢洪道由7 m×12 m的兩扇弧形門控制，堰頂高程1 122 m，最大泄量1 111.5 m3/s；1995年4月建成的泄洪排沙洞位于大壩右岸，洞徑8 m，洞身總長1 213.25 m，進(jìn)口高程1 086.20 m，最大泄量782 m3/s；輸水洞亦位于大壩右岸，洞徑4 m，洞長598 m，進(jìn)口高程1 089.40 m，最大流量142 m3/s；壩下水電站，裝機(jī)容量2×6 500 kW，目前正在新建的生態(tài)用水發(fā)電機(jī)1組，裝機(jī)容量1 600 kW，建成后可充分利用生態(tài)放水小流量發(fā)電；2003年建成的引黃輸水洞也位于大壩右岸，洞徑3 m，洞長433 m，最大引水流量20.5 m3/s。

汾河水庫擔(dān)負(fù)著省城太原市的鐵路樞紐、航空運(yùn)輸、太鋼等大型工礦企業(yè)以及下游3市18個(gè)縣（市、區(qū)）千百萬居民生命財(cái)產(chǎn)安全的防洪任務(wù)。建庫近60 a來，攔蓄超過1 000 m3/s以上的致災(zāi)洪水12次，實(shí)現(xiàn)防洪減災(zāi)效益達(dá)40多億元。

汾河水庫還擔(dān)負(fù)著太原、晉中、呂梁3市10萬hm2農(nóng)田灌溉供水及太原一電廠、太鋼尖山鐵礦、西山煤電集團(tuán)等大型工礦企業(yè)的工業(yè)供水任務(wù)。同時(shí)，承擔(dān)著引黃工程水調(diào)蓄與省城太原市居民生活供水安全任務(wù)。

2 水庫淤積狀況與綜合治理

2.1 歷年來水量與淤積量

1960-2018年，汾河水庫累計(jì)來水量195.49億m3（其中不包括從2002年開始的引黃工程補(bǔ)水量），最小年來水量1.06億m3（2001年），最大年來水量12.76億m3（1967年）。近60 a來，為下游工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及城市生活供水量165億m3，累計(jì)棄水14億m3，蒸發(fā)滲漏損失約16億m3。

自建庫以來，由于壩控范圍內(nèi)水土流失嚴(yán)重，造成大量泥沙淤積，有效庫容迅速減少。據(jù)統(tǒng)計(jì)，至2016年底，總淤積庫容達(dá)3.87億m3，占總庫容52.8%；年最小淤積量0.003 3億m3（2004年），年最大淤積量0.602億m3（1962年）；壩前淤積高程已達(dá)1 104.42 m（相應(yīng)壩高34.42 m），高出4 m徑輸水洞進(jìn)口底部15.02 m；庫區(qū)淤積三角洲已侵占有效庫容8 694萬m3。歷年來水量及淤積量詳見表1，來水量與淤積量動(dòng)態(tài)變化見圖1。

續(xù)表1 汾河水庫歷年來水量及淤積量統(tǒng)計(jì)表

圖1 汾河水庫來水量與淤積量動(dòng)態(tài)變化

2.2 庫區(qū)淤積形態(tài)

水庫建成經(jīng)過近60 a來蓄水運(yùn)用，形成了大量泥沙淤積后，庫區(qū)地形基本呈盆地形狀，庫底左側(cè)至右側(cè)淤積面基本呈水平狀態(tài)。壩前原始河床高程1 070 m，現(xiàn)壩前淤積高程達(dá)1 104.42 m；庫區(qū)末端河床基本變化不大，高程1 129.60 m，至壩前絕對(duì)高差25.18 m；回水長度18 km，縱斷面坡度1.40‰，基本呈平緩狀態(tài)。

2.3 水庫淤積防治成效

汾河水庫是省城太原最為主要的供水水源，針對(duì)泥沙淤積嚴(yán)重的實(shí)際，為保證供水安全，1988年省委、省政府決定對(duì)庫區(qū)上游的寧武、靜樂、嵐縣、婁煩4縣進(jìn)行水土流失治理，具體采用工程措施與生態(tài)措施相結(jié)合的辦法。經(jīng)過一二期治理，至2008年底已治理水土流失面積1 900 km2。在工程措施上：共修筑淤地壩123座，控制流域面積787 km2，可攔蓄泥沙6 104×104t，可發(fā)展壩地10.76 km2；整治灘地237處，有效面積68.61 km2；坡地修梯田303.41 km2；庫區(qū)上游河道整治81 km，保護(hù)耕地18 km2。在生態(tài)恢復(fù)措施上：營造水土保持植被面積1 319.33 km2，其中防護(hù)林1 091.22 km2，經(jīng)濟(jì)林89.4 km2，護(hù)坡草地60.92 km2，封閉管理生態(tài)自然修復(fù)77.79 km2。

通過實(shí)施上述綜合治理措施，有效地減少了進(jìn)入水庫的泥沙量[1]。從圖1可以看出，淤積量隨時(shí)間推移呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，這其中雖有天然來水量（不含引黃補(bǔ)水）減少因素的影響，但主要是汾河水庫上游各項(xiàng)水土保持措施起到了顯著的攔沙效果。事實(shí)證明，水土流失防治對(duì)于保護(hù)水土資源、改善生態(tài)環(huán)境和水庫水質(zhì)、減少水庫泥沙淤積發(fā)揮了重要作用。

3 水庫歷年排沙情況

隨著時(shí)間推移，水庫的總淤積量仍呈不斷增加態(tài)勢(shì)，直接影響著水庫的正常運(yùn)行和預(yù)期效益發(fā)揮。同時(shí)，由于淤積量增大，蓄水位抬高，影響庫區(qū)周邊農(nóng)民群眾生產(chǎn)生活。因此，需要研究合理的淤泥清理技術(shù)。

3.1 運(yùn)用過程自然排沙

汾河水厙于1959年7月開始攔洪蓄水，1961年6月正式竣工投入運(yùn)行。1995年8 m徑泄洪排沙洞建成前，只能利用4 m徑隧洞排沙。由于汾河洪水暴漲暴落，挾大量泥沙流到水庫回水末端，然后以潛流異重流型式向壩前流動(dòng)。1966年以前，因輸水洞口比原河床高出19.4米（河床高程1 070 m，4 m徑輸水洞底高程1 089.4 m），異重流運(yùn)行至壩前時(shí)，一般情況下泥沙排不出庫外，入庫泥沙基本上全淤積在厙內(nèi)。只有在大洪水時(shí)，泥沙在水庫底部形成混濁水體，在混水面高出洞口時(shí)，有少部分泥沙排出庫外，如1964年排出庫外泥沙0.054萬t。自1967年壩前淤積高程與輸水洞口齊平之后，每年均有少部分泥沙從4 m徑洞口排出。

3.2 異重流排沙情況

汾河水庫運(yùn)用初期，由于對(duì)泥沙問題認(rèn)識(shí)不足，沒有很好考慮水庫淤積與泥沙利用問題。隨著水庫泥沙淤積與用水量的矛盾發(fā)展，從1967年開始利用洪水進(jìn)庫實(shí)施異重流排沙。至1977年，共進(jìn)行了19次試驗(yàn)，異重流總排沙量達(dá)412.27萬t，最大排沙比20.75%，最小排沙比0.33%，平均排沙比3.72%（詳見表2）。

從表2可以看出每次的排沙情況。實(shí)踐證明，當(dāng)異重流發(fā)生時(shí)，有意識(shí)地結(jié)合灌溉用水進(jìn)行排沙，是可以提高排沙效果的，但排沙效果不夠顯著，平均排沙比僅為3.72%。分析其主要原因：庫區(qū)回水較長，縱坡平緩，泄流規(guī)模小，庫區(qū)淤積面上不可能出現(xiàn)深槽，在沒有其他輔助機(jī)械作用下，只靠異重流排沙，雖可以解決一些問題，但所占比例很小。

表2 汾河水庫19次典型洪水排沙情況表

4 水庫淤積清理技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展以及水污染的加劇，加上河道的一些自然屬性，水庫泥沙淤積已成為一個(gè)急需解決的問題。多年來，在全球范圍內(nèi)都對(duì)水庫淤積泥沙處理進(jìn)行研究探討。水庫清淤，按能源一般分為：水力排沙、水力沖刷和機(jī)械清淤三類；按泥沙去向可分為：向下游河道排沙和機(jī)械運(yùn)輸泥沙至預(yù)定位置。

向下游河道排沙是利用水庫水頭差作為排沙能源或利用外加能源，利用水庫上下游水位差，將泥沙排至水庫下游河道，適用于水資源豐富的水庫；機(jī)械運(yùn)輸是用挖泥船或泥漿泵等機(jī)械將泥沙挖出，脫水固化后運(yùn)至預(yù)定位置，適合于水資源特別寶貴的水庫。

5 結(jié)論與分析

山西作為一個(gè)缺水大省，向下游河道排沙需大量的水資源。從表2可以看出，異重流向下游平均排沙比只有3.72%，不僅排沙效果差，而且排出的泥沙會(huì)對(duì)下游河道造成淤堵和污染，不利于山西人民母親河—汾河的生態(tài)環(huán)境保護(hù)，與汾河的治理目標(biāo)“水量豐起來、水質(zhì)好起來、風(fēng)光美起來”相去甚遠(yuǎn)，同時(shí)對(duì)黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展也會(huì)形成負(fù)面影響。因此，汾河水庫宜選擇機(jī)械運(yùn)輸清淤，雖然這種方式挖淤和運(yùn)輸費(fèi)用較高，但若能導(dǎo)入多元化處理，針對(duì)水庫淤泥現(xiàn)場(chǎng)取樣，并進(jìn)行物化檢測(cè)，根據(jù)其物化性質(zhì)確定合適用途，不僅可有效清除淤泥，且可使泥沙資源有效再利用。