紫坪铺水库淤积综合分析及处理对策

李 洪，由丽华，王丹柏，王宏伟

（四川省紫坪铺开发有限责任公司，610091，成都）

紫坪铺水利枢纽位于岷江上游下段关口位置，是不可多得的调节水库，主要担负四川成都地区综合供水和防洪任务，兼有发电、生态环境保护和旅游等综合功能，对保障区域供水安全、防洪安全、粮食安全、生态安全等具有重大战略意义。2008 年“5·12”汶川地震后，水库淤积问题突出，一定程度上影响了枢纽工程功能的正常发挥。为全面了解地震后水库库区地形及淤积变化情况，四川省紫坪铺开发有限责任公司先后于 2011 年、2013 年、2014 年、2015年、2019年进行了 5次水下地形测量。基于历次测量结果，结合上游流域地形地貌变化情况，对紫坪铺水库淤积现状、成因及影响等进行了综合分析并提出了水库控淤、减淤对策，对延长水库使用寿命、改善水库生态环境、更好地保障成都平原经济区急剧增加的用水需求等具有重要意义。

一、紫坪铺水库淤积现状分析

1.地震后入库沙量分析

2008 年“5·12”汶川地震后，紫坪铺水库遭遇了自有实测资料以来罕见的连续平水丰沙年。2008—2018年紫坪铺水库入库泥沙是建库前紫坪铺水文站1955—2005年多年平均来沙量的 0.61～3.68倍，2008—2013年相同径流量来沙明显增加，后续有所回落，2017年、2018年又有所增加，说明地震对入库沙量仍有影响。

2.淤积量变化分析

对紫坪铺水库各时期淤积量进行对照可看出，地震后各测次期间年均淤积量均远大于紫坪铺水文站多年平均来沙量604万m3。根据枢纽工程原设计成果，运行30年水库淤积2.02亿 m3， 年均淤积 673.3万 m3，地震后至2019年5月水库累计淤积1.5亿 m3，年均 1 360万 m3，连续 11年淤积量相当于原设计22年的淤积量，淤积速度较原设计加快了一倍。

3.淤积趋势分析

以2008年为起点，作历次观测时期年均淤积量和历年最大洪峰的散点图并添加趋势线（见图1）。地震后水库年均淤积量与入库洪水大小未呈现出完全正相关性，历年最大洪峰趋势线为山型曲线，但水库年均淤积量总体呈下降趋势。主要原因是随着时间推移以及上游生态环境不断恢复，山体结构逐渐稳定，入库泥沙量逐渐减少，但2016年后由于上游降雨增加，水库淤积有所回升，说明上游生态环境仍很脆弱，还没有恢复到地震之前水平，需进一步加强上游生态保护。

4.淤积形态分析

地震时老母孔断面左岸发生山体滑坡，在水下形成了巨大的堰塞体，大部分入库泥沙在堰塞体上游被拦截形成淤积，导致不能形成正常的典型淤积三角洲逐步向坝前推移。截至2019年堰塞体以上主河道逐渐达到淤积平衡，水库淤积已开始向坝前推移，可以预见，今后堰塞体上游仍会进一步淤积抬高，但大部分淤积物会向前推移进入水库核心区，对枢纽工程安全运行造成影响。

5.库容变化分析

统计不同年份的实测特征库容，并绘制出不同特征库容变化曲线（见图2）。从图2分析可知，地震前水库不同特征水位库容变化不大，地震后水库淤积加剧，库容损失明显，至2019年已有减缓趋势。

6.库容淤积分布分析

水库在不同水位段上有效库容损失情况不一，总体上随着水位的增高，水库库容损失呈减少变化趋势，损失最大的区间在845m以下，损失基本都在10%以上，其中817～820m段、820～825m 段、825～830m 段损失分别超过40%、30%和20%；在845～875m之间，库容损失总体较为稳定，基本控制在5%以内；875m以上，由于受支流河床淤积影响，库容损失有所增大。

图1 地震后紫坪铺水库平均年淤积量和最大洪峰流量变化曲线图

图2 不同特征水位库容变化情况

7.淤积物沿程变化特性分析

对库区淤积物进行沿程采样分析后认为，水库淤积形态主要以黏粒和粉砂为主，含有少量中细砂。水库淤积三角洲尾部段以上主要是推移质淤积，推移质淤积物中数粒径由0.65mm减小至0.15mm左右。距坝17.73 km处的断面附近中数粒径急剧变化，由0.15mm减为0.02mm，之后中数粒径沿程逐渐减小。同时，2019年5月与2015年10月相比，库区淤积物中数粒径沿程略有增加。

二、紫坪铺水库淤积成因分析

1.大坝修建导致水库淤积

坝区泥沙淤积是普遍存在的现象，岷江为低泥沙含量河流，根据紫坪铺站1955—1990年实测泥沙资料统计分析，多年平均悬移质沙量为792万t，多年平均推移质沙量为70万t。原初步设计阶段对水库建成运用 30年、50年、70年、105年水库淤积情况进行了预测，各时期淤积量分别 为 2.020 亿 m3、3.149 亿 m3、3.370亿m3、3.589亿m3，水库运行80年左右基本达到冲淤平衡。

用多功能微生物自动测量分析仪测量各抑菌圈的直径，并照生物检定统计法进行可信限率检验与效价计算，当可信限率不大于5%时，检测结果有效，测定结果见表2。

2.地震后岷江上游河道输沙量增加

对地震后每年入库泥沙量进行计算研究可知，2008—2018年紫坪铺水库入库泥沙是建库前紫坪铺水文站1955—2005年多年平均来沙量的0.61～3.68倍，除2016年以外均为丰沙年或特别丰沙年。经研究主要原因：一是地震诱发崩塌、滑坡在岷江上游两岸产生了大量的松散固体物质，导致在同样降雨条件下，河道输沙量增加；二是地震后岷江上游两岸山体森林植被破坏严重，造成了森林涵养水源的能效下降，水土流失严重，导致洪水含沙量增多；三是地震导致岷江上游河道坡度增加，水流携沙、冲刷及侵蚀能力增强。

3.水库两岸山体滑坡

受“5·12”汶川地震影响，水库老母孔断面附近及龙溪河支流距离河口1 km位置，由于发生山体滑坡在水下形成了巨大的堰塞体，大量淤积物被挡在了堰塞体上游，原设计的水库调度方式向下游排沙效果降低，从而加速水库淤积。

4.库周泥石流暴发

2008年以来库区周围先后暴发了三次重大泥石流：2009年7月20日，岷江鱼子溪支流卧龙河耿达段发生重大泥石流；2010年8月13日，龙溪河龙池八一沟发生特大泥石流；2011年7月4日，寿溪河映秀镇渔子溪附近发生重大泥石流。泥石流裹挟大量泥沙入库，从而导致水库淤积加快。

三、紫坪铺水库淤积影响分析

1.对防洪能力的影响

水库大量淤积物被阻挡在老母孔以上及龙溪河支流，无法正常通过水流裹挟至近坝核心区域，导致水库核心区域死水位以下库容充裕，但老母孔以上的主河道以及龙溪河支流淤积严重，侵占了部分防洪库容。据计算，汛限水位850m以上已累计损失库容2 821万m3。

2.对农田灌溉、城市供水等综合效益的影响

从近几年水库运行情况来看，在主要灌溉和供水时段，水库水位均位于820～825m之间。在该水位区间有近30%的库容已被淤积，在进行水库供水调度保障下游供水时，来自水库库容淤积的影响非常明显，尤其是当上游来水量较小时，影响更为突出。

3.对水库上游河道行洪的影响

主河道内大部分入库泥沙被老母孔堰塞体拦截，淤积集中在库中及库尾区域并逐步向上游发展形成“翘尾巴”现象，从而使库尾及以上河床抬高，缩小原河道行洪断面，水面比降和流速减小，最终造成库尾及上游河道河槽行洪能力降低。

4.对大坝下游河道的影响

大量淤积物进入水库后落淤库区，原设计的水库调度方式向下游排沙效果降低，造成清水下泄，下游河床长期经受清水冲刷，无法得到泥沙补充，河道堤防和河道内水工建筑物存在较大安全隐患。

5.对成都市供水安全的影响

近年随着老母孔上游淤积不断增加，主河道逐渐趋于淤积平衡，洪水期大量入库泥沙将会直接被带至下游，进入水库核心区，形成异重流，造成下泄水流浊度增加，从而影响成都市供水安全。

四、控淤、减淤对策研究

截至2019年5月，紫坪铺水库已累计淤积约1.72亿m3，将这一库淤积物全部清理上岸并进行处置既不现实也没必要。通过对淤积成因分析，可采取以下措施实现水库控淤、减淤目的。

1.加强科学立法助推岷江上游流域生态环境保护

鉴于岷江上游的特殊地位和作用，建议加强立法、加快立法，通过制订相关条例和办法以提高流域生态环境保护战略地位，让岷江上游流域生态保护有据可依、有据必依。

2.加快上游生态恢复减少区域水土流失

①实施切实可行的生态补偿机制，在不增加百姓显著负担的前提下对农业灌溉用水适当收费，适当提高供应自来水厂的原水价格，同时鼓励下游水库及用水单位建立生态环保基金，做到“以水养水”，确保上游生态环境保护资金来源。

②坚持生态发展，禁止大开发，推进大保护。坚定不移实施主体功能区制度，根据岷江上游流域管理需要，结合自然地理条件和地方经济发展，依法划定流域管理范围和保护范围，减少过度开发建设和人为活动干扰。

③强化预防为主，坚持保护优先，不断加强对岷江上游区域内现有林草植被和各类水土保持成果的保护，以减缓和防止森林退缩、生态功能降低、草场退化与荒漠化等现象。

④因地制宜，重点做好各类自然保护区、风景名胜区、水土保持防护林区、水源涵养林区等植被较好区域的预防保护和生态自我修复工作，以遏制生态环境不断恶化的趋势。

⑤积极开展自然生态治理工作，加快水土流失防治步伐。大力开展天然林保护、退耕还林（草）、泥石流沟及山体边坡治理、生态自我修复和以流域为单元的水土保持工程等各种形式的生态治理项目。

3.做好水库淤积物清理逐步恢复水库有效库容

从电站发电及大坝安全运行角度，老母孔位置水下堰塞体是有利的，但目前老母孔以上主河道已基本达到淤积平衡，每年新入库1 400多万m3淤积物直接被带至水库核心区，给水库防洪、供水灌溉等功能发挥以及枢纽工程运行安全造成影响，因此开展水库清淤十分必要。一方面在堰塞体上游河道开展机械清淤，以达到控淤、减淤目的，保留水下堰塞体用于继续拦截淤积物进入水库核心区，确保“门前清”要求和大坝运行安全；另一方面根据现有入库水沙关系和新的边界条件，积极开展基于紫坪铺水库库容保持的水沙平衡调度措施研究，增加水库泥沙下泄，以维持或逐步恢复水库有效库容。

五、结 语

①岷江上游是成都平原重要的生态屏障和水源生命线，加强岷江上游生态环境保护，加快上游生态系统恢复，助推成都平原持续健康高质量发展，已成为共识。

②受 2008 年“5·12”汶川地震影响，水库库岸塌方，上游地区地形地貌极不稳定，汛期地质灾害频发，淤积物入库量急剧增加，水库淤积速率较原设计加快了一倍，对上下游河道及枢纽工程综合效益正常发挥均造成一定影响，尽快开展水库控淤、减淤措施十分必要。

③随着时间推移及上游生态环境不断恢复，山体结构逐渐稳定，在没有强降雨和洪水发生时入库泥沙量呈减少趋势，但上游生态环境脆弱，需加强上游生态环境保护。

④紫坪铺水库位于岷江上游末端关口位置，上游因地震诱发产生了大量松散固体物质以及生态破坏产生的水土流失，被暴雨冲入河道后沿江而下，基本上都进入了紫坪铺水库，因此持续开展紫坪铺水库淤积研究，对于岷江上游生态环境修复及地质结构稳定情况研究具有一定的验证和参考价值。