International Network on Erosion and Sedimentation 

官厅水库流域水沙优化配置与综合治理措施研究Ⅱ*

——流域水沙优化配置与水库挖泥疏浚方案

胡春宏，王延贵

（中国水利水电科学研究院，北京   100044）

摘要：本文通过现场调研、实体模型、数学模型和资料分析等手段，对官厅水库上游流域水土流失现状与治理效果、水沙配置与利用、水库挖泥疏浚治理措施与效果等问题进行了系统的研究。流域水沙配置的内容主要包括水土保持拦沙、水库拦沙、引水用沙和河道淤积等，在基本摸清了流域泥沙配置现状及其对官厅水库减淤效果的基础上，指出改善和提高流域引水用沙、滩地滞沙和水土保持拦沙等方面的泥沙配置能力是减轻官厅水库泥沙淤积的重要目标；论证了挖泥疏浚是解决官厅水库泥沙淤积（包括拦门沙淤堵和坝前淤积）的重要措施，小底宽挖泥槽疏浚方案（15m方案）可作为枯水年连通两库的应急供水工程措施，宽挖槽疏浚方案（宽300m或500m）和防淤堤方案为近期拦门沙整治方案，其中S型防淤堤方案具有局部导沙入妫的作用，挖泥疏浚可以有效地缓解坝前泥沙淤积严重所造成的危险局面；清淤应急供水工程方案实施后的连通渠回淤监测成果表明，连通渠回淤少，不存在淤堵问题，与实体模型试验成果一致，起到了连通永库和妫库的作用。

关键词：官厅水库；流域水沙配置；挖泥疏浚；回淤监测

中图分类号：         文献标识码：A           文章编号：0468-155X(2004)02-00

1 官厅水库上游流域水沙配置及其减淤效果

1．1官厅水库上游流域水沙配置现状

流域内地形地质、气候水文、植被等条件（流域内人类活动频繁，气候干旱、植被差，丘陵区及河川区的土质松软）决定了流域侵蚀严重，特别是广大黄土丘陵区和河川区淤积台地前沿地区，侵蚀力很强，成为主要的水土流失区，其土壤侵蚀模数可达0.3～1.0×10⁴t/km².a，局部地区超过1.0×10⁴t/km².a，官厅水库上游流域成为典型的重水土流失区，永定河成为典型的多沙河流，来水含沙量高是官厅水库泥沙淤积严重的重要原因。根据流域产沙估计和泥沙平衡原理^[1，2]，可初步得到官厅水库上游流域1950～1980年间总产沙量为28.5亿t，1950～2000年间总产沙量为40.73亿t。这些泥沙的主要配置项目包括水土保持拦沙、水库拦沙、河道滞沙、引水用沙等。

（1）水土保持拦沙^[1，3]。减少流域产沙的主要措施之一就是实施水土保持工程措施，提高水土保持措施的拦沙作用。从二十世纪50年代开始，官厅水库上游流域已开展了水土保持工作，确定了以生物措施与工程措施相结合的治理原则，兴建了一批水土保持工程。截止1980年底，除自然和人为破坏外，保存基本农田586.84×10⁴亩（合3912km²）、造林497.9×10⁴亩（合3320km²），综合治理面积6273km²，占原水土流失面积（约为24220km²）的25.9％。此外，还有塘坝704座、谷坊14.5×10⁴座、小型渠道2×10⁴余条以及大量水库、灌区等水利工程，对控制流域水土流失发挥了积极的作用。1983年国务院把永定河上游列为全国8片重点水土流失治理地区之一，永定河流域上游开展了规模空前的水土流失治理工作。据2001年底的统计资料表明：山西大同地区治理水土流失面积4205.8km²，河北省永定河流域共治理水土流失面积6449.11km²，北京延庆县境内妫水河流域治理水土流失面积435.33km²，三省市共治理水土流失面积11090.24km²，保存面积约10000 km²，保存面积占水土流失总面积的40％以上。为了研究水土保持措施的蓄水拦沙作用，根据不同区域水土保持措施的布设和实际调查所取得的保土保水资料，对水土流失治理区的拦沙总量进行了计算。计算结果表明，1950～1980年流域内水土保持措施拦沙量为2.0亿t，1950～2000年水保措施拦沙量约为5.51亿t。

（2）河道水库拦沙。为了河道防洪、灌溉、发电等方面的需要，永定河流域自1958年以来，兴建了大量的水利工程，特别是水库的建设，如表1所示^[1，2，4]，由表可见，官厅水库上游流域已建成大型水库2座，中型水库16座，小型水库257座，总库容约13.99×10⁸m³ （其中小型水库总库容为2.13×10⁸m³），这些水库为流域的经济发展发挥了重要的作用，同时也拦截了大量的泥沙，总淤沙量为5.89×10⁸m³，占总库容量的42.1%。

表1  官厅水库上游流域修建水库情况统计表

Table 1 Information about reservoirs in upstream of the Guanting Reservoir

（3）农业引水用沙。农业引水用沙主要包括引洪淤灌（放淤改碱）、引水灌溉、农用土等，引沙入田不仅可以增加肥力，而且还可以平整或改良盐碱土地，改善农业生产环境。鉴于引洪淤灌在农业增产方面所起的作用，群众视洪水如油，每逢汛期洪浇季节，争相引洪灌溉，全流域凡有引洪淤灌条件的，都尽量扩大引洪淤灌面积。到20世纪末，流域地表水灌溉面积达413×10⁴亩，大面积引洪淤灌的结果，使灌区的引洪引沙量逐年增大。除流域内引洪淤改外，引水灌溉虽然引水含沙量较小，但引水量较大，相应的引沙量也较大，而且引沙量随引水灌溉的发展快速增加。利用灌溉定额法和水沙平衡法所估算的流域引水用沙情况表明^[1，2]，1950～1980年和1980～2000年流域引沙量分别为5.75亿t和3.9亿t。就多年平均而言，年均引水量约为12.22亿m³，年均引沙量约为1947.79万t，其中洪水期引洪灌溉的引水量为7.51亿m³，相应的汛期引沙量为1831.50万t，分别占全年引水引沙的61.48%和94.03%，而非汛期引水量和引沙量分别占年总量的38.52%和5.97%。另外，流域各区间引水引沙是不一样的，桑干河、洋河及石响官区间（即石匣里、响水堡和官厅水库之间）引沙比例分别为56.29%、22.98%和20.73%。

    （4）河道滞沙。永定河流域官厅以上河道的冲淤，主要是水库上游河道的淤积和坝下的冲刷，总的结果以淤积为主^[1，2]，整个流域河道平均年淤积厚度在2～6cm，年平均淤积量为501.8万m³，即大约652.34万t。年均淤积厚度最大的是朝阳寺和响水堡站到官厅水库以上河段，达8cm，该段平均年淤积量达133万m³，淤积量占整个永定河官厅以上淤积量的26.5%。洋河河道平均年淤积量为130.02万m³，占整个永定河官厅以上淤积量的26%。桑干河河道年淤积量为239万m³，占整个永定河官厅以上流域淤积量的47.5%。

1．2流域水沙配置对官厅水库减淤的效果

官厅水库泥沙淤积与上游来沙量密切相关，上游来沙越多，水库泥沙淤积越多；上游来沙越少，水库泥沙淤积越少。上游流域的水库拦沙、灌溉引沙、河道淤积治理及水土保持等都是直接影响官厅水库来水来沙条件的重要因素。以充分利用水沙资源为目标，通过研究上述几个方面的拦沙用沙能力，有效地控制进入官厅水库的泥沙，达到水库减淤的目的。结合流域内的沙量平衡原理，给出了官厅水库流域泥沙配置情况^[1，2，4]，参见表2，由表可见，1950～2000年间流域产沙量达40.73×10⁸t，其中灌区引沙量最多，达9.65×10⁸t，占全部产沙量的23.68%；其次是官厅水库泥沙淤积，淤积量为8.42×10⁸t，占20.66%；流域内泥沙配置最少的是官厅下泄泥沙和河道淤积，分别为4.21×10⁸t和5.30×10⁸t，占产沙量的10.34%和13.01%；而流域水土保持和上游水库拦沙量分别为5.51×10⁸t和7.65×10⁸t，占总沙量的13.53%和18.78%。

表2  官厅水库上游流域不同年代泥沙配置平衡表

Figure 2 Sediment allocation in the basin of the Guanting reservior

在流域泥沙配置项目中，各项泥沙配置不仅对官厅水库减淤的作用不同，而且随时间不断变化，表现为：①由于灌溉规模的不断扩大，灌区引水用沙的比例逐渐增加，从1950～1980年的20.08%增加到1980～2000年的32.22%；②水土保持拦沙则由1950～1980年的6.98%迅速增加到1980～2000年的29.03%，主要原因是1983～2000年国家将山西省大同市、河北省张家口地区及延庆妫水河流域作为水土流失重点治理区，共完成水土流失治理面积11090.24 km²，水土保持措施发挥了重要作用；③由于上游水库和河道的条件没有发生明显的变化，水库拦沙和河道淤积所占的比例则变化不大；④官厅水库蓄水之前，下泄泥沙较多，1955年蓄水后，永定河上游大量的泥沙淤积在水库内，很少向下游排沙，1980年以后，官厅水库未排沙，致使来沙全部淤积在水库内。由于上游引水引沙、水土保持等拦沙用沙比例的增加，导致官厅水库泥沙淤积比例有较大幅度的减小，1950～1980年期间，官厅水库泥沙淤积所占的比例最大，为26.81%，而1980～2000年所占的百分数则减小到6.08%，减淤效果非常显著。在诸多水沙配置项目中，虽然水库拦沙和河槽滞沙对官厅水库的减淤是有益的，但也造成上游水库库容的严重损失及河槽抬高，相应的调洪和过流能力明显降低，这不是所希望的；水土保持拦沙和引水用沙配置（特别是引洪泥沙）不仅可以有效地减少来沙量，达到官厅水库减淤的目的，而且还能改善流域的生态环境。因此，改善和提高流域引水用沙、滩地滞沙和水土保持拦沙等方面的泥沙配置能力是官厅水库泥沙治理的重要目标。

2．官厅水库挖泥疏浚方案研究

针对官厅水库的实际情况和存在问题，作者采用多种研究手段，对官厅水库淤积过程、妫水河口拦门沙治理、机械清淤措施及泥沙利用等进行了系统和综合的研究^[1，3，5]。

2.1挖泥疏浚研究工况组合及水沙条件

挖泥疏浚方案包括拦门沙清淤疏浚和坝前清淤两方面的内容。对于拦门沙清淤疏浚方案，同时利用实体模型和数学模型进行研究^[6～9]。为了研究入库水沙、主流入汇口位置、挖泥槽宽度和位置（‘挖泥槽’与应急供水方案的‘连通渠’是一致的）等因素对拦门沙挖泥槽回淤量的影响，实体模型在1997年地形的基础上，对拦门沙挖泥槽疏浚方案进行了7个方案11种工况组合的试验研究^[6]，工程布置如图1所示，工况组合见表3。就防淤堤方案，模型进行了四种防淤堤方案的试验研究，各方案工程布置参见图2，相应的工况和主要参数见表4。利用数学模型还进行了岸边挖槽方案和导沙入妫方案的计算研究^[8]。

表3  官厅水库拦门沙挖泥疏浚方案的工程布置及试验工况组合

Table 3 Information about dredging schemes