【原】水库如何实现调水调沙？

大坝能拦水，同时也会拦下河水中携带的泥沙，水库的水排走了，泥沙也会跟着流走吗？如果水库的泥沙会越来越多，会有什么危害呢？今天我们就一起来看看这些问题。

 01 

  水库的泥沙会越来越多吗？

会的。

水流携带泥沙进入库区后，由于库区水深增大、水面扩宽，流速逐渐减小，水流携沙能力降低，致使很多泥沙在库区逐步沉积。

大坝不是有泄水口吗？流出的水不能顺便把沙子带走吗？

如果水一直保持流动，大部分的泥沙当然能通过泄水口排出。但是水库大部分时间是处于蓄水状态，也就是说大坝不是一直处在排水状态，那么泥沙在相对静置的情况下，就会慢慢地沉积下来。

 02 

  水库淤积有什么后果？

✓ 库容削减

泥沙淤积，水库空间减少，也就是库容变小，在洪水期蓄积的水量会变小，防洪能力也就减弱了，这样会导致水库的调蓄作用变差。

库容减少，也会缩短水库使用寿命，淤积过于严重，水库就会失效。

✓ 影响水库的上游地区

在洪水期，河流上游的来水量较大，水库得拦蓄洪水，保证下游的河道安全。如果这个时候，水库的库容因泥沙淤积而减少，那水库上游的水位就会被抬高，可能会淹没部分沿岸地区，对当地的经济造成影响。

✓ 破坏水库的航运条件

水库泥沙会逐渐在库底形成淤积，抬高库区河床、堵塞航道，造成水库区域内航运条件变坏，甚至在枯水季时造成库区通航困难，使航运的价值下降。

✓ 影响设备运行

泥沙随水流进入水库，在坝前逐渐淤积，会加大对水库周围建筑和水轮机的磨损，降低设备安全和建筑物的使用寿命。

如果泥沙长期排不出或排出量很少，水库的使用寿命就会缩短。那如果排出了呢？

我们去看看黄河中下游的小浪底水库，按照原先设计，到2020年，小浪底水库75.5亿立方米的设计拦沙库容就将全部淤满。但现在小浪底水库依然能正常运行，目前泥沙淤积量仅占拦沙库容的42%，这又是怎么回事呢？


【拦沙库容】用于拦蓄淤积泥沙的水库空间，位于水库正常运行的最低水位之下，该部分不能用于径流调节，主要用于淤积泥沙。

 03 

  如何处理水库中淤积的沙子？

既然水库的泥沙是河水带来的，那得想办法让河流把它带走。

先回忆一下河流的携带能力主要取决于什么呢？应该是流量和流速。

通过调整流量和流速，将库底的泥沙搅动起来，搬至坝前，再通过排沙设施，就可以把库底的泥沙冲到水库下游。我们来看看以下三种调沙的方式：

✓ 人造“洪峰”

利用河道来水和小浪底水库部分蓄水，对黄河干流水库进行联合调度，人为制造出流量更大、持续时间更长的洪水过程，对库底和下游河道的泥沙进行冲刷。

来源：中国国家地理

✓ 溯源冲刷

水库通过泄水，使坝前水位迅速下降或连续大幅下降，而此时，距离大坝较远位置处的水面还没有来得及下降，这样便会形成一个较大的水面坡度，并在淤积三角洲顶点形成一个明显的跌坎。

由于落差变大，水流流速增大，会不断向下冲刷，跌坎也不断坍塌，并向上游发展，带起库底的泥沙开始运动，这样库底的泥沙便被搅动起来。

✓ 异重流冲刷

什么是异重流呢？其实就是密度流，指水流因密度差异而分层流动，当含沙量高的水流进入水库遇到库区清水后，由于密度大而潜入清水下面形成一股浑水流。

水库底层饱含泥沙的浑水，与顶层清水分层流动，清水在上，浑水在下。贴近库底的高含沙水流，在运动过程中会带动库底的泥沙一起运动，进而搬运到坝前排沙出库。

 04 

黄河的调水调沙

我们把水库排沙的过程，称为“水库清淤”。黄河，作为世界上含沙量最大的河流，其中游水库每年拦截的泥沙非常多。

所以每年在汛期到来前，黄河都会进行调水调沙工程，利用工程设施和上下游水库的联动调度，通过水流的冲击，既减少库区和河床的泥沙淤积，又提前腾出库容，方便汛期蓄洪。

那黄河具体是怎么调水调沙呢？

首先是清水下泄，形成人造“洪峰”，对下游河道进行全线冲刷，提高下游河道排沙能力。

此外是塑造异重流排沙。当小浪底库水位降至对接水位时，通过水库联合调度，泄流冲刷，借助水流动力，搅动三门峡、小浪底水库库底泥沙，调整库区淤积形态，并排沙出库。

通过调水调沙，利用上游洪水冲淤，小浪底水库 2018~2020年3年间累计排沙13.49亿吨，有效恢复了水库的库容，延长了使用寿命。

那水库排出的泥沙会不会在下游淤积呢？

前面提到了，河流的搬运能力与流速和流量相关，由于各水库联合调动，形成较大的泄流洪水量，仍然能在下游不断冲刷河床。同时黄河水利委员会还在下游部分严重淤积河段上，进行人工泥沙扰动，使泥沙顺利输送到大海。在减轻水库淤积的同时，也增大了下游河道行洪能力。

通过水库的联合调度，对水沙进行有效的控制和调节，适时蓄存或泄放，是能够有效清理水库淤积，减轻下游河道淤积，甚至达到不淤积或冲刷的效果。所以水库不止能拦沙，也能“调”沙。

 05 

一起来做题

小浪底水库位于黄河中游最后一段峡谷出口处，其首要任务是防洪减淤。自1999年蓄水以来，运用其76亿立方米的淤沙库容拦截上游泥沙，并通过科学运作每年进行几次调水调沙，即保证了自身库容又使下游河道长期冲刷，为解決黄河“地上河”问题开辟了一条新途径。下图示意小浪底水库调水调沙原理及某年调水调沙过程。据此完成下面小题。

答案与解析

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1.B

【解析】水库上层水流速度慢，含沙量低、密度小。而进入水库的黄河水含沙量高、密度大，因此沉入库底形成异重流，类似密度流，B正确，ACD错误，故选B。

2.C

【解析】据材料小浪底水库首要任务是防洪减淤，小浪底水库为汛期防洪腾出库容，在汛期来临前泄水冲淤。6月是汛期来临前，黄河下游汛期多在7-8月，6-8月这段时间调水调沙比较合适，因此C正确，ABD错误，故选C。

3.B

【解析】异重流到达大坝，会引起水库环流，可以帮助水库清淤。故B项正确。A项，异重流是两种或两种以上有比重差异且可以相混的流体，因比重差异而产生的流动。黄河流域水土流失严重，河水含沙量较珠江流域高，异重流情况较明显，故A项错误。C项，读图，异重流的存在会造成漂浮物汇集，不利于漂浮污染物的净化，故C项错误。D项，读图，三角洲泥沙由进库前的河道泥沙沉积带来，与异重流无关。故D项错误。

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