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通过对丹江口水库、三峡水库建成前后的下游河道变化情况做的大量研究。下面就水库建成后水库内含沙量减少的水流下泄对下游河道的影响谈一些浅见,主要聚焦在工程方面。
1、水库蓄水后水体含沙量变化 在讨论这个问题之前,应当了解河流动力学的一个基本概念:水流挟沙力。水流挟沙力是指在一定的水流和泥沙综合条件下,水流能够挟带的悬移质泥沙的临界含沙量。也就是说水体挟带的含沙量是有限的,当水体含沙量超过水体能挟带的数量时,此时就会发生淤积;反之水流将会从河床中挟带泥沙,来补充自身所缺少的那部分泥沙。
现在,上游含有较高浓度泥沙的水流进入到大坝前的巨大水库中,因水深变化流速变缓,水流挟沙力降低,就会使得部分泥沙淤积在库内。部分水库往往还兼有发电的功能,经过水轮机的水也是水库上层含沙量小的清水(含沙量大的水流会磨损水轮机叶片)。这样在水库日常运用的绝大部分时间段内,下泄到水库下游的水流含沙量会出现明显降低的情况,后文简称清水下泄。
2、水体含沙量降低的影响及引发的一系列问题。
2.1对河床高程的影响及导致的问题
前文说了,清水下泄就要带走河床中的泥沙颗粒,并且在目前观测的成果中这一过程在纵向距离上是很长的。就是说在库区下游很长的一段距离内,河床会出现长距离冲刷。这将导致一系列工程问题。
首先就是改变的河流与邻近相通湖泊的来水来沙关系。以下简称江湖关系。拿近年常报导的洞庭湖、鄱阳湖湖面萎缩的新闻来举栗子。现在假设河道的来流量不变,河床冲深则会导致水面下降,之前河流与湖泊的水面是在相同的高程的,这下就会导致河流进入湖泊的流量降低、甚至导致湖泊的水流倒流入河流中,这样湖泊的水面自然就减小了。这里必须要说明,江湖关系的变化需要长时间进行观测,上述只是导致湖泊萎缩的一个可能原因。就目前对洞庭湖与长江的江湖关系研究来看,长江三口分流(松滋、太平、藕池口)入洞庭的流量在葛洲坝建成后并没有出现明显减少,湖泊萎缩的原因仍需要进一步研究。
其次,河床高程降低对航运的影响。我们知道船只的吃水深度是一定的,船只经过大坝要通过船闸。如果之前船闸设计时没有考虑水位下降的影响,就会因水位降低导致水面到闸底板的深度不够,原先设计的过船能力就要打折扣。目前一些工程已经开始面临这些问题了。
2.2 对河岸的影响
清水下泄不仅带走河床的泥沙,还会带走河岸的泥沙,导致崩岸。崩岸指由土石组成的河岸、湖岸因受水流冲刷,在重力作用下土石失去稳定沿河岸、湖岸的岸坡产生崩落、崩塌和滑坡等现象。崩岸威胁到船只的航运安全,对防洪带来巨大的威胁,而雨季往往是崩岸的高发时期。目前对国内各大水利研究院对崩岸的形成过程和产生机理进行了大量的现场观测和模型研究工作。但研究问题复杂、现场观测难度大,机理性的认识还有待进一步深入。
2.3 对河流形态的影响
水流挟沙力的变化也会对河道演变产生影响。天然河道有宽有窄、河床有细沙有卵石、纵向比降有大有小,这些都改变了水流和泥沙条件从而改变了水流挟沙力。
天然河道在上万年的自然发育中达到了相对的平衡,即泥沙的冲淤过程在大的时间尺度上来看是平衡的。修建了水坝,长期改变了河道了来沙过程,河势将随之进行动态调整来重新达到平衡。这样以前水流冲刷的地方现在可能淤积、淤积的地方冲刷。这对航道整治带来不小的麻烦。河道演变是河流动力学中一个大的研究方向,此处不再赘述。
3、水库蓄水对其他方面的影响
如其他答案所说,水库在运用过程中还存在其他问题,因不是本人关注重点,仅做简要介绍。
3.1水库流量调节带来的影响
水库日常运用要满足供水、航运、发电、防洪等等各方面的要求。所以需要下泄的流量也是经过周密考虑的。天然河道没有水库的调节作用,来多少排多少。水库的调节作用削减了大洪峰的流量,增加了枯水期的流量,使得河道的来流量趋于规律和稳定。这有利于防止洪水对下游造成的危害和提高水资源的利用率。但这种稳定可能并不适合下游生物的发展。甚至目前水库下泄流量甚至达不到下游生态需水量的要求,产生了一定影响。
3.2水库修建对鱼类的影响
首先大坝修建阻断了洄游鱼类的迁徙通道,生态鱼道是否能改善这一情况还需进一步研究。其次,水体泥沙含量降低可能导致鱼卵难以附着在泥沙上,导致鱼群繁衍困难。同时泥沙中往往还含有鱼类的一些饵料,泥沙含量降低减少了鱼类的饵料来源。最后,水库下泄水流温度较低,也会影响鱼类的排卵。这些都影响到鱼群的生存状况。
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