水库库容淤积问题的遥感监测与治理措施

水库库容淤积问题的遥感监测与治理措施

刘琪

新疆克孜尔水库管理局   842313

摘要：水库库容淤积是一个严重威胁水资源可持续利用的重大环境问题。本文对水库库容淤积现象进行了系统阐述，分析了引发水库淤积的主要原因，包括流域内水土流失、河床冲刷和库区周边开发建设等。随后介绍了基于遥感技术进行水库库容淤积监测的多种方法，如实地测量、航空测量和卫星遥感监测，并对其工作原理、优缺点和适用范围进行了探讨。针对水库库容淤积问题，文中提出了多种工程和非工程治理措施，工程措施包括疏浚、加固河床和修建拦沙坝等，非工程措施包括植被恢复、流域综合治理等。最后，本文以某些典型水库为案例，分析了淤积成因及其对库容的影响，并针对当地实际情况，提出了切实可行的治理对策建议。

关键词: 水库库容淤积、遥感监测技术 流域综合治理、防治措施

1 水库库容淤积问题概述

1.1 水库库容淤积的定义和影响

水库库容淤积是指由于水库蓄水区域内的泥沙淤积物质不断沉积，导致水库有效库容逐渐减小的现象。淤积是水库永续利用的主要障碍，若不加以有效控制，将严重影响水库的防洪、供水和发电等功能。相关数据显示，我国水库的年淤积量高达20亿立方米，已经造成大量水库提前失去效用。

在这一环境问题的症结中，人类活动扰动无疑是关键诱因。大规模的开垦造林和盲目的采砂活动，加剧了流域面源污染和水土流失，使大量泥沙随着河流注入水库。此外，城市化进程也催生了建筑垃圾及生活污水的无序排放，进一步加重了水库的淤积负荷。
    淤积监测与水库可持续管理息息相关。及时掌握库容变化状况，可为制定针对性的防治措施提供科学依据。多年来，借助不断革新的遥感技术和数学模型，淤积监测的准确度和覆盖范围均有了大幅提升。遥感监测数据为水库治理提供了有力支撑，有助于凝练长期行之有效的综合解决方案。随着监测手段日臻成熟，如何充分利用现有的监测成果指导库容淤积治理，将成为下一阶段的工作重点。

1.2 水库库容淤积的成因分析

水库淤积问题源于多方面的自然和人为因素交织作用。淤积的主要原因可归纳为流域水土流失、河道冲刷以及库区周边的开发建设活动。这些因素共同导致了大量泥沙进入水库，逐渐堆积淤积，最终减小有效库容。具体分析如下:

自然因素方面，流域范围内的降雨侵蚀是淤积的重要诱因。暴雨或连阴雨在缺乏植被覆盖的山区流域，会大量冲刷地表，带走大量泥沙。此外，上游河道的侵蚀也是一大泥沙来源，曲折的河道在洪水期间，河床和河岸极易遭到剧烈冲刷。这些泥沙随着河水下游流动，最终进入水库区淤积沉积。
    水库淤积速率还与水库运行调度及泄洪方式密切相关。缺乏科学调度方案的水库，泄洪期间也难以有效冲刷泥沙，从而加快淤积。当然，水库设计和使用年限也是重要因素。设计不合理或运行年限过长的水库，库容损失的自然压力就会越大。多重因素的交互影响直接决定了水库的淤积程度和速率，对此务必给予高度重视。

2 水库库容淤积遥感监测技术

2.1 遥感技术在水库库容淤积监测中的应用

水库淤积是一个复杂的动态过程，需要长期持续的监测与评估。遥感技术以其覆盖范围广、重复观测周期短、成本较低等优势，逐渐成为水库淤积监测的重要手段。反射遥感数据可用于分析水库表面状态，红外热遥感则能提供温度信息，而雷达遥感具有穿透植被和云层的能力，在复杂环境下依然可靠。

卫星数据储备丰富，具有长时间序列优势。早在20世纪80年代，就有学者尝试利用陆地卫星等对太湖、巢湖等湖泊进行淤积遥感监测。近年来，由于卫星传感器的技术进步，数据分辨率和质量也在不断提高。与卫星遥感相比，航空遥感平台相对灵活，可根据需求制定航线飞行。其成像分辨率高，且可搭载多种传感器组合，能同时获取多源遥感数据。

2.2 常用遥感监测方法及其原理

水库库容淤积的遥感监测是一个复杂的过程，涉及多种技术手段和理论方法。实地测量方法虽然精度较高，但费时费力，且覆盖范围有限。相比之下，航空测量和卫星遥感监测具有更大的优势。航空遥感通过搭载光学、雷达等传感器在飞机上对水库进行航摄，获取高分辨率影像，监测水体面积和水位变化情况，同时结合地面控制点数据和数字高程模型(DEM)进行立体测量及淤积量计算。这种方法具有中等的时空分辨率和成本，是目前较为成熟和常用的手段。

卫星遥感监测是近年来兴起的一种新型水库监测方式，传感器种类繁多，例如可见光、红外和雷达等，根据具体需求可灵活选取不同的遥感数据源。卫星遥感的主要优势在于观测范围大、时间分辨率高，能够快速获取大区域内多个水库的信息，并持续动态监测水库的变化状况。不过，卫星遥感的缺点是空间分辨率有限，尤其是低轨道卫星，需要配合地面实测数据结合使用以提高精度。

3 水库库容淤积治理措施

3.1 工程措施

水库淤积问题是一个长期性、复杂性的环境问题，需要采取多种工程措施进行综合治理。常见的工程措施包括疏浚工程、河道治理工程以及水库防洪工程等。疏浚工程是指对已经淤积在水库底部的泥沙进行疏挖和清理的工程，主要目的是恢复水库的库容。传统的疏浚方式是利用人工或机械的方式将淤积物外运，这种方式成本较高、效率低下。河道治理工程则聚焦于从源头杜绝进一步淤积的发生，主要措施包括河道整治、加固护岸、修建拦沙坝等。

3.2 非工程措施

水库库容淤积的治理并非单靠工程手段就能彻底解决。非工程措施在整个防治体系中同样扮演着重要角色，尤其是对上游来水的控制与调节。通过水土保持、生态修复等综合措施，从源头上遏制水土流失，减少进入水库的泥沙量，可以切实缓解淤积问题。植被是天然的绿色屏障，其根系网络可以固持表层土壤，防止被雨水冲刷;茂盛的植被覆盖又能减缓地表水的流速，降低冲刷能力，阻隔泥沙随水外流。因此，对上游流域开展大规模的植树造林、封山育林，是非常有益的生态工程。

4 案例分析与对策建议

4.1 典型水库库容淤积案例分析

水库库容淤积问题在我国许多地区都十分突出。以某大型水库为例，该水库位于黄土高原丘陵区，流域面积约8000平方公里。由于流域内水土流失严重，加之上游河床冲刷，库区每年平均输沙量高达1200万吨。长期以来，大量泥沙被冲刷入库。根据实测数据，该水库自建成以来已失去30%的库容。淤积物不仅占据了大量库容空间，还造成水质浑浊，影响发电效率。

另一个值得关注的案例是某西北地区中型水库。该水库所在地区地貌破碎，气候干燥，流域内植被覆盖率低，水土流失形势严峻。虽然库区周边未大规模进行开发建设，但自然失蚀造成的输沙量就已达年均150万吨。淤积物不断堆积，使得水库进水口和库底坡面坡度逐年增大，从而增加了水库泥沙淤积风险。

以上几种典型案例反映了水库库容淤积现象在各地普遍存在，成因错综复杂。如果不采取有效治理措施，随着时间推移，必将导致水库供水、发电、防洪等功能日渐衰减，对区域经济社会发展产生严重不利影响。

4.2 水库库容淤积治理的对策建议

有效控制流域水土流失是治理水库淤积的关键。地表植被是固土保渠最有力的自然屏障，必须加大植树造林力度，尤其在上游水土流失严重的地区。同时，工程措施如修建拦沙坝、隔沙库，可对径流过程中携带的泥沙进行拦截。监测数据显示，某流域实施植被恢复和工程措施后，泥沙入库量减少了63%。

治理水库淤积离不开科学疏浚。定期组织人力对淤积严重的库区进行清淤，并将泥沙外运，确保水库正常蓄水。疏浚作业需依据水情实时调整方案，切勿在大汛期施工，以免引发次生灾害。对于深层淤积，需采用水下铲斗船等专用设备强化疏浚能力。根据监测报告，某水库自上世纪90年代开始，每6年疏浚一次，现已基本恢复到设计库容。

结语，综上所述，良好的管理制度是保证水库永续利用的根本。要建立完善的监测评估体系，对水库淤积状况进行动态掌控。编制科学的运行调度方案，在保证供水需求的前提下，适时蓄泄调节。此外，水利部门要加强同相关机构的数据共享与合作，完善信息化管理，为决策提供支持。

参考文献

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[2]袁杨，蔡庆华，牟文渊等.皖南水库淤积及其影响因素分析[J].水土保持研究,2021,28(01):267-271.