乌兹别克斯坦Hisorak水库沉积导致的库容损失评估：基于地统计学的42年动态分析

《Watershed Ecology and the Environment》：Assessing sediment-induced storage capacity loss in the Hisorak Reservoir, Uzbekistan

本文针对乌兹别克斯坦Hisorak水库长期面临的沉积淤积问题，研究人员通过对比1980年原始设计数据与2003、2022年实测水文地形数据，综合运用IDW、RBF、OK和EBK四种插值方法，系统评估了42年间水库库容损失动态。研究发现水库库容已损失39.4 Mm3（23.2%），沉积速率达设计值的3.77倍，并通过表面差异图揭示了沉积空间分布规律。该研究为干旱区水库沉积管理提供了地统计学方法支撑，对保障中亚地区水安全具有重要意义。

　　

在中亚这片全球最干旱的区域，水危机正随着人口增长、气候变化和不可持续的取水模式而日益加剧。乌兹别克斯坦作为典型的内陆干旱国家，其80%的水资源来自境外，而国内80%的用水量用于农业灌溉，这使得水库成为维系水安全的关键基础设施。然而，沉积淤积正悄然吞噬着这些"生命之源"——全球水库年均库容损失率通常达0.5%-1.0%，而在中亚这种河流含沙量极高的地区，实际损失往往远超设计预期。乌兹别克斯坦的Hisorak水库正是这一危机的缩影：这座位于克什卡达里亚州的重要水利枢纽，不仅灌溉着4.8万公顷农田，年均发电量达80.9兆瓦时，更是区域社会经济发展的重要支撑。但设计时未曾预料到的加速沉积，正威胁着其正常功能。

为精确量化沉积影响，来自乌兹别克斯坦塔什干灌溉与农业机械化工程师国立研究大学的Khojiakbar Khasanov和Masharif Bakiev团队，在《Watershed Ecology and the Environment》发表了针对Hisorak水库的42年（1980-2022）沉积动力学研究。研究人员创新性地将地统计学方法引入水库沉积分析，通过对比原始设计数据与2003年、2022年的实测水文地形数据，揭示了令人震惊的库容损失真相。

研究采用的技术方法主要包括：利用CHCNAV i90 RTK GNSS接收机和Apache 3无人水面艇(USV)进行高精度水文地形测量；运用四种空间插值方法（反距离权重法(IDW)、径向基函数法(RBF)、普通克里金法(OK)和经验贝叶斯克里金法(EBK)）处理地形数据；通过交叉验证统计指标（均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)、决定系数(R²)和预测标准误差(SE_pred)）评估插值精度；利用ArcGIS的"库容函数"工具计算高程-面积-容积曲线；通过表面差异图分析沉积空间分布。

3.1. 插值与验证

研究发现普通克里金法(OK)在四种插值方法中表现最优，其RMSE为1.13，MAE为0.008，R²达0.996，最能准确捕捉水库地形的空间变异特征。这一方法为后续的库容计算和沉积分析提供了可靠的技术基础。

3.2. 模拟结果

基于OK插值生成的水文地形图和三维模型清晰显示，水库形态因沉积发生了显著改变。沉积主要集中在上游区域和1085-1118 m海拔区间，而1045-1085 m区间沉积相对较少。

3.3. 水文地形测量结果/当前水库库容

分析表明，至2022年水库在满蓄水位(FSL)1118 m处的库容仅为130.65 Mm³，死库容已完全被沉积物填充。高程-面积-容积关系曲线显示，水库运行功能已受到严重影响。

3.4. 水库沉积总量

42年间水库累计损失库容39.4 Mm³，相当于原始库容的23.2%。这一数字远超设计预期——设计预计100年沉积量仅为24.2 Mm³，而实际在不到一半时间内损失量已超出设计值的62.8%。

3.5. 水库库容损失分析

分期分析显示，1980-2003年间年均沉积速率达0.98 Mm³/年，是设计值(0.272 Mm³/年)的3.6倍；2003-2022年间降至0.88 Mm³/年，这种下降与死库容填满后部分沉积物被水流带走有关。

3.6. 水库水文地形随时间变化

表面差异图清晰揭示了沉积的空间异质性：红色区域（沉积区）主要分布在上游，绿色区域（侵蚀区）多见于水库边界，紫色区域则代表变化不显著区。取水口附近的沉积高程已达1046 m，超过取水门槛(1043.65 m)2.35米，导致沉积物进入输水隧道，对水工机械造成磨蚀风险。

研究结论表明，Hisorak水库正经历着远超预期的加速沉积过程，这对乌兹别克斯坦乃至整个中亚地区的水资源安全敲响了警钟。该研究的创新之处在于将地统计学方法系统应用于水库沉积评估，为干旱区水库的精细化管理提供了科学范式。通过表面差异分析识别出的沉积热点区域，为后续的靶向清淤工程提供了直接依据。在气候变化加剧和水资源竞争日益激烈的背景下，这种基于精确测量的沉积监测方法，对于延长水库寿命、优化调度规则具有重要实践价值。研究成果不仅为乌兹别克斯坦的水库管理提供了技术模板，也为类似干旱区的水利工程可持续发展提供了可借鉴的经验。