小水庫排沙運用研究管理論文

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1前言

陜南山區河流來水來沙有別于北方多沙河流，其特點是，含沙量較低，推移質泥沙占的比例大，水資源豐富。數十年來，在陜南山區河流上修建了眾多的中小型水庫，這些水庫為當地工農業生產帶來巨大的促進作用，但隨著水庫蓄水運用時間的增長，水庫淤積問題越來越明顯，個別水庫甚至面臨淤滿報廢的危險。所以對水庫排沙運用的要求越來越高。多年來我們在陜南商州市南秦水庫和二龍山水庫開展了長期的不同形式的水庫排沙運用，積累了較豐富的經驗，對陜南乃至全國山區中小型水庫排沙運用具有重要的推廣和參考意義。

2南秦水庫排沙運用

南秦水庫位于南秦河中下游，距商州市9km，主河長44km。水庫總庫容1019萬m3，其中有效庫容490萬m3。庫區原河床平均比降6.4‰，控制流域面積453km2。水庫庫區平均寬度僅140m，屬于典型的山區河道型水庫。水庫于1974年5月建成，1977年開始蓄水運用。壩高29m，水庫左壩肩設泄洪排沙隧洞，洞徑2.5m，進口底坎高程98m(原河床高程95m)，平洞流量14m3/s,最大泄量110m3/s。水庫多年平均來水量1.62億m3，平均流量5.14m3/s，常流量1m3/s。多年平均懸移質輸沙量53.3萬t，根據庫區淤積物分析，推懸比為1∶1。汛期6～9月水量和沙量分別占全年的55.4%和92.9%，入庫最大含沙量達200kg/m3。南秦水庫運行到1979年，庫區淤積泥沙121萬m3，到1983年，淤積泥沙299萬m3，1982年以前庫水位較低，平均在110m左右，淤積形態為錐體，有效庫容淤損52%，預計水庫壽命將在2000年前告終。為了恢復有效庫容，延長水庫使用壽命，于1984年汛末進行了水庫泄空排沙試驗，沖走原淤積泥沙100萬m3，使庫容恢復到1980年水平。通過泄空沖刷，形成了一條延伸至庫尾的主槽，近壩段沖刷主槽邊岸直立，以大塊坍塌的形式向兩岸展寬。實踐證明泄空排沙效果顯著[1,2]。1992年水庫淤積量又回升到367萬m3。該時期庫水位一般在114～116m之間，水庫淤積具有三角洲和錐體雙重淤積形態。1993年水庫再度泄空沖刷，沖走淤積物118萬m3，在距壩1.8km以內形成明顯的主槽，主槽寬度達到100m左右，灘槽差在4～6m之間。通過1994年淤積測量，部分河段沖刷主槽已發展到兩岸，淤積泥沙基本上已全部排出庫外，但也有部分河段在岸邊留有死灘，這是由于沖刷期來水量偏少，屬于枯水年，主汛期平均來流量沒有超過5m3/s，最大流量為70m3/s，且次數少歷時短。實踐證明排沙量與來水量成正比，來水量愈大排沙效益愈好。圖1為不同時期庫區淤積縱剖面，圖2為橫斷面沖淤形態。水庫沖刷時，出庫泥沙中有大量的10～50mm的卵石，是庫區中部和尾部的推移質淤積物。泄空沖刷使床沙粗化，沖刷后灘槽的床沙組成有非常大的差別，見表1。

南秦水庫除采用泄空沖刷外，多年來堅持汛期異重流排沙，平均約排泄40%的入庫懸移質泥沙。通過以上兩種形式的排沙，南秦水庫可以保持70%的庫容長期使用。

表1南秦水庫庫區床沙組成百分數(粒徑單位：mm)

BedLoadcompositionofNanqingReservoir

--------------------------------------------------------------------------------

斷面

位置

d>75

75<d>50

50<d>20

20<d>10

10<d>5

5<d>2

2<d>1

d<1

--------------------------------------------------------------------------------

P1

灘面

100

沖槽

2.4

2.2

6.2

18.0

71.2

P3

灘面

2.0

98.0

沖槽

2.0

4.2

6.8

24.6

62.4

P5

灘面

4.0

96.0

沖槽

11.0

13.4

13.5

24.5

37.6

P6

灘面

0.4

9.6

90.0

沖槽

15.1

22.2

22.0

7.5

2.8

10.0

20.4

P7

灘面

1.0

2.5

12.0

84.5

沖槽

16.7

25.6

13.8

9.8

6.3

9.5

18.3

P8

灘面

0.5

1.25

1.25

10.0

87.0

沖槽

28.0

11.7

13.6

7.9

4.7

5.7

11.5

16.9

P9

灘面

14.2

11.2

10.3

6.6

5.9

15.1

36.7

沖槽

32.0

10.0

31.0

6.7

6.1

2.6

3.7

7.9

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3二龍山水庫排沙運用[3，4]

二龍山水庫位于丹江上游，距商州市約5km,水庫總庫容8100萬m3，有效庫容3800萬m3，是一座以防洪、發電為主，兼有灌溉、養魚等綜合利用的中型水庫，水庫于1975年正式蓄水運用。庫區原河床比降3.7‰，流域內有麻街河(丹江干流)和板橋河支流。麻街河長43km，設有麻街水文站，控制流域面積326km2。板橋河長48km，設有板橋水文站，控制流域面積493km2。水庫總集水面積965km2。壩址原河床高程708m，大壩壩頂高程771.7m，溢流壩壩頂高程765m，最大泄量1390m3/s，發電引水隧洞直徑4m，進口底坎高程740m，電站總裝機3×1250kw。泄洪排沙底洞斷面尺寸2m×2.8m，進口底坎高程723.75m，最大泄量133m3/s。水庫回水長度11km。

水庫運用以來，按1975～1990年水文資料統計，多年平均入庫徑流量2.13億m3，平均流量6.75m3/s。多年平均懸移質輸沙量71萬t，推移質輸沙估算量為15萬t，推懸比約為1∶5，入庫推移質以粗沙為主。6月下旬至8月份多暴雨，洪水陡漲陡落，是主要的產沙期。特別是每年開始一兩場洪水含沙量較大。9～10月來水量大峰小，含沙量小。

二龍山水庫入庫洪水含沙量一般不超過100kg/m3，在回水末端容易產生分選淤積，形成三角洲淤積形態，一部分較細顆粒的泥沙以異重流形式流達壩前，形成渾水水庫，為錐體淤積形態，所以，二龍山水庫的淤積表現為三角洲和錐體混合淤積形態。由于運用庫水位不同，三角洲的位置也隨之相應變化，并且，高水位運用時形成的三角洲淤積體，在后期低水位運用時被沖刷下移，形成新的三角洲淤積體。

二龍山水庫從建庫到1986年4月，淤積泥沙754萬m3，其中有效庫容淤積348萬m3，死庫容淤積393萬m3。為了減少有效庫容的淤積，從1986年開始運用水位有所降低，汛期限制水位逐步由原來的762.5m降低到760m，到1990年10月，平均運用水位756.8m，淤積部位隨之降低，并且753m高程以上普遍發生沖刷，形成30～50m的沖刷主槽，最大沖深達到3m多，沖刷的泥沙堆積在753m高程之下，該時期淤積的142萬m3泥沙，主要淤在死庫容內。這說明二龍山水庫一旦泄空沖刷，沖刷效果將是非常理想的。

二龍山水庫按照蓄清排渾運用方式，汛期利用異重流、渾水水庫進行排沙，有效地減緩了水庫的淤積。1991年汛期，西北水科所專家在二龍山水庫進行排沙試驗，7月26日晚發生當年第一誠大洪水，板橋站最大流量48.4m3/s，最大含沙量40.2kg/m3，兩河入庫總水量110.5萬m3，總沙量1.04萬t，平均含沙量9.4kg/m3，形成異重流。由于采用異重流報警器報警，水庫及時排沙，歷時3小時，測得出庫最大含沙量127kg/m3，平均含沙量81.3kg/m3，為入庫平均含沙量的8.65倍，排沙耗水量17.8萬m3，排沙量1.45萬t，排水比僅為16.1%，排沙比卻高達139%。這說明二龍山水庫利用異重流、渾水水庫排沙，效果是非常顯著的，可以減緩水庫淤積，減少泄空沖刷次數，有利于水庫效益的發揮。

4泄空沖刷時機

泄空時機原則上應選擇在對興利影響最小、排沙效果最大的時候。春汛泄空排沙效果較好，但影響后期用水。汛初泄空對興利影響小，排沙效果也好，是泄空排沙的一個有利時機，但對卵石推移質為主的河流，遇大洪水會將大量卵石帶入庫內，形成抗沖層。汛期洪水峰高、量小、歷時短，沖刷效果也不理想。汛期末洪水峰小、量大、歷時長，有利于泄空沖刷，是排沙的一個有利時機，但有時會影響后期蓄水，要選擇秋雨多的年份泄空沖刷。只要排沙時機選擇的好，排沙歷時就不需要太長。南秦水庫1984年汛末4天沖刷了72萬t泥沙，約為年平均淤積量的2.5倍。

5結語

南秦水庫和二龍山水庫同在陜南商州市境內，都是防洪、發電、灌溉、養魚的綜合利用水庫。二龍山水庫推移質來沙相對較少，排沙任務以懸移質為主，可充分利用異重流、渾水水庫排沙，降低排沙的水量，減緩水庫淤積，必要時進行泄空沖刷。南秦水庫推移質來沙量大，推移質泥沙不能靠異重流排除，除異重流排除部分懸移質外，主要靠多年一次的泄空沖刷來恢復庫容，使水庫保持一定庫容長期使用。這兩座水庫在陜南乃至我國南方山區河流中小型水庫中具有很大的代表性，其成功經驗具有很大的參考價值。

參考文獻

[1]陳景梁，趙克玉。南秦水庫排沙運用的研究。泥沙研究，1987，(1).

[2]陜西省水利水土保持廳。水庫排沙清淤技術。水利電力出版社，1989年。

[3]王力強，趙克玉。二龍山水庫淤積規律的研究。西北水資源與水工程，1993，(4).

[4]趙克玉，陳義琦等。二龍山水庫排沙減淤技術的研究。泥沙研究，1995，(2).