水庫(kù)蓄清排渾的初步探討

李海斌 張文剛 康 鋒

(河南省豫北水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院 安陽(yáng) 455000)

1 概述

蓄清排渾運(yùn)用就是在水庫(kù)主要來沙期降低水位運(yùn)行，滯洪排沙，利用異重流排沙及渾水水庫(kù)排沙;少沙期攔蓄徑流，蓄水興利?，F(xiàn)在一些多沙河流水庫(kù)多數(shù)已采用蓄清排渾運(yùn)用方式，并取得了良好的效果。蓄清排渾運(yùn)用在汛期到來時(shí)，要降低水位或泄空水庫(kù)，應(yīng)盡可能結(jié)合灌溉或其他用水，即使有部分棄水，但換來的是水庫(kù)不被淤?gòu)U，所以還是合算的［1］。我國(guó)許多水庫(kù)，如:三門峽、黑松林等水庫(kù)，在運(yùn)用期都是采用蓄水運(yùn)用方式，后來發(fā)現(xiàn)淤積嚴(yán)重，改為蓄清排渾運(yùn)用后，淤積速度大為減緩［2］。

2 水庫(kù)蓄清排渾的運(yùn)用

2.1 頭屯河水庫(kù)淤積情況

頭屯河發(fā)源于天山北坡，是一條順坡發(fā)育的多泥沙山溪性河流，多年平均徑流量為2.39億m3，輸沙量為87.8萬t。由于頭屯河水庫(kù)建庫(kù)以來為了滿足新疆八一鋼鐵公司對(duì)水質(zhì)的含沙量不超過5kg/m3的要求，頭屯河水庫(kù)一直處于高水位運(yùn)行狀態(tài)，致使大量懸移質(zhì)泥沙在壩前淤積。頭屯河水庫(kù)從1983年建庫(kù)運(yùn)行以來到1998年泥沙淤積，庫(kù)容總量達(dá)1470萬m3，占總庫(kù)容的72%，有效庫(kù)容僅剩560萬m3。

1999年頭屯河管理處進(jìn)行過一次泄空沖刷，恢復(fù)了大部分的庫(kù)容，但是由于頭屯河本身就屬于多沙河流，所以一旦正常蓄水運(yùn)用，就又有可能產(chǎn)生嚴(yán)重的淤積。為了避免頭屯河水庫(kù)重新產(chǎn)生嚴(yán)重的淤積問題，我們采用了蓄清排渾的處理方式。

2.2 蓄清排渾的運(yùn)用

頭屯河水庫(kù)以前是蓄水運(yùn)用，自從2002年以后改為“蓄清排渾運(yùn)用”，既調(diào)節(jié)水量，又調(diào)節(jié)沙量，淤積速度也會(huì)減緩或保持一個(gè)較大的長(zhǎng)期使用的庫(kù)容。蓄清排渾的具體排沙方式又分為滯洪排沙、異重流排沙、渾水水庫(kù)排沙等方式［3］。

2.2.1 滯洪排沙

滯洪排沙為水庫(kù)進(jìn)入汛期，結(jié)合引洪淤灌泄空水庫(kù)，空庫(kù)迎洪，對(duì)入庫(kù)洪水僅起緩滯作用。洪水過后隨即泄空，利用泄空過程水位降落產(chǎn)生的溯源沖刷和沿程沖刷，把汛前蓄水期和滯洪期淤在水庫(kù)中的泥沙排出庫(kù)外。滯洪排沙既在汛前泄空降低水庫(kù)水位過程中沖刷前期淤積，又在排洪過程中把洪水帶來的高含沙水流排出庫(kù)外。

2.2.2 異重流排沙

由于渾水進(jìn)入水庫(kù)時(shí)與水庫(kù)清水相遇而潛入底部運(yùn)動(dòng)，形成異重流，在向壩址行進(jìn)過程中易沿程發(fā)生淤積。利用異重流排沙，可以減少水庫(kù)淤積數(shù)量，對(duì)于多年調(diào)節(jié)的水庫(kù)或水電站來說，不失為一種經(jīng)濟(jì)的減淤辦法。因異重流所挾泥沙極細(xì)，其干容重較小，所占庫(kù)容比干容重較大的粗粒泥沙的容積大，所以如果不采用異重流排沙，泥沙就會(huì)淤在庫(kù)內(nèi)。由于此因素造成的水庫(kù)庫(kù)容的損失則更為嚴(yán)重。

利用異重流排沙，水庫(kù)合理科學(xué)調(diào)度、現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)非常重要。在頭屯河水庫(kù)進(jìn)、出庫(kù)站均建有泥沙濁度觀測(cè)點(diǎn)，一方面監(jiān)測(cè)汛期泥沙入庫(kù)情況，另一方面是監(jiān)測(cè)八鋼工業(yè)供水水質(zhì)狀況和出庫(kù)泥沙情況。

按照已建立的頭屯河水庫(kù)水情預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)和進(jìn)、出庫(kù)水沙檢測(cè)點(diǎn)提供的水沙信息，運(yùn)用水利動(dòng)能泥沙理論，通過多年分析總結(jié)出:頭屯河水庫(kù)異重流排沙運(yùn)用，當(dāng)上游監(jiān)測(cè)到有高含沙渾水入庫(kù)時(shí)，即入庫(kù)水流濁度達(dá)到1500NTU，流量達(dá)到12m3/s時(shí)，可先打開底洞按洪峰來水量開始小流量排沙，避免異重流抵達(dá)壩前的過程中形成渾水?dāng)U散;當(dāng)入庫(kù)水流以異重流形式出庫(kù)后，再根據(jù)入庫(kù)洪峰流量調(diào)節(jié)出庫(kù)流量，確保庫(kù)水位沒有大的變化，控制在灘槽內(nèi)。入庫(kù)流量增大，則調(diào)整涵洞閘門加大出庫(kù)流量，入庫(kù)流量減少，則調(diào)閘減少出庫(kù)流量，合理控制庫(kù)水位。

異重流排沙為“蓄清排渾”運(yùn)用排沙的主要形式之一，因?yàn)樗哂幸欢ǖ膹搅骱湍嗌痴{(diào)節(jié)能力，在排沙中又不需要泄空水庫(kù)，因此在目前中小型水庫(kù)防淤保庫(kù)中得到廣泛的應(yīng)用。頭屯河水庫(kù)運(yùn)行以“蓄清排渾”方式為主，既調(diào)節(jié)水量，又調(diào)節(jié)沙量，調(diào)水調(diào)沙能保持一個(gè)較大的長(zhǎng)期使用庫(kù)容，對(duì)水庫(kù)可持續(xù)利用具有重大意義。

2.2.3 渾水水庫(kù)排沙

到達(dá)壩前的異重流，經(jīng)常不能及時(shí)地全部排出庫(kù)外，結(jié)果在清水下面滯蓄成渾水水庫(kù)。異重流含沙量高，泥沙粒徑細(xì)，渾水水庫(kù)內(nèi)的泥沙沉淀很慢，所以渾水水庫(kù)內(nèi)有相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間保持較高的含沙量。即使在異重流消失以后，仍能延續(xù)排泄較長(zhǎng)時(shí)間的渾水。這種現(xiàn)象叫作渾水水庫(kù)排沙。

對(duì)于頭屯河這種多泥沙水庫(kù)在調(diào)度運(yùn)用中既對(duì)徑流進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足用水需要，同時(shí)也對(duì)來沙進(jìn)行調(diào)節(jié)，以防止水庫(kù)產(chǎn)生新的淤積。

2.3 蓄清排渾的成果

蓄清排渾的運(yùn)用在近四年的時(shí)間里，頭屯河水庫(kù)減淤效果明顯，恢復(fù)庫(kù)容321萬m3。2005年底水庫(kù)有效庫(kù)容達(dá)到1388萬m3，調(diào)蓄防洪能力大幅提升。

3 水庫(kù)蓄清排渾的重要意義

干旱區(qū)不僅水資源寶貴，壩址資源也十分寶貴，而且壩址資源愈用愈少，有些流域甚至只有一個(gè)或者根本就沒有壩址資源［4］。然而由于水庫(kù)設(shè)計(jì)中的工程泥沙問題，往往存在水庫(kù)使用年限問題。本次排沙清淤實(shí)踐的成功使即將淤?gòu)U的頭屯河水庫(kù)恢復(fù)了活力，說明只要采取科學(xué)的運(yùn)用方式，完全可以在短期內(nèi)，使水庫(kù)重新獲得和恢復(fù)較大的庫(kù)容。本次清淤實(shí)踐打破了水庫(kù)以往設(shè)計(jì)中的“使用年限”的觀念，為實(shí)現(xiàn)水庫(kù)永續(xù)利用開創(chuàng)了前景。

新疆有水庫(kù)485座，總庫(kù)容約為70.24億m3，由于泥沙問題，約1/4庫(kù)容已被泥沙淤積，許多水庫(kù)的險(xiǎn)情也均是因泥沙問題引起。頭屯河水庫(kù)蓄清排渾技術(shù)的成功運(yùn)用為新疆相似水庫(kù)的排沙清淤提供了范例，一些淤積嚴(yán)重的水庫(kù)，可以結(jié)合其實(shí)際情況，制定清淤方案進(jìn)行排沙實(shí)踐［5］。

4 結(jié)論

頭屯河水庫(kù)近幾年采用的蓄清排渾技術(shù)是基于水庫(kù)工程狀況、灌區(qū)供用水特點(diǎn)和入庫(kù)水沙特性提出來的，其實(shí)施是依靠人為控制而進(jìn)行的，短期內(nèi)可恢復(fù)一定庫(kù)容，且不影響水庫(kù)供水、防洪等效益的發(fā)揮。這種行之有效的排沙運(yùn)用方式投資少、省勞力、見效快，具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。若能在其他相似水庫(kù)上盡快推廣應(yīng)用，其效益也將是很突出的?！?/p>

1 于進(jìn)江．頭屯河水庫(kù)排沙減淤的措施及效益分析［J］．西北水力發(fā)電，2005(6)．

2 韓其為．水庫(kù)淤積［M］．北京:科學(xué)出版社，2003．

3 涂啟華，楊賚婓．泥沙設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］．北京:中國(guó)水利水電出版社，2006．

4 康鋒，侍克斌，陶春潔．水庫(kù)橫向沖蝕的初步研究［J］．長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2010(5)．

5 康鋒，孔繁新，許杰庭，侍克斌．關(guān)于頭屯河水庫(kù)泄空沖刷的研究［J］．人民黃河，2009(12)．

6 陶春潔，趙海波，康鋒．水庫(kù)排沙影響因素的初步研究［J］．中國(guó)農(nóng)村水利水電，2010(12)．

7 白玉川，顧元棪，邢煥政．水流泥沙水質(zhì)數(shù)學(xué)模型理論及應(yīng)用［M］．天津:天津大學(xué)出版社，2005(10)．

8 姜乃森，傅玲燕．中國(guó)的水庫(kù)泥沙淤積問題［J］．湖泊科學(xué)，1997(3)．