鬧德海水庫庫區(qū)輸沙能力探析

范朝輝，沈富遠

（1.阜新市水利局，遼寧 阜新 123000；2.遼寧省鬧德海水庫管理局，遼寧 阜新 123000）

1 概況

鬧德海水庫是位于柳河中上游的控制性工程，是一座防洪、灌溉，城市供水綜合利用水庫，充分利用庫區(qū)水資源，延長汛期前后6，9兩月份蓄水期，可大大增加城市供水量。從水庫多年運用情況及庫區(qū)實測水、沙資料分析，洪水期中小洪水庫區(qū)以沖刷為主，平水期略有淤積；大洪水導致庫區(qū)嚴重淤積，但經(jīng)多年中小洪水的沖刷才能使被淤積的庫容逐年恢復。溢流堰頂高程以下庫容基本保持0.4～0.5×108m3，由此可見沖淤變化基本保持相對平衡。通過對入（出）庫水、沙進行分析計算，研究庫區(qū)輸沙能力，進而推求庫區(qū)沖淤變化和淤積部位，為延長水庫蓄水期的可行性提供可靠性依據(jù)。

2 庫區(qū)輸沙能力的計算

2.1 計算方法

水庫庫區(qū)沖淤變化是受上游河道輸沙能力影響，針對鬧德海水庫運用情況，依據(jù)水庫實測水、沙資料分析庫區(qū)河道沖淤及水流的輸沙特性，推求庫區(qū)不同斷面的水流輸沙能力和相應的沖淤量。

水流輸沙能力公式：

式中：Qs——計算輸沙率，t/s；r'——計算河段庫區(qū)渾水容重，t/m3，其中 r'=1+S/2700（S為含沙量，kg/m3)；Q——計算河段入庫流量，m3/s；J——計算河段段長水面比降，%；k，n——為待定系數(shù)。

2.2 推求庫區(qū)輸沙能力

鬧德海水庫控制流域面積4051 km2，上游3條支流即：扣河子、烏根稿河、養(yǎng)蓄牧河，分別設有水文測站，設有67個泥沙觀測橫斷面，設3個同步水位觀測站。分四段進行計算，即：壩址～王家店距離4593 m；王家店～北大溝距離6615 m；北大溝～壕外距離1195 m；壕外～石門子距離6985 m。

建立公式的資料選用1979—1989年汛期（6—9月）入庫日平均流量、輸沙率及庫區(qū)長河段日平均水面比降，建立Qs～r＇QJ相關關系，推求其庫區(qū)逐斷面水流輸沙能力經(jīng)驗關系式。

1）壕外站（C16）斷面的水流輸沙能力

壕外水位站距扣河子河與烏根稿河匯流處3175 m，因烏根稿河自匯合口處至白廟子水文站實測的水、沙沿程變化很小，且區(qū)間無支流匯入，所以求算壕外站斷面的水流輸沙能力以扣河子的來水來沙為主，選用相應河流上石門子站實測日平均流量（Q石）、輸沙率（Qs石）與白廟子站實測日平均流量（Q白）、輸沙率（Qs白）兩水文站流量和 Qs（石+白）、輸沙率之和 Qs（石+白）、S1=Q（石+白）/Qs（石+白）作為計算河段入口水、沙數(shù)據(jù)。計算河段渾水容重r1'=1+S1/2700、Q（石+白）及石門子站至壕外站河段的日平均水面比降 J1來計算其水流輸沙能力 r1'Q（石+白）J1，與入口輸沙率建立 Qs（石+白）～r1'Q（石+白）J1相關關系。

其經(jīng)驗關系式為：

相關系數(shù)為0.94。

2）北大溝站（C9）斷面水流輸沙能力

北大溝斷面距扣河子河與養(yǎng)蓄牧河匯流處2965 m，距壕外水位站11955 m；求算北大溝站斷面的輸沙能力可以不考慮養(yǎng)蓄牧河的來水來沙；由于壕外至北大溝河段既是柳河干流又是水庫蓄水庫區(qū)，含沙量在此河段的沿程變化不能忽視；因此選用壕外斷面計算的輸沙能力Qs（壕）、石門子與白廟子兩水文站的流量之和Q（石+白）、S2=Qs（壕）/Q（石+白）作為計算河段的入口水、沙數(shù)據(jù)。計算河段渾水容重 r2'=1+S2/2700、Q（石+白）及壕外站至北大溝站河段的日平均水面比降J2來計算其水流輸沙能力（r2'Q（石+白）J2）與入口壕外斷面的輸沙率建立 Qs（壕）～r2'Q（石+白）J2相關關系。

因在推求壕外至北大溝河段的輸沙能力時未考慮養(yǎng)蓄牧河來沙的影響，因此求算北大溝斷面的輸沙率應加上三家子站的輸沙率作為北大溝斷面的輸沙能力。

其經(jīng)驗關系式為：

相關系數(shù)為0.99。

3）王家店站（C5）斷面水流輸沙能力

王家店水位站距北大溝斷面6615 m、距壩址4953 m，當水庫自1995—1997年低水位延長6，9兩月份蓄水期，水位控制在176～169 m范圍內(nèi)，因壅水產(chǎn)生的淤積大都在北大溝站斷面至王家店站斷面之間，此河段的區(qū)間入流比較小且沒有實測資料故未考慮其影響；求算王家店站斷面的輸沙能力，選用北大溝站斷面的輸沙能力Qs（北）、入庫三站和流量（Q（石+白+三）=Q石+Q白+Q三）Q（石+白+三）、S3=Qs（北）/Q（石+白+三）作為計算河段的入口水、沙數(shù)據(jù)。計算河段渾水容重 r3'=1+S3/2700、Q（石+白+三）及北大溝站斷面至王家店站斷面河段的日平均水面比降J3來計算其水流輸沙能力 r3'Q（石+白+三）J3，與北大溝斷的輸沙能力建立 Qs（北）～r3'Q（石+白+三）J3相關關系。

其經(jīng)驗關系式為：

相關系數(shù)為0.90。

4）出庫水流輸沙能力

a）王家店斷面至壩址河段沒有區(qū)間入流，大都是巖石峽谷段，故沖淤變化很??；求算本河段的輸沙能力是根據(jù)王家店站斷面的水流輸沙能力Qs（王）、入庫三站和流量 Q（石+白+三）、含沙量 S4=Qs（王）/Q（石+白+三）作為計算河段的入口水、沙數(shù)據(jù)。計算河段渾水容重 r4′=1+S4/2700、Q（石+白+三）及王家店站至壩址河段的日平均水面比降J4來計算其水流輸沙能力r4'Q（石+白+三）J4，與王家店站斷面的水流輸沙能力建立 Qs（王）～r4'Q（石+白+三）J4壩相關關系。

其經(jīng)驗關系式為：

相關系數(shù)為0.99。

b）由于水庫壩址至C4斷面為巖石陡坡峽谷段歷年不沖不淤，C4～C5斷面河段基本不沖不淤，因此可由北大溝斷面直接計算出庫輸沙能力。此河段的區(qū)間入流亦不考慮，根據(jù)北大溝站斷面的水流輸沙能力 Qs（北）、入庫三站和流量 Q（石+白+三）、含沙量S3=Qs（北）/Q（石+白+三）作為計算河段入口水、沙數(shù)據(jù)。計算河段渾水容重 r5′=1+S5/2700、Q（石+白+三）及北大溝站斷面至壩址處河段的水面比降J5來計算其水流輸沙能力 r3'Q（石+白+三）J5，與北大溝斷面的水流輸水能力建立 Qs（北）～r3′Q（石+白+三）J5相關關系。

其經(jīng)驗關系式為：

相關系數(shù)為0.91。

2.3 驗證計算

選用1990—1996年汛期（6—9月）為驗證系列。方法 1，采用公式（2）、（3）、（4）、（5）計算出庫沙量；方法 2，采用公式：（2）、（3）、（6）計算出庫沙量，其精度見表1。選用方法1：實測出庫輸沙率與計算出庫輸沙率的差值，庫區(qū)實測沖淤量與計算沖淤量。

表1 計算庫區(qū)輸沙量精度

表1中沒有實測水面比降的未列入計算。由此可見，采用方法1或方法2所推求的經(jīng)驗關系式計算的出庫輸沙量其精度是符合要求的。

3 結(jié)語

1）運用水流輸沙基本理論，建立 Qs～r＇QJ經(jīng)驗公式，基本符合鬧德海水庫泥沙運動規(guī)律，經(jīng)計算結(jié)果與實測資料對比，精度在10%以內(nèi)，相關系數(shù)在0.9以上，可以滿足水庫泥沙沖淤。

2）依據(jù)鬧德海水庫實測水、沙資料推求出庫區(qū)3個斷面及壩址處的輸沙能力經(jīng)驗關系式，在推求經(jīng)驗公式時沒有考慮入庫高含沙水流或異重流的情況。因無高含沙水流實測資料和缺少顆分資料。