閻王鼻子水庫(kù)泥沙淤積分析與對(duì)策探討

王殿興

(朝陽(yáng)市閻王鼻子水庫(kù)工程建設(shè)管理局，遼寧朝陽(yáng) 122000)

閻王鼻子水庫(kù)泥沙淤積分析與對(duì)策探討

王殿興

(朝陽(yáng)市閻王鼻子水庫(kù)工程建設(shè)管理局，遼寧朝陽(yáng) 122000)

水庫(kù)泥沙淤積是影響水庫(kù)使用壽命的一大難題。文章對(duì)閻王鼻子水庫(kù)泥沙淤積特性進(jìn)行了分析，簡(jiǎn)要介紹了水庫(kù)泥沙現(xiàn)狀，重點(diǎn)提出了通過(guò)對(duì)水庫(kù)上游流域內(nèi)加強(qiáng)水土保持治理、人為環(huán)境治理及水庫(kù)沖沙調(diào)度等防治措施，從而達(dá)到延長(zhǎng)水庫(kù)使用壽命的目的。

閻王鼻子水庫(kù);水土流失;泥沙淤積;治理措施;水土保持;沖沙調(diào)度

0 前言

閻王鼻子水庫(kù)位于遼寧省西部大凌河干流上，壩址距下游朝陽(yáng)市25 km，控制流域面積9 482 km3，占大凌河流域總面積的41%，總庫(kù)容為2.17億m3。水庫(kù)設(shè)計(jì)正常高蓄水位213.5 m，主體工程于1996年10月開(kāi)工興建，1999年9月下閘蓄水，2010年4月開(kāi)始發(fā)揮供水效益［1］。

1 水庫(kù)泥沙淤積特性分析

主要包括泥沙特性、入庫(kù)沙量2個(gè)方面的內(nèi)容:

1.1 大凌河泥沙特性

大凌河泥沙特性主要有以下3點(diǎn):

1.1.1 輸沙量大

大凌河是遼寧省西部著名的多泥沙河流，年輸沙量在2 000×104t以上，每年大量泥沙入海，導(dǎo)致河口不斷向遼東灣伸展。

泥沙主要來(lái)源是北支以下中游地區(qū)，特別是其左側(cè)發(fā)源于內(nèi)蒙古奈曼、庫(kù)侖半移動(dòng)沙丘及黃土丘陵的多沙支流，侵蝕模數(shù)均在2 400～3 000 t/km2.a，含沙量在40 kg/m3左右，導(dǎo)致輸沙量沿程成倍遞增，如哈巴氣站多年平均輸沙量為229×104t、上窩鋪站為463×104t、朝陽(yáng)站為1208×104t，到大凌河站達(dá)到2 466.82 ×104t。

1.1.2 年際變化大

大凌河流域輸沙量年際變化很大。據(jù)各站統(tǒng)計(jì)顯示，年輸沙量最大值與最小值之倍比達(dá)25～393倍，說(shuō)明來(lái)沙主要集中在大水發(fā)生年份。如朝陽(yáng)站最大的1962年年輸沙量為7 773.54×104t，是最小值208.29×104t的37.3倍，是多年平均值1208.41×104t的 6.4倍，占 1955～1985年31 a總來(lái)沙量3.746 ×108t的20.8%。

1.1.3 高度集中

大凌河流域夏、秋季為多暴雨洪水季節(jié)。冬季冰封時(shí)間較長(zhǎng)，融冰期有凌汛，泥沙多為暴雨徑流從流域面上沖蝕而來(lái)，故年輸沙量的絕大部分集中在汛期的幾場(chǎng)較大洪水之中，各測(cè)站汛期6～9月輸沙量占全年總量的95%以上。

其中7、8兩月又是洪峰多發(fā)期，其輸沙量占全年總量的72%～86%以上?？菟谟捎诮邓可?，水量主要靠地下水補(bǔ)給，輸沙量少，特別是冬季來(lái)沙幾近于零［2］。

大凌河流域懸移質(zhì)泥沙顆粒組成比較單一，都以粉沙為主，各站中值粒徑變化在0.0155～0.0214 mm，平均粒徑變化在0.0237～0.0322 mm。

1.2 入庫(kù)沙量

閻王鼻子水庫(kù)位于大凌河中游，朝陽(yáng)站多年平均輸沙量為1 208.41×104t，含沙量為15.6 kg/m3。泥沙特征值如表1、表2。

表1 大凌河流域各控制站輸沙量特征值

表2 朝陽(yáng)站泥沙特征值表(1955—1985年)

由表2可見(jiàn)，大凌河流域輸沙量年際變化極大，朝陽(yáng)站1962年最大輸沙量7 774萬(wàn)t，是最小輸沙量208萬(wàn)t的37.3倍，是多年平均值的6.4倍，占31 a來(lái)沙總量的20.8%，泥沙高度集中在幾個(gè)大水大沙年份，有利于水庫(kù)采取排沙措施。

2 水庫(kù)淤積現(xiàn)狀及淤積原因

2.1 泥沙淤積現(xiàn)狀

2.1.1 設(shè)計(jì)情況

大凌河屬多泥沙河流，多年平均懸移質(zhì)輸沙量為720萬(wàn)m3/a，壩址處多年平均含沙量為15.6 kg/m3。按照水庫(kù)設(shè)計(jì)，閻王鼻子水庫(kù)建成后，年平均淤積量為215萬(wàn)m3，到2030年左右達(dá)到?jīng)_淤平衡，淤積總量為6 670萬(wàn) m3。

2.1.2 實(shí)測(cè)情況

1999年水庫(kù)下閘蓄水后，共進(jìn)行4次泥沙淤積測(cè)量。2002年淤積量為765萬(wàn)m3，2 a平均淤積383萬(wàn)m3;2006年淤積量為2 020萬(wàn)m3，累計(jì)6 a平均淤積337萬(wàn)m3;2008年淤積量為2 174萬(wàn)m3，累計(jì)8 a平均淤積272萬(wàn)m3;2010年實(shí)測(cè)淤積量為2 189萬(wàn) m3，累計(jì)10 a平均淤積219萬(wàn) m3。

以上數(shù)據(jù)表明，水庫(kù)運(yùn)行10 a的平均淤積量雖呈逐年減少趨勢(shì)，但仍高于設(shè)計(jì)平均值215萬(wàn)m3。

2.2 產(chǎn)生淤積主要的原因

主要原因:①大凌河流域植被覆蓋率低、水土流失嚴(yán)重，水庫(kù)周邊地區(qū)多年平均土壤侵蝕模數(shù)3 750 t/km2·a，雨季洪水?dāng)y帶大量泥沙入庫(kù);②大凌河流域持續(xù)干旱少雨，無(wú)適宜的洪水沖沙流量，使大量泥沙落淤在庫(kù)區(qū)內(nèi);③水庫(kù)上游鐵選礦尾礦渣排入河道后，最終淤積在庫(kù)內(nèi)。

3 水庫(kù)淤積防治措施

長(zhǎng)期以來(lái)，受自然因素和人為因素影響，閻王鼻子水庫(kù)上游及周邊地區(qū)水土流失嚴(yán)重、生態(tài)環(huán)境脆弱，不僅威脅著水庫(kù)下游朝陽(yáng)市城區(qū)供水保障和飲水安全，也制約著該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此，盡快改善生態(tài)環(huán)境，加快水土流失治理速度，攔蓄地表徑流和所夾帶泥沙，減輕入庫(kù)泥沙淤積量，延長(zhǎng)水庫(kù)使用壽命，其意義十分重大［3］。

3.1 水土保持治理

水土保持治理主要有5個(gè)方面:

3.1.1 坡耕地治理

將山腳或山腰土層較厚的坡耕地修成水平梯田，或根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展需要建設(shè)保護(hù)地，有灌溉條件的地區(qū)同時(shí)配套水利灌溉設(shè)施。

剩余坡耕地采取退耕還林、還果、還草的方式治理。退耕還林可采用種植水土保持林或經(jīng)濟(jì)林，水保林主要以生態(tài)效益為主，經(jīng)濟(jì)效益較低，而經(jīng)濟(jì)林的效益高、土地產(chǎn)出率大，故此應(yīng)首選種植經(jīng)濟(jì)林。退耕還草要與當(dāng)?shù)啬翗I(yè)發(fā)展相協(xié)調(diào)，選擇距村屯較近、地勢(shì)平坦、土質(zhì)良好的地塊，修建人工草場(chǎng)，保證舍飼牲畜的飼料供應(yīng)。

3.1.2 荒地治理

荒地治理可按造林或種草方式考慮。對(duì)于緩坡荒地，可適當(dāng)布置以放牧為主要利用方式的人工草地，并做好輪休輪牧的利用計(jì)劃。陡坡荒地立地條件差、土層薄、水分養(yǎng)分含量低，不適于經(jīng)濟(jì)林樹(shù)種的生長(zhǎng)，應(yīng)選擇薪炭林、水保林等生態(tài)效益顯著的植物措施。

3.1.3 溝壑治理

溝壑采用工程措施與植物封溝相結(jié)合的方式治理。在溝頭上修建防護(hù)工程，或營(yíng)造喬灌草混交林帶，防止溝頭逐年向上延伸。在毛支溝上修筑土、石谷坊，種植楊、柳樹(shù)等防沖耐濕性樹(shù)種，溝底種植防沖林及速生豐產(chǎn)林。在干溝及主溝道中、下游，修建塘壩或淤地壩，蓄洪淤沙造地，既攔蓄了泥沙又增加了土地。

3.1.4 生態(tài)修復(fù)工程

對(duì)水庫(kù)上游流域內(nèi)的疏林地經(jīng)過(guò)封禁、補(bǔ)植，盡快郁閉成林。在生態(tài)修復(fù)面積周?chē)藿▏鷻冢⒃诮煌ㄒ佬涯刻?、行政區(qū)屬更迭處、路旁、進(jìn)山口設(shè)立宣傳牌和標(biāo)志牌，加強(qiáng)宣傳封禁治理建設(shè)的政策法規(guī)和獎(jiǎng)懲制度，提高廣大人民群眾對(duì)生態(tài)建設(shè)的認(rèn)識(shí)，使他們認(rèn)識(shí)到生態(tài)修復(fù)建設(shè)的重要性和必要性。

3.1.5 典型實(shí)例分析

水庫(kù)淹沒(méi)區(qū)周邊某小流域面積3 325 hm2，水土流失面積2 324 hm2。農(nóng)業(yè)用地514.5 hm2，林地587.5 hm2，果 園 50 hm2，荒 山、荒 溝、荒 灘1 764.3 hm2，水域330 hm2，裸巖1.5 hm2，村莊道路77.2 hm2。 ＞15°坡的土地面積2 420.8 hm2，占總土地72.8%;＞25°坡的土地面積169.27 hm2，占農(nóng)業(yè)用地面積32.9%。該流域土壤侵蝕模數(shù)3750 t/km2·a，輕度侵蝕面積779 hm2，占水土流失面積33.5%;強(qiáng)度輕度侵蝕面積1 491 hm2，占水土流失面積64.2%。

10 a間，該流域造林水平槽整地150 hm2，退耕還林50 hm2，還果110 hm2，修水平梯田40 hm2，修果樹(shù)臺(tái)田50 hm2;修塘壩2座，修土石谷坊35座，溝頭防護(hù)15.5 km。

根據(jù)國(guó)家《水土保持綜合治理效益計(jì)算方法》(GB/T15774—1995)，經(jīng)過(guò)實(shí)際調(diào)查測(cè)算，該流域通過(guò)對(duì)山、水、林、田的綜合治理，所實(shí)施的各項(xiàng)水土保持措施均能發(fā)揮效益。如果可攔泥沙系數(shù)按0.75，植被保存率按50%，每年可攔截泥沙4.67萬(wàn)t。水庫(kù)壩址以上共有197條小流域，如果按該流域治理模式治理，每年可減少泥沙入庫(kù)920萬(wàn) t。

依據(jù)水庫(kù)初步設(shè)計(jì)采用的推懸比2.5%，按推移質(zhì)全部入庫(kù)，懸移質(zhì)采用水庫(kù)淤積30 a排沙比64.8%進(jìn)行計(jì)算，水庫(kù)運(yùn)行30 a內(nèi)將減少泥沙淤積9 472萬(wàn)t，水庫(kù)原設(shè)計(jì)的沖淤平衡時(shí)間由現(xiàn)在的30 a可推遲到55 a左右。由此看來(lái)，水庫(kù)上游流域內(nèi)水土保持綜合治理效益十分顯著。

3.2 環(huán)境治理

水庫(kù)泥沙淤積，不僅受自然環(huán)境影響，也受到人為破壞環(huán)境的影響。自2000年以來(lái)，庫(kù)區(qū)上游各類(lèi)采礦、選礦企業(yè)多達(dá)上百家，尾礦渣隨意亂排的現(xiàn)象十分嚴(yán)重，因此在加強(qiáng)自然環(huán)境整治的同時(shí)，還必須加大人為影響因素的整治力度。對(duì)流域內(nèi)的所有選礦企業(yè)，必須建設(shè)符合環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的尾礦庫(kù)，將尾礦渣攔蓄在尾礦庫(kù)內(nèi)，防止尾礦渣隨雨季洪水排入河道，最終淤積在庫(kù)內(nèi)。對(duì)于排污嚴(yán)重且措施不到位的小礦要堅(jiān)決予以關(guān)停，以減少人為增大水流含沙量。

3.3 洪水沖沙

根據(jù)大凌河流域來(lái)沙量大，且高度集中在大水大沙年份的特點(diǎn)，對(duì)水庫(kù)進(jìn)行科學(xué)合理調(diào)度運(yùn)用，充分利用洪水沖沙。當(dāng)汛期洪水入庫(kù)流量適合沖沙時(shí)，及時(shí)啟動(dòng)水庫(kù)沖沙閘，將洪水所挾帶的泥沙和庫(kù)內(nèi)淤積的泥沙排入下游河道。

4 結(jié)語(yǔ)

閻王鼻子水庫(kù)位于多泥沙河流上，泥沙來(lái)量大、淤積嚴(yán)重。對(duì)流域內(nèi)采取水土保持綜合治理措施，攔蓄地表徑流和所夾帶的泥沙，減輕入庫(kù)泥沙淤積量。對(duì)水庫(kù)上游選礦企業(yè)加強(qiáng)整治，防止防止尾礦渣隨雨季洪水排入河道淤積在庫(kù)內(nèi)。針對(duì)大凌河流域來(lái)沙量大且高度集中的特性，充分利用洪水沖沙。通過(guò)以上措施，達(dá)到延長(zhǎng)水庫(kù)使用壽命的目的。

［1］武立國(guó).閻王鼻子水庫(kù)庫(kù)區(qū)來(lái)沙分析［J］.水土保持應(yīng)用技術(shù)，2007(05):28-29.

［2］姚志剛，王宇，陳峰，靜鐵文.閻王鼻子水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析［J］.黑龍江水專(zhuān)學(xué)報(bào)，2006，33(02):83-86.

［3］盧海潮，任喜武.水庫(kù)泥沙淤積分析及防治措施［J］.黑龍江科技信息，2011(19):236.

TV145

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1007-7596(2014)05-0193-03

2013-11-27

王殿興(1954-)，男，遼寧凌源人，高級(jí)工程師，從事水利行業(yè)工作。