鬧德海水庫(kù)泥沙淤積及排沙方案比選

于 立

(遼寧省鬧德海水庫(kù)管理局，遼寧阜新123000)

鬧德海水庫(kù)泥沙淤積及排沙方案比選

于 立

(遼寧省鬧德海水庫(kù)管理局，遼寧阜新123000)

鬧德海水庫(kù)于1942年落閘蓄水，至今已運(yùn)行68 a，水庫(kù)一直按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行管理運(yùn)行，經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行，庫(kù)區(qū)泥沙淤積量逐年增多，庫(kù)區(qū)的淤積成為鬧德海水庫(kù)正常運(yùn)行需要解決的首要問(wèn)題，文中通過(guò)收集分析大量資料，介紹了鬧德海水庫(kù)淤積情況、排沙方案的運(yùn)用效果及排沙方案的選擇。

鬧德海水庫(kù);泥沙淤積;排沙方案;異重流;清淤措施

1 流域概況及泥沙特性

鬧德海水庫(kù)是柳河流域唯一的控制性水利工程。柳河是遼河中下游的一條多泥沙支流，在內(nèi)蒙古奈曼旗的雙山子發(fā)源，流經(jīng)內(nèi)蒙古庫(kù)倫旗、科左右旗及遼寧省彰武縣、阜蒙縣、新民，在新民城南匯入遼河［1］。柳河全長(zhǎng)297 km，總流域面積5 798 km2，鬧德海水庫(kù)位于柳河上游，控制流域面積4 051 km2。

2 庫(kù)區(qū)泥沙測(cè)量情況及方法

鬧德海水庫(kù)于1942年落閘蓄水，至目前已運(yùn)行68 a，水庫(kù)一直按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行管理運(yùn)行，經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行，庫(kù)區(qū)泥沙淤積量逐年增多，為了掌握庫(kù)區(qū)泥沙的淤積狀況，把握沖沙時(shí)間，鬧德海水庫(kù)每年均采用斷面法進(jìn)行測(cè)量，在庫(kù)區(qū)設(shè)置橫斷面67條，測(cè)量精度為1∶500，使用全站儀對(duì)斷面進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量后計(jì)算出水庫(kù)庫(kù)容，與其他年份對(duì)比計(jì)算淤積情況［2-3］。

3 庫(kù)區(qū)淤積情況

庫(kù)區(qū)上游主要有扣河子和養(yǎng)畜牧河兩條支流?？酆幼恿髁?.0 m3/s左右，養(yǎng)畜牧河流量1.6 m3/s左右?？酆幼雍訉儆诩竟?jié)性河流，除6—9月外，其他時(shí)間基本斷流，養(yǎng)畜牧河平時(shí)流量基本能達(dá)到1.0 m3/s，汛期河水流量較大。

鬧德海水庫(kù)全部底孔敞泄是汛期入庫(kù)平均流量的越9倍，在一般的洪水年份庫(kù)區(qū)基本不淤積，并還能用洪水沖刷前期淤積，只有當(dāng)遇到特大洪水時(shí)候，庫(kù)區(qū)才會(huì)淤積［4］。

鬧德海水庫(kù)水位與庫(kù)區(qū)泥沙沖淤部位成正比關(guān)系，水位越高淤積部位越高。2000年以后水庫(kù)在汛期采用低水位蓄水運(yùn)用，水庫(kù)淤積部位在距離壩前4～8 km范圍內(nèi)之間淤積，其它部位淤積變化不大。

4 水庫(kù)汛期排沙方案

鬧德海水庫(kù)排沙方案可選用底孔全年敞泄排沙方法，洪水異重流排沙方案，擬建排沙洞排沙方案。下面分別加以介紹。

4.1 全年敞泄排沙

水庫(kù)1970年以前是全年敞泄排沙，除了1963年有大洪水強(qiáng)烈淤積外，其余時(shí)間都是沖刷;在70年代，水庫(kù)非汛期蓄水產(chǎn)生淤積，但汛期沖刷增強(qiáng)，平均沖刷量與60年代沖刷量相近;1980—1994年14年中只有84年的大洪水淤積，其他時(shí)間都是沖刷;1995—2000年6月和9月蓄水，全年除汛期外均為淤積，全年平均沖15.54萬(wàn)t，已處在沖淤轉(zhuǎn)化的邊緣。2001—2013年這幾年，全年蓄水，故不管汛期還是非汛期都淤積，全年淤積達(dá)52.38萬(wàn)t。鬧德海水庫(kù)運(yùn)用和庫(kù)區(qū)淤積的關(guān)系十分密切，只要關(guān)閘庫(kù)區(qū)即刻開(kāi)始淤積，一旦一年中關(guān)閉閘門(mén)的時(shí)間太長(zhǎng)，水庫(kù)就要向淤積傾斜。要達(dá)到年內(nèi)沖淤平衡，7、8月份洪水期就必須開(kāi)閘排沙［5］。

4.2 異重流排沙

異重流量?jī)煞N不同密度又可以相互混合的流體因密度差異而產(chǎn)生的分層流動(dòng)，也稱(chēng)密度流，分層流或潛流。導(dǎo)致流體產(chǎn)生密度差異的原因有溫度、溶解質(zhì)、水汽或帶的細(xì)顆粒物質(zhì)等，在自然界中常見(jiàn)的異重流現(xiàn)象有:水庫(kù)的渾水異重流、河口的鹽水入浸，濕差異重流和大氣中的冷鋒等。在水利工程建設(shè)中，為了提高水庫(kù)排沙效率，研究異重流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律具有重要意義。

4.2.1 鬧德海水庫(kù)異重流概況

經(jīng)過(guò)筆者對(duì)水庫(kù)實(shí)測(cè)資料分析得知，共發(fā)生較典型的異重流6次，其中:1980年、1995年、1996年3次異重流期間，平均排沙比為46%。

1971年、1975年和1977年3次異重流期間，閘門(mén)基本關(guān)閉狀態(tài)，形成異重流淤積，排沙比僅為1.3%。在以上6次形成異重流中，入庫(kù)最大洪峰流量58～536 m3/s，入庫(kù)日均最大流量33～83 m3/s，入庫(kù)日均最大含沙量36～358 m3/s，壩前日均水位171～177.9 m。由此可知，由于鬧德海水庫(kù)庫(kù)區(qū)河谷狹窄，河床比降大，來(lái)水含沙量較高，比較容易形成異重流并抵達(dá)壩前，水庫(kù)能利用異重流排沙以減少庫(kù)區(qū)淤積，并且，異重流排沙可以防止形成渾水水庫(kù)，有利于保證水庫(kù)的供水率［6-7］。

鬧德海水庫(kù)異重流比較容易在石門(mén)子、白廟子洪水期形成，特別是白廟子洪水泥沙較細(xì)、含沙量高，更容易形成庫(kù)區(qū)異重流。庫(kù)區(qū)來(lái)水來(lái)沙條件及水庫(kù)運(yùn)用情況決定于異重流沖淤狀況。

據(jù)估算，發(fā)生的6次異重流期間，庫(kù)區(qū)來(lái)沙585萬(wàn) t，出庫(kù)沙量86萬(wàn) t，累計(jì)淤積達(dá)500萬(wàn) t。其中，3次異重流開(kāi)閘排沙的庫(kù)區(qū)來(lái)沙110萬(wàn)t，出庫(kù)沙量51萬(wàn)t，累計(jì)淤積僅約60萬(wàn) t，而另外3次異重流期間蓄水?dāng)r沙，庫(kù)區(qū)來(lái)沙量475萬(wàn)t，出庫(kù)沙量?jī)H36萬(wàn) t，累計(jì)淤積量高達(dá)440萬(wàn) t。

4.2.2 庫(kù)區(qū)異重流排沙特性

異重流平均排沙比與水庫(kù)庫(kù)底比降相關(guān)，庫(kù)底比降大排沙比也大，反之則小。水庫(kù)異重流排沙比與入庫(kù)洪峰流量相關(guān)，入庫(kù)流量大、排沙比也大，反之則?。?］。

除上述水力條件外，進(jìn)庫(kù)泥沙顆粒組成密與排沙比大小切相關(guān)。如果水庫(kù)閘門(mén)全部開(kāi)啟，異重流到達(dá)壩前時(shí)，其排沙比與進(jìn)庫(kù)泥沙顆粒＜0.01 mm所占百分比基本一致。

例如，1980年異重流期＜0.01 mm泥沙所占全沙的30%，相應(yīng)排沙比為33%，具有較好的相關(guān)性。

4.2.3 異重流排沙對(duì)庫(kù)區(qū)沖淤平衡的影響

洪水期的沖刷特別是中長(zhǎng)期洪水是鬧德海水庫(kù)庫(kù)區(qū)泥沙沖淤主要方法，敞泄期洪水沖刷比異重流排沙效果要好很多。通過(guò)水庫(kù)專(zhuān)家測(cè)算，對(duì)于滿足日均流量＞100 m3/s或日均含沙量＞100 kg/m3條件的洪水，應(yīng)該進(jìn)行敞泄排沙，不能只依靠于異重流排沙，其他的洪水能夠使用異重流相繼排沙，減少庫(kù)區(qū)淤積［9］。

4.3 擬建排沙洞方案

經(jīng)過(guò)上文分析，在產(chǎn)生異重流的時(shí)候，可以在距離主壩前約1 500 m處修建排沙洞，使異重流直接從排沙洞排出，排沙效果較好，從而可將清水蓄到壩前，增加水庫(kù)的蓄水量。此項(xiàng)工程一次性投資較高，但效益顯著，可以蓄清排濁，增加水庫(kù)的使用年限。

5 結(jié)論及建議

在不影響興利庫(kù)容供水能力的情況下，鬧德海水庫(kù)可以依靠天然的大流量進(jìn)行排沙，充分利用異重流沖淤，如果持續(xù)多年沒(méi)有出現(xiàn)大流量過(guò)程實(shí)現(xiàn)排沙，造成水庫(kù)持續(xù)淤積并影響到供水能力時(shí)，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)某ㄐ惯\(yùn)用，或者借助機(jī)械措施進(jìn)行清淤。

［1］冮行久，閆舜皆.阜新地區(qū)河流泥沙狀況分析［J］.東北水利水電，2008，26(01):52-54.

［2］岳家庚，李娜偉.鬧德海水庫(kù)除險(xiǎn)加固期供水探析［J］.東北水利水電，2013(03):56-57.

［3］韓其為，楊小慶.我國(guó)水庫(kù)泥沙淤積研究綜述［J］.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，2003，1(03):169-178.

［4］謝金明，吳保生，劉孝盈.水庫(kù)泥沙淤積管理綜述［J］.泥沙研究，2013(03):71-80.

［5］徐國(guó)賓.陜西省水庫(kù)泥沙淤積災(zāi)害及其防治對(duì)策［J］.水土保持通報(bào)，1994，14(04):35-38.

［6］萬(wàn)建蓉，宮平.嘉陵江亭子口水庫(kù)泥沙淤積研究［J］.人民長(zhǎng)江，2006，37(11):47-48.

［7］陳雪梅.寶雞峽林家村樞紐水庫(kù)排沙方案初探［J］.陜西水利，2002(05):40-42.

［8］李洪利.鬧德海水庫(kù)加固期排沙技術(shù)研究［J］.中國(guó)科技信息，2011(09):48.

［9］岳家庚，李娜偉.鬧德海水庫(kù)異重流排沙方案［J］.黑龍江水利科技，2013，41(01):139-141.

TV145

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1007-7596(2014)06-0121-02

2014-02-24

于立(1981-)，男，遼寧朝陽(yáng)人，工程師，從事水庫(kù)運(yùn)行管理工作。