王瑤水庫(kù)水沙特性及運(yùn)行方式分析

陳曉歌

（陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院陜西西安700001）

王瑤水庫(kù)水沙特性及運(yùn)行方式分析

陳曉歌

（陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院陜西西安700001）

本文通過(guò)對(duì)王瑤水庫(kù)基本情況及多年來(lái)水沙過(guò)程進(jìn)行分析計(jì)算，對(duì)不同的水庫(kù)運(yùn)行方式進(jìn)行了分析比較，確定了合理的水庫(kù)運(yùn)行方式，以期為同類案例提供借鑒。

王瑤水庫(kù);水沙分析;運(yùn)行方式

1 工程概況

王瑤水庫(kù)位于陜西省延安市安塞縣境內(nèi)，在延河的支流杏子河（黃河二級(jí)支流）中游，其下游65km處為延安市。水庫(kù)控制流域面積820km2，總庫(kù)容2.03億m3，是一座以防洪為主，兼有城市供水、灌溉、發(fā)電等綜合利用的大（二）型水庫(kù)。水庫(kù)為Ⅱ等樞紐工程，主要建筑物為2級(jí)，防洪標(biāo)準(zhǔn)按百年一遇洪水設(shè)計(jì)，兩千年一遇洪水校核。水庫(kù)樞紐由大壩、Ⅰ號(hào)泄洪洞、Ⅱ號(hào)泄洪洞、輸水洞、渠首、電站六個(gè)部分組成。大壩為均質(zhì)土壩，坐落在侏羅紀(jì)砂頁(yè)巖互層基礎(chǔ)上，兩壩肩由第四紀(jì)的上更新統(tǒng)、中更新統(tǒng)黃土類黃土組成，最大壩高55m，壩頂高程1190.7m，壩頂長(zhǎng)度325m，寬7m。泄洪洞位于左岸，由進(jìn)口明渠段、壓力洞、放水塔、明流洞和出口挑流段組成，進(jìn)口洞底高程1145.7m，總長(zhǎng)739.8m，設(shè)計(jì)最大泄量78.6m3/s。王瑤水庫(kù)工程于1970年10月動(dòng)工興建，1972年9月大壩主體工程完工。1974年動(dòng)工增建泄洪洞，1979年底泄洪洞竣工。工程自1972年蓄水運(yùn)用42年來(lái)，在防洪、減沙等方面起到了積極作用，特別是在“77.7”和“94.8”洪水中，水庫(kù)對(duì)保護(hù)下游延安市等延河兩岸城鄉(xiāng)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全發(fā)揮了巨大作用。水庫(kù)向延安市供水1510.4萬(wàn)t，年發(fā)電量150萬(wàn)度，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。

王瑤壩址1958年～2014年的水沙系列，多年平均的徑流量為3580.6萬(wàn)m3，輸沙量為846萬(wàn)t，多年平均含沙量達(dá)236kg/m3，加之運(yùn)用不盡合理，水庫(kù)淤積十分嚴(yán)重。截止2014年，1187.2m以下的庫(kù)容僅剩7135萬(wàn)m3，原設(shè)計(jì)正常蓄水位1182.5m以下庫(kù)容為2527萬(wàn)m3，庫(kù)容受泥沙淤泥影響損失嚴(yán)重。

2 水沙分析

2.1 水沙年際變化

依據(jù)多年來(lái)水來(lái)沙過(guò)程分析入庫(kù)水沙結(jié)果來(lái)看，王瑤水庫(kù)入庫(kù)水沙的年際分配極不平衡，豐水年最大入庫(kù)水量為7399萬(wàn)m3（1964年），枯水年最小入庫(kù)水量為1539萬(wàn)m3（1997年），分別為多年平均入庫(kù)水量的2.067倍和0.43倍；年最大入庫(kù)沙量為3099萬(wàn)t（1977年），年最小入庫(kù)沙量為95萬(wàn)t（2003年），分別為多年平均入庫(kù)沙量的3.662倍和0.113倍；年平均最大含沙量為89.58kg/m3（1983年），年平均最小含沙量為4.653kg/m3（1989年），分別為多年平均值的3.8倍和0.197倍。

2.2 水沙年內(nèi)變化

王瑤水庫(kù)多年平均逐月入庫(kù)水沙統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。從表1可以看出，多年平均情況下：汛期（7月～9月）平均入庫(kù)水量為1968萬(wàn)m3，占年平均入庫(kù)水量的54.96%；汛期（7月～9月）平均入庫(kù)沙量為725萬(wàn)t，占年平均入庫(kù)沙量的85.7%；汛期7、8月來(lái)沙量占多年平均入庫(kù)沙量的80%。其中最大1日入庫(kù)沙量為1903.3萬(wàn)t（1977年7月6日）?？梢?jiàn)，王瑤水庫(kù)的入庫(kù)水沙相對(duì)集中在汛期7月～9月，尤其是沙量，絕大部分集中在汛期7、8月。而汛期又集中在幾場(chǎng)洪水過(guò)程中。這對(duì)水庫(kù)的調(diào)度來(lái)說(shuō)，意味著調(diào)水調(diào)沙的主要矛盾在汛期。

2.3 入庫(kù)水沙特性分析

由王瑤水庫(kù)55年入庫(kù)代表水沙系列統(tǒng)計(jì)分析可以看出，多年平均上游來(lái)水含沙量S≥400kg/m3的天數(shù)為8.51天，相應(yīng)入庫(kù)沙量為699.46萬(wàn)t，占全年的82.66%；相應(yīng)入庫(kù)水量為1115.62萬(wàn)m3，僅占全年的31.16%；上游來(lái)水含沙量S≥100kg/m3的天數(shù)為17.91天，相應(yīng)入庫(kù)沙量為830.66萬(wàn)t，占全年的98.16%，相應(yīng)入庫(kù)水量為1595.1萬(wàn)m3，僅占全年的44.56%；上游來(lái)水含沙量S≥50kg/m3的天數(shù)為23.35天，相應(yīng)入庫(kù)沙量為839.2萬(wàn)t，占全年的99.17%；相應(yīng)入庫(kù)水量為1716.51萬(wàn)m3，僅占全年的47.94%；上游來(lái)水含沙量S＜50kg/m3的天數(shù)為341.91天，相應(yīng)入庫(kù)沙量為7.04萬(wàn)t，占全年的0.83%；相應(yīng)入庫(kù)水量為1864萬(wàn)m3，僅占全年的52.06%。由此可見(jiàn)，處理好入庫(kù)含沙量較大的水沙是水庫(kù)運(yùn)行方式研究的關(guān)鍵。

2.4 流量及輸沙率變化分析

由王瑤水庫(kù)歷時(shí)～流量曲線及歷時(shí)～輸沙率曲線圖可以看出，以1983年9.6～9.10為例，隨著時(shí)間的變化，流量與輸沙率變化趨勢(shì)一致，沙峰與洪峰同步，但洪峰的變化梯度大于沙峰。因?yàn)橥醅幩畮?kù)以上沒(méi)有水利工程，且河道最大長(zhǎng)度104km，控制流域面積僅820km2，泥沙來(lái)源和洪水來(lái)源一致，故沙峰與洪峰也一致。

圖11983 年9.6～9.10流量及輸沙率曲線圖

3 水庫(kù)運(yùn)行方式

王瑤水庫(kù)自1972年10月蓄水運(yùn)用以來(lái)，經(jīng)歷了三種運(yùn)用方式，六個(gè)運(yùn)用階段

3.1 蓄洪攔沙階段（1973.1月～1979.12月）

由于沒(méi)有泄流排沙設(shè)施，只能采取蓄洪攔沙運(yùn)用。這期間恰遇1977年特大洪水，全年來(lái)沙量為3100萬(wàn)t，洪峰流量為2620m3/s，洪量為2640萬(wàn)m3，使水庫(kù)淤積十分嚴(yán)重。該時(shí)段總淤積量達(dá)5961m3，占總庫(kù)容的29.4%。

3.2 蓄洪排沙階段（1980.1月～1987.12月）

該時(shí)段雖然已建成泄洪排沙低洞，并采用蓄洪排沙運(yùn)用方式，但由于排沙低洞進(jìn)口圍堰未拆除，其高程高出排沙洞底坎高程8m，同時(shí)左岸排沙洞附近山巖石咀阻水，限制了泄洪排沙洞排沙效果。如1985年汛期雖泄空水庫(kù)運(yùn)行，全年排沙比僅為107%，只能減緩水庫(kù)淤積，而不能從根本上控制水庫(kù)淤積發(fā)展，使水庫(kù)又淤積3026萬(wàn)m3，累計(jì)淤積量達(dá)8987m3，占總庫(kù)容44.3%。

3.3 空庫(kù)運(yùn)行階段（1988.1月～1990.12月）

該時(shí)段利用水庫(kù)拆除圍堰、排沙洞清障施工無(wú)法蓄水有利時(shí)機(jī)，泄空水庫(kù)空庫(kù)運(yùn)行，這期間共排出泥沙2502萬(wàn)m3。雖然水庫(kù)淤積物長(zhǎng)達(dá)15年之久，固結(jié)程度較高，但沖刷效果很好。水庫(kù)淤積由淤轉(zhuǎn)沖，庫(kù)區(qū)形成高灘深槽，沖出1382萬(wàn)m3槽庫(kù)容。沖刷縱剖面干流以排沙洞底坎高程為基準(zhǔn)面呈扇形發(fā)展；支流岔路川以泄入干流入口河槽高程為基準(zhǔn)面向上發(fā)展。橫斷面形成深槽及廣闊灘地，壩前段河槽灘槽差大，槽寬較大，庫(kù)中段次之，庫(kù)尾段近似天然河槽。水庫(kù)縱斷面淤積形態(tài)為錐體，比降為3‰。橫向近似平淤。

表1 王瑤水庫(kù)多年平均入庫(kù)水沙系列統(tǒng)計(jì)表(日歷年統(tǒng)計(jì))

表2 王瑤水庫(kù)不同運(yùn)用方式庫(kù)區(qū)沖淤量

3.4 蓄洪排沙運(yùn)用階段（1991.1月～1995.12月）

該時(shí)段水庫(kù)采用蓄洪排沙運(yùn)用，歷時(shí)5年，水庫(kù)一直未泄空，入庫(kù)近4000萬(wàn)m3泥沙大部分淤在庫(kù)內(nèi)，特別是1992年為豐沙年，入庫(kù)沙量為1780萬(wàn)m3，入庫(kù)水量為3520萬(wàn)m3，排沙比僅為25.7%，排水比為70.9%，1991～1992年兩年淤滿槽庫(kù)容，一般洪水情況下就上灘地，水庫(kù)淤積呈上升發(fā)展，該時(shí)段淤積3145萬(wàn)m3，水庫(kù)累計(jì)淤積量達(dá)10750萬(wàn)m3，占總庫(kù)容52.9%。

3.5 汛期空庫(kù)運(yùn)行階段（1996.1月～1996.12月）

該時(shí)段汛期空庫(kù)運(yùn)行（1996.7月～1996.9月），雖然只有兩個(gè)多月，但排沙效果極好，汛期沖出槽庫(kù)容1200萬(wàn)m3，這與淤積物歷時(shí)短，固結(jié)程度不高有關(guān)。

3.6 蓄洪排沙運(yùn)用階段（1997.1月～2014.12月）

水庫(kù)采用蓄洪排沙運(yùn)用，歷時(shí)18年，多年平均入庫(kù)沙量540.1萬(wàn)t，出庫(kù)沙量197.6萬(wàn)t，多年平均的排沙率為36.6%。2001年為豐沙年，入庫(kù)沙量為789.2萬(wàn)m3，入庫(kù)水量為4073.8萬(wàn)m3，排沙比僅為21.1%，淤積量較大。2004年7月和9月分別累計(jì)敞泄排沙25天，年排沙率達(dá)117.2%；2005年1月～10月上旬基本處于敞泄排沙狀態(tài)，水位在1145.74m～1145.82m之間，年排沙率達(dá)116.2%；2010年7月～8月中旬敞泄排沙，年排沙率119.8%，其余年份均處于蓄水運(yùn)用，年排沙率0.9%～49.3%。

各階段庫(kù)區(qū)沖淤特征值見(jiàn)表2。表中數(shù)據(jù)表明，排沙設(shè)施的泄量大小及運(yùn)用方式，對(duì)控制庫(kù)容損失十分重要。第一階段，水庫(kù)無(wú)排沙設(shè)施，不具備水庫(kù)合理運(yùn)用基礎(chǔ)；第二階段排沙設(shè)施不完善，要控制水庫(kù)淤積，必須排沙期長(zhǎng)；第四階段和第六階段未安排排沙期。

4 水庫(kù)運(yùn)行方式確定

王瑤水庫(kù)運(yùn)行方式按照目前實(shí)際運(yùn)行擬定的運(yùn)行方式為：王瑤水庫(kù)汛期為6月～10月，汛期防洪限制水位為1180.5m。當(dāng)入庫(kù)流量小于198.52m3/s時(shí)，按照入出庫(kù)平衡控制下泄流量；當(dāng)入庫(kù)流量大于198.52m3/s而小于3120m3/s時(shí)，控制最大泄流191.82m3/s，壩前最高水位不超過(guò)1185.6m，并盡快降至汛限水位1180.5m以下；當(dāng)入庫(kù)流量大于3120m3/s而小于5820m3/s時(shí)，控制最大泄流198.52m3/s，壩前最高水位不超過(guò)1188.02m，并盡快降至汛限水位1180.5m以下；當(dāng)入庫(kù)流量大于5820m3/s時(shí)，以保壩為主，開(kāi)啟所有泄洪設(shè)施敞泄。

5 結(jié)論

（1）王瑤水庫(kù)作為延安市唯一的可靠水源，發(fā)揮著不可替代的骨干作用。延安是一個(gè)水資源貧乏的地區(qū)，全市水資源總量少，時(shí)空分布不均勻，且水少沙多的矛盾突出。王瑤水庫(kù)多年平均入庫(kù)水量為3580萬(wàn)m3，入庫(kù)懸移質(zhì)輸沙量為846萬(wàn)t，多年平均流量為1.13m3/s，多年平均懸移質(zhì)含沙量為23.58kg/m3。

（2）王瑤水庫(kù)位于延安市延河支流杏子河中游，杏子河屬多泥沙河流，水庫(kù)運(yùn)行42年以來(lái)，由于運(yùn)行方式不盡合理，水庫(kù)淤積十分嚴(yán)重。水庫(kù)運(yùn)行至今，僅1988～1990和1996年采用泄空排沙的運(yùn)行方式，其它年份均采用蓄洪排沙，使泥沙在庫(kù)內(nèi)落淤，截至2014年底，累積淤積14471萬(wàn)m3，相當(dāng)于運(yùn)行42年來(lái)平均年淤積量345萬(wàn)m3，占天然來(lái)沙量626萬(wàn)m3的55%。即減輕杏子河下游及延河河道的泥沙淤積，對(duì)控制城區(qū)河道行洪斷面的抬升發(fā)揮一定作用。陜西水利

[1]李國(guó)安.淺析王瑤水庫(kù)運(yùn)行方式與排沙減淤效果[J].陜西水利，2009.6:121-122.

[2]靳玲玲.王瑤水庫(kù)排沙清淤方法探討[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2013.09.

（責(zé)任編輯：唐紅云）

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