水電站建成后對下游天然河流懸移質泥沙顆粒級配的影響

摘 要：電站建成以后，由于水庫的蓄水作用，下游河道的懸移質泥沙顆粒級配必然會發(fā)生變化，文章通過瀾滄江干流上已有的小灣、漫灣出庫、戛舊、江橋、允景洪五個水文站的懸移質泥沙顆粒級配資料，探討電站建成以后對下游河道多大范圍的懸移質泥沙顆粒級配有影響。通過分析顆分實驗所得出的五個站的懸移質泥沙顆粒級配資料，認為由于漫灣電站的建成投產使用，使得出庫段附近河段的懸移質泥沙顆粒變細，但對江橋站以下河段的懸移質泥沙顆粒級配沒什么影響。其懸移質泥沙顆粒級配完全取決于區(qū)間的來水來沙。

關鍵詞：水電站；天然河流；懸移質；泥沙顆粒級配

1 流域簡況

漫灣電站以上流域地勢高、地形起伏劇烈，北高南低、上寬下窄，自然地理景觀復雜。北部與金沙江的分水嶺為唐古拉山山脈；主峰海拔達6000米；東部與金沙江和紅河的分水嶺為寧靜山脈、云嶺山脈和無量山脈，高峰海拔亦達6000米。溜筒江以上，流域面積為8.3萬平方公里，除高大險峻的雪峰外，一般山勢較為平緩，具有平淺河谷的特征，流域平均高程為4510米，分水嶺平均高程5350米，最高分水嶺高達6300米、最低分水嶺為4336米；溜筒江至漫灣流域面積為3.15萬平方公里，深切于橫斷山脈之間，山高谷深，形成險峻的波狀地形，流域平均高程為2520米。

溜筒江至漫灣電站為寒帶過渡性氣候區(qū)。山勢高低相差很大，為著名的橫斷山脈，造成明顯的“立體氣候”。除受西風帶環(huán)流控制外，還可受到低緯度天氣系統(tǒng)的影響。本區(qū)不同地點年平均氣溫12℃至18℃，最高氣溫22℃至38℃，最低氣溫-6.8℃至0.6℃。年降水量700至1100毫米。造成本區(qū)暴雨的天氣系統(tǒng)除西風槽和渦切變外，以季風低壓、付高邊緣、臺風和赤道輻合帶為主，水汽充沛，為電站以上流域的主要暴雨區(qū)暴雨中心區(qū)。

瀾滄江中下游的水資源開發(fā)利用于八十年代中期開始，93年漫灣電廠第一臺機組發(fā)電，2001年12月大朝山電站第一臺機組將運行發(fā)電，在瀾滄江干流小灣段以下施測泥沙的水文站有：小灣水文站、漫灣出庫水文站、戛舊水文站、江橋水文站、允景洪水文站。

2 各水文站測驗河段概述

小灣水文站地處云南省云縣小灣鎮(zhèn)境內，東經(jīng)100°05′，北緯24°41′，為漫灣水庫的入庫站，建于1993年，受水庫回水的影響很大，流域面積為113300平方公里。

漫灣出庫水文站地處云南省云縣漫灣鎮(zhèn)境內，東經(jīng)100°30′，北緯24°34′，為漫灣水庫的出庫站，我們稱為漫灣水文站，建于1996年底，流域面積為114500平方公里。

戛舊水文站地處云南省云縣漫灣鎮(zhèn)境內，東經(jīng)100°30′，北緯24°32′，建于1957年，流域面積為114600平方公里。

江橋水文站地處云南省臨滄縣圈內鄉(xiāng)境內，東經(jīng)100°12′，北緯23°34′，建于1981年，流域面積為123000平方公里。

允景洪水文站地處云南省景洪市境內，東經(jīng)100o47′，北緯22°02′，建于1955年，流域面積為149100平方公里。

漫灣電站1987年開始施工，1993年第一臺機組蓄水發(fā)電。

3 沙樣選取情況

小灣水文站共選取2000年顆分沙樣25個，由于單沙沙重較小，所以所選沙樣大部分為多個沙樣混合為一個沙樣，然后再做顆粒分析。漫灣出庫水文站共選取2000年顆分沙樣23個分，選樣時以選取斷沙為主，由于單沙沙重較小，所以所選沙樣大部份為多個沙樣混合為一個沙樣，然后再做顆粒分析。戛舊水文站采用他人1977-1979年的實驗結果。江橋水文站采用1991-1997年各年度顆分實驗結果。允景洪水文站共選取2000年顆分沙樣27個。各個站均選取了漲水段、洪峰、退水段的沙樣，各級流量、含沙量均選有沙樣，所選沙樣具有代表性，能代表各時期的泥沙顆粒級配情況。

4 泥沙顆粒分析方法實驗設計

由于所選沙樣為干沙樣，將所選沙樣先加150毫升蒸餾水浸泡18小時以上，再加熱煮沸一個小時以上，經(jīng)自然冷卻后，過0.1mm的洗篩。如篩上大于0.1mm的沙樣重量大于全樣沙樣重量的5%以上時，則大于0.1mm的沙樣用篩分析；如由于大于0.1mm的沙重小于5%時，則不分析，只參加總沙重計算。洗篩下小于0.1mm的沙樣用移液管法加0.5毫升的氨水，用實驗室常規(guī)方法分析，計算操作時間的公式為斯托克斯公式：

式中：D-球體直徑（毫米）；μ-水的動力粘滯系數(shù)（克.秒/厘米2），隨水溫變化；ω-泥沙顆粒沉降速度（厘米/秒）；γs、γw-分別為水和球體的容重（克/厘米3）。

分析操作時，預先定好了粒徑標準，由斯托克公式推算各種粒徑標準的泥沙沉降一定距離（20、10或5厘米）的沉降時間，然后按不同粒徑的相應時間，將移液管（20厘米3）插入量筒一定深度（20、10或5厘米）吸取懸液。經(jīng)過烘干稱重處理，稱出各次吸出懸液中的干沙重，并換算成懸液的干沙重A。已知總沙重為Ws，則小于和等于相應粒徑D的沙重百分數(shù)P為：

P（%）=■×100（%）

由不同的粒徑D計算相應的P，即可繪出顆粒級配曲線。

5 分析后的成果比較

下表的成果為瀾滄江干流各水文站懸移質泥沙年（多年）平均顆粒級配成果：（由于資料不能公開的原因，本文在這里未列出其成果表，望諒。）

從實驗分析成果可看出：小灣水文站泥沙顆粒級配由于受漫灣電站水庫回水頂托的影響，致使上游天然來水的流速減緩，水流夾帶泥沙的能力減弱，使得天然來水中較粗顆粒的泥沙絕大部份沉淀于庫前，到達測沙斷面時粒徑大于0.1mm的泥沙已基本沒有（粒徑大于0.1mm的泥沙僅為2.9%）。漫灣出庫水文站泥沙顆粒級配由于漫灣電站水庫的建成，大于0.1mm的泥沙已沉淀于漫灣水庫庫前，所以流出水庫的水流所含泥沙基本上是粒徑小于0.1mm的泥沙（粒徑大于0.1mm的泥沙僅為0.2%）。如將戛舊水文站的77-79年的年平均泥沙顆粒級配看作漫灣出庫站天然河流來沙的泥沙顆粒級配（漫灣出庫水文站1996年才建成，沒有建庫前的資料，而戛舊水文站離漫灣出庫水文站非常近）來進行比較可發(fā)現(xiàn)，電站建成使下游天然河流泥沙顆粒級配偏細。建庫前粒徑大于0.1mm的泥沙為14.6%，建庫后粒徑大于0.1mm的泥沙僅為0.2%。從唯一具有建庫前后懸移質泥沙顆分資料的江橋站來看，91～92年與93～97年年平均懸移質泥沙顆粒級配基本一致，說明漫灣電站的建成對于江橋水文站以下河段的懸移質泥沙顆粒級配已沒有影響，其完全受控于區(qū)間的來水來沙情況。

從江橋站的年平均懸移質泥沙顆粒級配與景洪站的年平均懸移質泥沙顆粒級配來看，江橋站的泥沙顆粒級配要偏細得多。

6 結束語

通過對小灣水文站、漫灣出庫水文站、戛舊水文站、江橋水文站、允景洪水文站實測懸移質泥沙顆粒級配資料的對比分析可以看出：水電站建成后對天然河流泥沙顆粒級配在一定范圍河段內的影響是存在的，而范圍外的天然河流泥沙顆粒級配完全受控于區(qū)間的來水來沙。以上分析由于小灣水文站、漫灣出庫水文站、允景洪水文站只有一個站年的資料，系列太短，上述的資料分析只是一個初步的、初略的探討，暫且不能作為定論的依據(jù)，尚需收集足夠長系列的資料來驗證這結論。