紫坪鋪水庫(kù)庫(kù)容淤積現(xiàn)狀及其對(duì)水庫(kù)調(diào)度的影響

薛 晨， 由 麗 華， 陽(yáng) 莉

(四川省紫坪鋪開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，四川 成都 610091)

0 引 言

紫坪鋪水利樞紐工程位于都江堰市龍池鎮(zhèn)，由于2008年“5·12”汶川大地震震中位置離樞紐工程很近，地震發(fā)生后，水庫(kù)庫(kù)區(qū)山體滑坡、暴雨泥石流等次生災(zāi)害頻發(fā)，庫(kù)岸形態(tài)發(fā)生了較大變化。為了解震后水庫(kù)泥沙淤積及庫(kù)容損失情況，公司先后于2011年、2013年、2014年、2015年進(jìn)行了4次水庫(kù)庫(kù)容測(cè)量。筆者根據(jù)歷次測(cè)量結(jié)果，與2008年汶川特大地震后水庫(kù)庫(kù)容淤積現(xiàn)狀及趨勢(shì)，以及水庫(kù)調(diào)度和實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)當(dāng)前的淤積現(xiàn)狀給水庫(kù)調(diào)度帶來(lái)的影響進(jìn)行了研究。

1 研究方法

(1)通過(guò)對(duì)比水庫(kù)原始庫(kù)容曲線、2008年地震前實(shí)測(cè)庫(kù)容曲線以及2015年實(shí)測(cè)的庫(kù)容曲線，定量分析目前水庫(kù)各特征庫(kù)容的損失情況，定量識(shí)別在不同的水位區(qū)間泥沙淤積情況，結(jié)合水庫(kù)地形測(cè)量數(shù)據(jù)，分析造成水庫(kù)淤積的原因。

(2)根據(jù)2008年、2011年、2013年、2014年和2015年各階段實(shí)測(cè)庫(kù)容情況，定量分析水庫(kù)在以年為時(shí)間尺度上的淤積速率，結(jié)合水庫(kù)近年來(lái)的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析水庫(kù)淤積趨勢(shì)及其成因。

(3)采用淤積后的庫(kù)容曲線，對(duì)水庫(kù)進(jìn)行調(diào)洪演算，分析泥沙淤積對(duì)防洪調(diào)度的影響；結(jié)合近幾年水庫(kù)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析當(dāng)前淤積形勢(shì)對(duì)水庫(kù)調(diào)度的影響。

2 水庫(kù)泥沙淤積的現(xiàn)狀分析

2.1 地震前后庫(kù)容淤積現(xiàn)狀分析

統(tǒng)計(jì)1980年(原始庫(kù)容)、2008年(地震前)和2015年實(shí)測(cè)特征庫(kù)容(見(jiàn)表1)。

由表1中數(shù)據(jù)可知，至2015年水庫(kù)累計(jì)淤積損失庫(kù)容1.349億m3，其中死水位以下庫(kù)容損失0.766億m3，死水位至汛限水位間庫(kù)容損失了0.403億m3，汛限水位至正常蓄水位間庫(kù)容損失了0.129億m3，正常蓄水位至校核洪水位間庫(kù)容損失了0.051億m3。

表1 特征庫(kù)容統(tǒng)計(jì)表

以2008年震前與原始庫(kù)容相比，死水位以下庫(kù)容損失0.047億m3，死水位至汛限水位間庫(kù)容損失了0.062億m3，汛限水位至正常蓄水位間庫(kù)容損失了0.071億m3，正常蓄水位至校核洪水位間庫(kù)容損失了0.046億m3；以2015年與2008年震前相比，死水位以下庫(kù)容損失0.719億m3，死水位至汛限水位間庫(kù)容損失了0.341億m3，汛限水位至正常蓄水位間庫(kù)容損失了0.058億m3，正常蓄水位至校核洪水位間庫(kù)容損失了0.005億m3，對(duì)比數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，主要的淤積發(fā)生在地震以后。

2.2 庫(kù)容淤積分布

根據(jù)計(jì)算出的當(dāng)前庫(kù)容占比百分?jǐn)?shù)可以很直觀的看出水庫(kù)有效庫(kù)容在不同水位段上損失情況，總體隨著水位的增高，水庫(kù)庫(kù)容的損失呈減小的變化趨勢(shì)，損失較大的區(qū)間在845 m以下，損失基本都超過(guò)了10%，其中817～820 m段，損失超過(guò)30%、820～825 m段，損失也接近20%；在845～875 m之間，總體較為穩(wěn)定，損失基本控制在5%以內(nèi)；875 m以上，由于受支流河床淤積影響，庫(kù)容損失有所增大(見(jiàn)表2)。

表2 不同水位段當(dāng)前庫(kù)容在原庫(kù)容中的占比

2.3 原因分析

庫(kù)區(qū)淤積縱剖面圖(深泓點(diǎn))，見(jiàn)圖1，從2011年縱剖面形態(tài)看，大地震造成M11-M14庫(kù)段(距壩6―8 km)左岸大量山體滑坡， 形成巨大的堰塞體，最高達(dá)30多米。堰塞體猶如一個(gè)攔沙壩擋在庫(kù)區(qū)中部，自M13斷面以上形成一個(gè)巨大的堰塞湖，由于堰塞體的存在，入庫(kù)泥沙很大一部分在堰塞體上游被攔截，形成淤積。對(duì)比歷年測(cè)量數(shù)據(jù)，自2008年以來(lái)，河床高程相對(duì)于2008年有了很大的增加，M13以上河段河床整體抬升，堰塞體上游逐漸被淤平，已逐漸影響到水庫(kù)有效庫(kù)容。

圖1 紫坪鋪庫(kù)區(qū)淤積縱剖面圖(深泓點(diǎn))

3 水庫(kù)淤積趨勢(shì)分析

3.1 地震后紫坪鋪水庫(kù)淤積趨勢(shì)分析

依據(jù)2008年以來(lái)的五次庫(kù)區(qū)測(cè)量資料進(jìn)行淤積分析(成果見(jiàn)表3)，可以看出2008年4月至2015年10月紫坪鋪水庫(kù)庫(kù)區(qū)累計(jì)淤積11 231萬(wàn)m3，年均1 404萬(wàn)m3。

根據(jù)各次地形觀測(cè)的時(shí)間，計(jì)算紫坪鋪水庫(kù)年均淤積情況(見(jiàn)表4)。各時(shí)期年均淤積量分別為1 710萬(wàn)m3、1 440萬(wàn)m3、1 140萬(wàn)m3、1 072萬(wàn)m3，均遠(yuǎn)大于紫坪鋪水文站多年平均來(lái)沙量604萬(wàn)m3。

以2008年為零點(diǎn)，作歷次觀測(cè)時(shí)期年均淤積量的散點(diǎn)圖，添加趨勢(shì)線如圖2所示?？梢钥闯?008年大地震以后，水庫(kù)遇到連續(xù)的大沙年，水庫(kù)年均淤積量總體呈下降趨勢(shì)。

圖2 年均淤積趨勢(shì)

3.2 原因分析

統(tǒng)計(jì)2008～2015年水庫(kù)遭遇洪水過(guò)程的最大洪峰流量(見(jiàn)表5)。

從表中數(shù)據(jù)可以看出，2008年以來(lái)，水庫(kù)未遭遇大的洪水過(guò)程影響，最大洪峰是2013年的4 231 m3/s，接近20年一遇(4 450 m3/s)水平?？梢?jiàn)水庫(kù)遭遇連續(xù)的大沙年主要是受2008年汶川特大地震的影響，地震使得上游植被遭受嚴(yán)重破壞，巖石松散，在強(qiáng)降雨發(fā)生時(shí)，水土流失嚴(yán)重，大量泥沙入庫(kù)。而隨著時(shí)間的推移，植被生長(zhǎng)，泥沙、巖石結(jié)構(gòu)又趨于穩(wěn)定，在沒(méi)有大的降雨和洪水發(fā)生的情況下，水庫(kù)泥沙年淤積量也呈一個(gè)減少的趨勢(shì)。

4 水庫(kù)泥沙淤積對(duì)水庫(kù)運(yùn)行調(diào)度的影響

4.1 對(duì)水庫(kù)防洪調(diào)度的影響

紫坪鋪水庫(kù)汛期限制水位為850 m，汛限水位以上損失庫(kù)容0.18億m3，從圖1紫坪鋪庫(kù)區(qū)淤積縱剖面圖來(lái)看，該水位段庫(kù)容近幾年基本處于一種穩(wěn)定狀態(tài)。采用新的水位庫(kù)容關(guān)系對(duì)水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行調(diào)洪演算，在不改變其他條件的基礎(chǔ)下，以850 m作為起調(diào)水位，100一遇洪水位由861.6 m上升至862.17 m；200年一遇洪水位由863.49 m上升至864.30 m；500年一遇洪水位由866.51 m上升至867.38 m；1 000年一遇洪水位由871.20 m上升至871.61 m；PMF洪水位仍在883.1 m附近。千年一遇以下洪水最高水位略有上升，仍在可控范圍。PMF洪水因?yàn)樗贿_(dá)870 m后開(kāi)啟溢洪道，在同等來(lái)水條件下，溢洪道開(kāi)啟時(shí)間提前，且水位增長(zhǎng)后，溢洪道過(guò)流能力增加，最高水位仍在883.1 m附近，未有明顯影響。

表3 紫坪鋪水庫(kù)各時(shí)期淤積量對(duì)照表(單位：萬(wàn)m3)

表4 紫坪鋪水庫(kù)各時(shí)期年均淤積量對(duì)照表 /萬(wàn)m3·a-1

表5 2008～2015年最大洪峰統(tǒng)計(jì)表

4.2 對(duì)入庫(kù)流量計(jì)算的影響

由于地質(zhì)條件和水庫(kù)水系分布條件的限制，紫坪鋪水庫(kù)入庫(kù)站未完善，目前入庫(kù)流量采用水量平衡公式反推計(jì)算，“入庫(kù)流量=庫(kù)容差/3 600+出庫(kù)流量”。由計(jì)算方式可以看出，當(dāng)入庫(kù)流量與出庫(kù)流量之間存在較大的差值時(shí)，由庫(kù)容變化引起的流量誤差就顯得尤為明顯，隨著洪水入庫(kù)、泥沙入庫(kù)，帶來(lái)的水庫(kù)泥沙淤積動(dòng)態(tài)變化，使得流量誤差存在很大的不確定性。

4.3 對(duì)水庫(kù)供水調(diào)度的影響

作為下游都江堰灌區(qū)及成都平原的重要水源工程，保障下游用水需求是水庫(kù)運(yùn)行的一項(xiàng)重要指標(biāo)。從近幾年的水庫(kù)運(yùn)行情況來(lái)看，主要供水階段為春灌期和夏季伏旱期間，春灌期4～5月份，水庫(kù)水位在825 m附近，伏旱期間，水庫(kù)持續(xù)供水，水庫(kù)水位持續(xù)走低，2016年伏旱期間水庫(kù)水位運(yùn)行至820 m附近。從表2的水庫(kù)當(dāng)前庫(kù)容占比數(shù)據(jù)可以看出，在該水位階段，有近20%的庫(kù)容已被淤積，在進(jìn)行水庫(kù)供水調(diào)度，保障下游供水時(shí)，來(lái)自水庫(kù)庫(kù)容淤積上的影響就比較明顯，尤其當(dāng)上游來(lái)水較差時(shí)，影響尤為突出。從水庫(kù)淤積趨勢(shì)來(lái)看，該庫(kù)段的庫(kù)容淤積在未來(lái)幾年會(huì)有所增加，無(wú)形中增加了水庫(kù)供水調(diào)度的難度。

5 結(jié) 語(yǔ)

(1)水庫(kù)當(dāng)前的淤積對(duì)水庫(kù)的防洪調(diào)度影響不大，雖水庫(kù)年均淤積量總體在減弱，但仍遠(yuǎn)大于紫坪鋪站的多年平均來(lái)沙量，水庫(kù)的淤積仍在持續(xù)，還需采取必要的手段對(duì)水庫(kù)進(jìn)行清淤，以保證水庫(kù)有效庫(kù)容。同時(shí)，還需持續(xù)對(duì)泥沙淤積的狀態(tài)進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)。

(2)水庫(kù)入庫(kù)流量的獲取，目前仍是通過(guò)水量平衡方程計(jì)算得來(lái)，在水庫(kù)庫(kù)容淤積不斷加重的形勢(shì)下，加上河床泥沙推移等不確定因素影響，計(jì)算方法本身所存在的誤差，在特定的條件下就顯得較為突出。在入庫(kù)水文站未建的情況下，可進(jìn)一步研究水庫(kù)泥沙淤積動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，進(jìn)一步優(yōu)化水庫(kù)入庫(kù)流量的計(jì)算方式。同時(shí)，加快推進(jìn)水庫(kù)入庫(kù)水文站的建設(shè)，以更好的掌握水庫(kù)上游的來(lái)水和泥沙。

(3)作為水源工程，保障下游用水需求，是紫坪鋪水庫(kù)發(fā)揮綜合效益的重要職能之一，隨著水庫(kù)淤積的加重，水庫(kù)在發(fā)揮供水作用時(shí)，會(huì)受到諸多的限制，同時(shí)也會(huì)受到很多來(lái)自其他方面的影響，如：電力市場(chǎng)行情變化、水工建筑物運(yùn)行狀態(tài)變化等。在研究水庫(kù)泥沙淤積規(guī)律的同時(shí)，可進(jìn)一步研究多目標(biāo)下的水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度，更好的發(fā)揮水庫(kù)的綜合效益。