紫坪鋪水庫運(yùn)用以來泥沙淤積特征分析
2021-12-08 02:30:42由麗華李洪李昆鵬郭秀吉
人民黃河 2021年11期
由麗華 李洪 李昆鵬 郭秀吉
摘 要：紫坪鋪水庫是都江堰灌區(qū)和成都市最重要的調(diào)節(jié)水源、成都市最重要的支撐電源，為全面掌握其泥沙淤積現(xiàn)狀，基于庫區(qū)實(shí)地調(diào)研、大斷面觀測資料和逐年水位觀測資料等，對該水庫運(yùn)用以來的調(diào)度運(yùn)用方式、泥沙淤積形態(tài)、泥沙淤積分布以及淤積物顆粒組成等進(jìn)行了分析。分析結(jié)果表明：截至2020年10月，紫坪鋪水庫淤積總量為1.952億m 攔沙庫容淤損87.1%，其中干流淤積量為1.843億m3、支流淤積量為0.109億m3;受2008年汶川地震影響，該水庫年均淤積量由地震前的0.088億m3增大至地震后的0.137億m 嚴(yán)重影響了水庫的功能和壽命;淤積泥沙的95.0%集中在距壩16.32 km的M31斷面以下庫區(qū)，淤積泥沙的85.1%分布在850 m高程以下庫區(qū);淤積物中黏粒、粉細(xì)沙、中粗沙及卵石分別占淤積物總量的19.5%、73.0%、7.5%。建議盡快實(shí)施人工清淤疏浚，以恢復(fù)水庫攔沙庫容。
關(guān)鍵詞：泥沙淤積;堰塞體;淤積形態(tài);顆粒級(jí)配;紫坪鋪水庫
中圖分類號(hào)： TV145+.1;TV697.2+2
文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.11.028
引用格式：由麗華，李洪，李昆鵬，等.紫坪鋪水庫運(yùn)用以來泥沙淤積特征分析[J].人民黃河，2021，43（11）：147-149，158.
Analysis of Sedimentation Characteristics of Zipingpu Reservoir Since Its Operation
YOU Lihua1， LI Hong1， LI Kunpeng2， ?GUO Xiuji2，3
（1.Sichuan Zipingpu Development Co.， Ltd.， Chengdu 610091， China;
2.Yellow River Institute of Hydraulic Research， Zhengzhou 45000 ?China;
3.Henan Provincial Engineering Research Center of Reservoir-Lake Function Restoring and Maintaining， Zhengzhou 45000 ?China）
Abstract： Zipingpu Reservoir is the most important source of water regulation in Dujiangyanirrigation area and Chengdu City， and the most important source of support for Chengdu City. In order to fully grasp the current status of sedimentation， based on field investigations， large-section observation data and year-by-year water level observation data in the reservoir area， it analyzed the operation mode of the reservoir since its operation， the silt deposition form， the distribution of silt deposition and the composition of silt. The analysis results show that as of October 2020， the total amount of siltation in Zipingpu Reservoir is 195.2 million m ?and the sediment retention loss of storage capacity is 87.1%， of which， the siltation volume of the main stream is 184.3 million m3 and the siltation volume of tributaries is 10.9 million m3; Influenced by the Wenchuan earthquake， the average annual siltation volume of the reservoir is increased from 8.8 million m3 before the earthquake to 13.37 million m3 after the earthquake， which seriously affects the function and life of the reservoir; 95.0% of the siltation is concentrated on the M31 section which is 16.32 km away from the dam. 85.1% of the sediment is deposited in the reservoir area below the elevation of 850 m; clay， silt and fine sand， medium-coarse sand and pebbles in the silt account for 19.5%， 73.0% and 7.5% of the total silt respectively. It is recommended that manual dredging should be implemented as soon as possible to restore the reservoirs sediment holding capacity.
Key words： sedimentation; dam body; siltation morphology; particle gradation; Zipingpu Reservoir
紫坪鋪水庫位于距成都市約60 km的岷江上游，控制流域面積2.26萬km2，總庫容11.12億m 其中攔沙庫容2.24億m 于2005年9月下閘蓄水，具有不完全年調(diào)節(jié)功能，其開發(fā)任務(wù)以灌溉和供水為主，兼顧防洪、發(fā)電、環(huán)境保護(hù)等綜合利用，截至2020年年底累計(jì)發(fā)電468.51億kw·h、向下游供水2 121.58億m 成為都江堰灌區(qū)和成都市最重要的調(diào)節(jié)水源、成都市最重要的支撐電源。截至2020年10月，紫坪鋪水庫庫區(qū)淤積量達(dá)1.952億m 攔沙庫容淤損87.1%。為了全面掌握紫坪鋪水庫泥沙淤積現(xiàn)狀，提高其減淤效果、延長攔沙壽命，筆者基于庫區(qū)實(shí)地調(diào)研、大斷面觀測資料和逐年水位觀測資料等，對其淤積情況進(jìn)行了分析。
1 水庫調(diào)度方式與運(yùn)用情況
紫坪鋪水庫調(diào)度運(yùn)用目標(biāo)是，在確保工程運(yùn)行安全的前提下充分利用水庫調(diào)節(jié)性能削峰、錯(cuò)峰，以滿足下游地區(qū)用水需要并盡量多發(fā)電。具體調(diào)度方式如下：①蓄水期（9—11月），庫水位控制在汛期限制水位850.00 m與正常蓄水位877.00 m之間，蓄水期末庫水位控制在正常蓄水位877.00 m;②供水期（12月—次年5月），庫水位控制在正常蓄水位877.00 m與死水位817.00 m之間，5月中下旬除按照水庫綜合用水調(diào)度圖供水外多余水量蓄在庫內(nèi)，5月末庫水位可不降至死水位817.00 m;③主汛期（6—9月），在滿足下游綜合用水條件下庫水位保持在850.00 m以下，加強(qiáng)洪水入庫期間泥沙監(jiān)測，積極實(shí)施泥沙調(diào)度以避免淤積有效庫容。
紫坪鋪水庫蓄水運(yùn)用后經(jīng)受了2008年“5·12”汶川地震的影響：地震造成庫區(qū)左岸山體滑坡并形成巨大的堰塞體;地震發(fā)生后至2008年5月末，為保證大壩安全和至映秀鎮(zhèn)的水上生命救援通道暢通，維持水位在830 m附近運(yùn)行;至2008年8月，大壩面板和止水系統(tǒng)修復(fù)工作基本結(jié)束后，水位恢復(fù)至汛限水位850.00 m[1]。2008—2011年一直保持低水位運(yùn)行，2012年以后轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行，水庫最高運(yùn)用水位為877.35 m，水庫最低運(yùn)用水位為817.60 m，壩前平均水位為851.82 m。歷年運(yùn)用水位變化情況見圖1。
2 庫區(qū)淤積狀態(tài)分析
2.1 庫區(qū)淤積形態(tài)
（1）干流淤積形態(tài)。紫坪鋪水庫庫區(qū)干流淤積整體呈平鋪抬升狀態(tài)，但2008年“5·12”汶川地震造成庫區(qū)M13斷面左岸山體滑坡，使大量泥石堆積在M11—M14庫段（距壩5.8～7.2 km），形成了猶如攔沙壩的巨大堰塞體，堰塞體所在的M13斷面最低點(diǎn)高程由地震前的774.92 m抬升到地震后的808.76 m，堰塞體高度達(dá)33.84 m，堰塞體上游（M13—M21庫段）成為堰塞湖，因而改變了庫區(qū)干流泥沙自然淤積形態(tài)（見圖2，圖中+M11等為庫區(qū)橫斷面編號(hào)及位置）。至2020年10月，距壩3.46 km處的M07斷面不斷平鋪淤積抬高，距壩5.86 km的堰塞體下游M11斷面和距壩7.19 km的堰塞體上游M14斷面抬升較快，庫尾段距壩16.32 km的M31斷面沖淤變化頻繁。未來，堰塞體上游仍會(huì)緩慢淤積抬升，堰塞體下游的淤積抬升速度將加快并影響水庫汛期出庫水流含沙量。
（2）支流淤積形態(tài)。庫區(qū)匯入的支流主要有龍溪河（距壩約3.35 km）、壽溪河（距壩約12.13 km），典型年份庫區(qū)兩支流淤積縱剖面見圖3、圖4（圖中+L01、+S01等為庫區(qū)橫斷面編號(hào)及位置），可以看出庫區(qū)兩支流淤積形態(tài)總體呈錐形。
離紫坪鋪大壩較近的龍溪河于2013年在L03斷面處出現(xiàn)倒坡，主要是L03斷面左岸山體滑坡形成堰塞體所致。壽溪河于2019年汛前在河口段出現(xiàn)倒坡，2019年汛后至2020年倒坡被淤平。從橫斷面淤積發(fā)展趨勢看，兩支流都屬平鋪淤積抬升，未形成明顯的灘和槽。
2.2 淤積量
截至2020年10月，庫區(qū)累計(jì)淤積泥沙1.952億m 年均淤積量為0.129億m3。受強(qiáng)降雨及2008年汶川地震影響，該水庫控制流域的水文特性發(fā)生了較大變化[2]，兩岸山體的完整性和土體的黏結(jié)性受到相當(dāng)程度的破壞，山體覆蓋層穩(wěn)定性降低，泥石流、山體滑坡、塌岸等次生地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生，暴雨使大量泥沙進(jìn)入庫區(qū)，淤積量年際變化較大（見表1）。2008年4月之前年均淤積量為0.088億m 之后年均淤積量增大至0.137億m 嚴(yán)重影響了水庫的功能和壽命。
2.3 泥沙淤積位置分布
（1）泥沙淤積平面分布情況。紫坪鋪水庫處于峽谷地帶，平面形態(tài)狹長彎曲，隨著庫區(qū)淤積及洪水期水庫運(yùn)用方式的變化，泥沙淤積位置不斷發(fā)生改變，總體來講，泥沙主要淤積在干流，支流淤積量相對較小，截至2020年10月庫區(qū)干、支流淤積量分別為1.843億、0.109億m3（見表1），分別占庫區(qū)淤積總量的94%、6%。干流淤積主要集中在M31斷面以下（占干流淤積總量的95.0%），M31斷面以上淤積量較小（見圖5）;在干流M31斷面以下，斷面M23—斷面M26、斷面M11—斷面M13因河道狹窄而淤積量相對較小，大壩—斷面M03淤積量也相對較小。
（2）泥沙淤積垂直分布情況。泥沙淤積垂直分布情況與來沙時(shí)段的運(yùn)用水位密不可分，汛期是主要來水來沙時(shí)段，汛限水位的高低直接影響泥沙淤積分布[3-5]。紫坪鋪水庫受2008年汶川地震影響，2012年以前一直保持低水位運(yùn)行，2012年以后轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行，庫區(qū)泥沙淤積主要集中在850 m高程以下（截至2020年10月850 m高程以下淤積量為1.662億m3），850 m高程以上淤積量較?。ㄒ姳?）。
2.4 淤積泥沙顆粒級(jí)配及沿程變化情況
庫區(qū)淤積泥沙顆粒組成沿程變化與庫區(qū)地形和水庫調(diào)度運(yùn)用方式有關(guān)，受超飽和輸沙狀態(tài)制約，總體變化規(guī)律為沿程細(xì)化[6-7]。截至2020年10月，紫坪鋪水庫累計(jì)淤積泥沙1.952億m 其中黏粒（中值粒徑d50<0.005 mm）約0.381億m3、粉細(xì)沙（0.005 mm
3 結(jié) 論
截至2020年10月，紫坪鋪水庫淤積總量為1.952億m 其中干流淤積量為1.843億m3、支流淤積量為0.109億m 攔沙庫容淤損87.1%;受2008年汶川地震影響，紫坪鋪水庫年均淤積量由地震前的0.088億m3增大至0.137億m 嚴(yán)重影響了水庫的功能和壽命;庫區(qū)干流淤積泥沙的95.0%集中在距壩16.32 km的M31斷面以下，淤積泥沙的85.1%集中在850 m高程以下;紫坪鋪水庫淤積泥沙中，黏粒、粉細(xì)沙、中粗沙及卵石分別占淤積總量的19.5%、73.0%、7.5%。目前，庫區(qū)堰塞體上游已被淤平，未來進(jìn)入壩前的泥沙量將逐年增大，在保證供水安全的前提下，應(yīng)盡快實(shí)施人工清淤疏浚，以恢復(fù)水庫攔沙庫容。
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【責(zé)任編輯 張智民】
