陕南山区中小水库排沙运用(黄华忻 赵克玉)

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陕南山区中小水库排沙运用水利论文u`X5u'f$e

黄华忻1赵克玉2
(1.陕西省商州市水利局2.西北水利科学研究所)

摘要:陕南山区中小型水库泥沙淤积问题日益严重,兴利效益降低。通过多年来对陕南商州市南秦水库和二龙山水库的排沙观测及试验研究表明,利用异重流、浑水水库排泄悬移质泥沙,可以减缓水库淤积,而且排沙耗水少,对以悬移质来沙为主的水库,效果尤为显著,定期泄空冲刷,可以恢复水库已淤库容,使水库保持一定有效库容长期使用,泄空时机一般在汛末或汛初。

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关键词:异重流;泄空冲刷;水库淤积;水库排沙;中小型水库水利论文{;F] bs)L

作者简介:黄华忻 男,陕西省商州市水利局高工。水利论文:HU[ _ Am&]

1 前言

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  陕南山区河流来水来沙有别于北方多沙河流,其特点是,含沙量较低,推移质泥沙占的比例大,水资源丰富。数十年来,在陕南山区河流上修建了众多的中小型水库,这些水库为当地工农业生产带来巨大的促进作用,但随着水库蓄水运用时间的增长,水库淤积问题越来越明显,个别水库甚至面临淤满报废的危险。所以对水库排沙运用的要求越来越高。多年来我们在陕南商州市南秦水库和二龙山水库开展了长期的不同形式的水库排沙运用,积累了较丰富的经验,对陕南乃至全国山区中小型水库排沙运用具有重要的推广和参考意义。水利论文kv5\PR

2 南秦水库排沙运用

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  南秦水库位于南秦河中下游,距商州市9km,主河长44km。水库总库容1019万m3,其中有效库容490万m3。库区原河床平均比降6.4‰,控制流域面积453km2。水库库区平均宽度仅140m,属于典型的山区河道型水库。水库于1974年5月建成,1977年开始蓄水运用。坝高29m,水库左坝肩设泄洪排沙隧洞,洞径2.5m,进口底坎高程98m(原河床高程95m),平洞流量14m3/s,最大泄量110m3/s。水库多年平均来水量1.62亿m3,平均流量5.14m3/s,常流量1m3/s。多年平均悬移质输沙量53.3万t,根据库区淤积物分析,推悬比为1∶1。汛期6~9月水量和沙量分别占全年的55.4%和92.9%,入库最大含沙量达200kg/m3。南秦水库运行到1979年,库区淤积泥沙121万m3,到1983年,淤积泥沙299万m3,1982年以前库水位较低,平均在110m左右,淤积形态为锥体,有效库容淤损52%,预计水库寿命将在2000年前告终。为了恢复有效库容,延长水库使用寿命,于1984年汛末进行了水库泄空排沙试验,冲走原淤积泥沙100万m3,使库容恢复到1980年水平。通过泄空冲刷,形成了一条延伸至库尾的主槽,近坝段冲刷主槽边岸直立,以大块坍塌的形式向两岸展宽。实践证明泄空排沙效果显著[1,2]。1992年水库淤积量又回升到367万m3。该时期库水位一般在114~116m之间,水库淤积具有三角洲和锥体双重淤积形态。1993年水库再度泄空冲刷,冲走淤积物118万m3,在距坝1.8km以内形成明显的主槽,主槽宽度达到100m左右,滩槽差在4~6m之间。通过1994年淤积测量,部分河段冲刷主槽已发展到两岸,淤积泥沙基本上已全部排出库外,但也有部分河段在岸边留有死滩,这是由于冲刷期来水量偏少,属于枯水年,主汛期平均来流量没有超过5m3/s,最大流量为70m3/s,且次数少历时短。实践证明排沙量与来水量成正比,来水量愈大排沙效益愈好。图1为不同时期库区淤积纵剖面,图2为横断面冲淤形态。水库冲刷时,出库泥沙中有大量的10~50mm的卵石,是库区中部和尾部的推移质淤积物。泄空冲刷使床沙粗化,冲刷后滩槽的床沙组成有非常大的差别,见表1。

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图1 库区淤积纵剖面图
m%t m5c aLY#Ez/S0Profiles of deposited bed
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图2 横断面1+100水利论文0Z%FH@(Kn
SCross section 1+100

  南秦水库除采用泄空冲刷外,多年来坚持汛期异重流排沙,平均约排泄40%的入库悬移质泥沙。通过以上两种形式的排沙,南秦水库可以保持70%的库容长期使用。水利论文2S{Nz/ZH"o+l(OS

表1 南秦水库库区床沙组成百分数(粒径单位:mm)
Bed Load composition of Nanqing Reservoir

断面位置d>7575<d>5050<d>2020<d>1010<d>55<d>22<d>1d<1

P1滩面100
冲槽2.42.26.218.071.2
P3滩面2.098.0
冲槽2.04.26.824.662.4
P5滩面4.096.0
冲槽11.013.413.524.537.6
P6滩面0.49.690.0
冲槽15.122.222.07.52.810.020.4
P7滩面1.02.512.084.5
冲槽16.725.613.89.86.39.518.3
P8滩面0.51.251.2510.087.0
冲槽28.011.713.67.94.75.711.516.9
P9滩面14.211.210.36.65.915.136.7
冲槽32.010.031.06.76.12.63.77.9

3 二龙山水库排沙运用[3,4]

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  二龙山水库位于丹江上游,距商州市约5km,水库总库容8100万m3,有效库容3800万m3,是一座以防洪、发电为主,兼有灌溉、养鱼等综合利用的中型水库,水库于1975年正式蓄水运用。库区原河床比降3.7‰,流域内有麻街河(丹江干流)和板桥河支流。麻街河长43km,设有麻街水文站,控制流域面积326km2。板桥河长48km,设有板桥水文站,控制流域面积493km2。水库总集水面积965km2。坝址原河床高程708m,大坝坝顶高程771.7m,溢流坝坝顶高程765m,最大泄量1390m3/s,发电引水隧洞直径4m,进口底坎高程740m,电站总装机3×1250kw。泄洪排沙底洞断面尺寸2m×2.8m,进口底坎高程723.75m,最大泄量133m3/s。水库回水长度11km。水利论文 y8E&S Pt"B&^f

  水库运用以来,按1975~1990年水文资料统计,多年平均入库径流量2.13亿m3,平均流量6.75m3/s。多年平均悬移质输沙量71万t,推移质输沙估算量为15万t,推悬比约为1∶5,入库推移质以粗沙为主。6月下旬至8月份多暴雨,洪水陡涨陡落,是主要的产沙期。特别是每年开始一两场洪水含沙量较大。9~10月来水量大峰小,含沙量小。水利论文({2mm2r"PEQ

  二龙山水库入库洪水含沙量一般不超过100kg/m3,在回水末端容易产生分选淤积,形成三角洲淤积形态,一部分较细颗粒的泥沙以异重流形式流达坝前,形成浑水水库,为锥体淤积形态,所以,二龙山水库的淤积表现为三角洲和锥体混合淤积形态。由于运用库水位不同,三角洲的位置也随之相应变化,并且,高水位运用时形成的三角洲淤积体,在后期低水位运用时被冲刷下移,形成新的三角洲淤积体。水利论文,`4B A;})rl)yb

  二龙山水库从建库到1986年4月,淤积泥沙754万m3,其中有效库容淤积348万m3,死库容淤积393万m3。为了减少有效库容的淤积,从1986年开始运用水位有所降低,汛期限制水位逐步由原来的762.5m降低到760m,到1990年10月,平均运用水位756.8m,淤积部位随之降低,并且753m高程以上普遍发生冲刷,形成30~50m的冲刷主槽,最大冲深达到3m多,冲刷的泥沙堆积在753m高程之下,该时期淤积的142万m3泥沙,主要淤在死库容内。这说明二龙山水库一旦泄空冲刷,冲刷效果将是非常理想的。

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  二龙山水库按照蓄清排浑运用方式,汛期利用异重流、浑水水库进行排沙,有效地减缓了水库的淤积。1991年汛期,西北水科所专家在二龙山水库进行排沙试验,7月26日晚发生当年第一诚大洪水,板桥站最大流量48.4m3/s,最大含沙量40.2kg/m3,两河入库总水量110.5万m3,总沙量1.04万t,平均含沙量9.4kg/m3,形成异重流。由于采用异重流报警器报警,水库及时排沙,历时3小时,测得出库最大含沙量127kg/m3,平均含沙量81.3kg/m3,为入库平均含沙量的8.65倍,排沙耗水量17.8万m3,排沙量1.45万t,排水比仅为16.1%,排沙比却高达139%。这说明二龙山水库利用异重流、浑水水库排沙,效果是非常显著的,可以减缓水库淤积,减少泄空冲刷次数,有利于水库效益的发挥。水利论文6n^ZdE

4 泄空冲刷时机

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  泄空时机原则上应选择在对兴利影响最小、排沙效果最大的时候。春汛泄空排沙效果较好,但影响后期用水。汛初泄空对兴利影响小,排沙效果也好,是泄空排沙的一个有利时机,但对卵石推移质为主的河流,遇大洪水会将大量卵石带入库内,形成抗冲层。汛期洪水峰高、量小、历时短,冲刷效果也不理想。汛期末洪水峰小、量大、历时长,有利于泄空冲刷,是排沙的一个有利时机,但有时会影响后期蓄水,要选择秋雨多的年份泄空冲刷。只要排沙时机选择的好,排沙历时就不需要太长。南秦水库1984年汛末4天冲刷了72万t泥沙,约为年平均淤积量的2.5倍。水利论文"E/`4n ^Zi%r6R

5 结语

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  南秦水库和二龙山水库同在陕南商州市境内,都是防洪、发电、灌溉、养鱼的综合利用水库。二龙山水库推移质来沙相对较少,排沙任务以悬移质为主,可充分利用异重流、浑水水库排沙,降低排沙的水量,减缓水库淤积,必要时进行泄空冲刷。南秦水库推移质来沙量大,推移质泥沙不能靠异重流排除,除异重流排除部分悬移质外,主要靠多年一次的泄空冲刷来恢复库容,使水库保持一定库容长期使用。这两座水库在陕南乃至我国南方山区河流中小型水库中具有很大的代表性,其成功经验具有很大的参考价值。

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参考文献水利论文,d1[!\9@(Z_

[1] 陈景梁,赵克玉。南秦水库排沙运用的研究。泥沙研究,1987,(1).

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[2] 陕西省水利水土保持厅。水库排沙清淤技术。水利电力出版社,1989年。水利论文 [ _ ZW5Q0rX

[3] 王力强,赵克玉。二龙山水库淤积规律的研究。西北水资源与水工程,1993,(4).水利论文)Q TgW1E

[4] 赵克玉,陈义琦等。二龙山水库排沙减淤技术的研究。泥沙研究,1995,(2).水利论文_A Q/W]-U8uL

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