范朝輝，沈富遠(yuǎn)

（1.阜新市水利局，遼寧 阜新 123000；2.遼寧省鬧德海水庫(kù)管理局，遼寧 阜新 123000）

1 概況

鬧德海水庫(kù)是位于柳河中上游的控制性工程，是一座防洪、灌溉，城市供水綜合利用水庫(kù)，充分利用庫(kù)區(qū)水資源，延長(zhǎng)汛期前后6，9兩月份蓄水期，可大大增加城市供水量。從水庫(kù)多年運(yùn)用情況及庫(kù)區(qū)實(shí)測(cè)水、沙資料分析，洪水期中小洪水庫(kù)區(qū)以沖刷為主，平水期略有淤積；大洪水導(dǎo)致庫(kù)區(qū)嚴(yán)重淤積，但經(jīng)多年中小洪水的沖刷才能使被淤積的庫(kù)容逐年恢復(fù)。溢流堰頂高程以下庫(kù)容基本保持0.4～0.5×108m3，由此可見沖淤變化基本保持相對(duì)平衡。通過(guò)對(duì)入（出）庫(kù)水、沙進(jìn)行分析計(jì)算，研究庫(kù)區(qū)輸沙能力，進(jìn)而推求庫(kù)區(qū)沖淤變化和淤積部位，為延長(zhǎng)水庫(kù)蓄水期的可行性提供可靠性依據(jù)。

2 庫(kù)區(qū)輸沙能力的計(jì)算

2.1 計(jì)算方法

水庫(kù)庫(kù)區(qū)沖淤變化是受上游河道輸沙能力影響，針對(duì)鬧德海水庫(kù)運(yùn)用情況，依據(jù)水庫(kù)實(shí)測(cè)水、沙資料分析庫(kù)區(qū)河道沖淤及水流的輸沙特性，推求庫(kù)區(qū)不同斷面的水流輸沙能力和相應(yīng)的沖淤量。

水流輸沙能力公式：

式中：Qs——計(jì)算輸沙率，t/s；r'——計(jì)算河段庫(kù)區(qū)渾水容重，t/m3，其中 r'=1+S/2700（S為含沙量，kg/m3)；Q——計(jì)算河段入庫(kù)流量，m3/s；J——計(jì)算河段段長(zhǎng)水面比降，%；k，n——為待定系數(shù)。

2.2 推求庫(kù)區(qū)輸沙能力

鬧德海水庫(kù)控制流域面積4051 km2，上游3條支流即：扣河子、烏根稿河、養(yǎng)蓄牧河，分別設(shè)有水文測(cè)站，設(shè)有67個(gè)泥沙觀測(cè)橫斷面，設(shè)3個(gè)同步水位觀測(cè)站。分四段進(jìn)行計(jì)算，即：壩址～王家店距離4593 m；王家店～北大溝距離6615 m；北大溝～壕外距離1195 m；壕外～石門子距離6985 m。

建立公式的資料選用1979—1989年汛期（6—9月）入庫(kù)日平均流量、輸沙率及庫(kù)區(qū)長(zhǎng)河段日平均水面比降，建立Qs～r＇QJ相關(guān)關(guān)系，推求其庫(kù)區(qū)逐斷面水流輸沙能力經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。

1）壕外站（C16）斷面的水流輸沙能力

壕外水位站距扣河子河與烏根稿河匯流處3175 m，因?yàn)醺搴幼詤R合口處至白廟子水文站實(shí)測(cè)的水、沙沿程變化很小，且區(qū)間無(wú)支流匯入，所以求算壕外站斷面的水流輸沙能力以扣河子的來(lái)水來(lái)沙為主，選用相應(yīng)河流上石門子站實(shí)測(cè)日平均流量（Q石）、輸沙率（Qs石）與白廟子站實(shí)測(cè)日平均流量（Q白）、輸沙率（Qs白）兩水文站流量和 Qs（石+白）、輸沙率之和 Qs（石+白）、S1=Q（石+白）/Qs（石+白）作為計(jì)算河段入口水、沙數(shù)據(jù)。計(jì)算河段渾水容重r1'=1+S1/2700、Q（石+白）及石門子站至壕外站河段的日平均水面比降 J1來(lái)計(jì)算其水流輸沙能力 r1'Q（石+白）J1，與入口輸沙率建立 Qs（石+白）～r1'Q（石+白）J1相關(guān)關(guān)系。

其經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為：

相關(guān)系數(shù)為0.94。

2）北大溝站（C9）斷面水流輸沙能力

北大溝斷面距扣河子河與養(yǎng)蓄牧河匯流處2965 m，距壕外水位站11955 m；求算北大溝站斷面的輸沙能力可以不考慮養(yǎng)蓄牧河的來(lái)水來(lái)沙；由于壕外至北大溝河段既是柳河干流又是水庫(kù)蓄水庫(kù)區(qū)，含沙量在此河段的沿程變化不能忽視；因此選用壕外斷面計(jì)算的輸沙能力Qs（壕）、石門子與白廟子兩水文站的流量之和Q（石+白）、S2=Qs（壕）/Q（石+白）作為計(jì)算河段的入口水、沙數(shù)據(jù)。計(jì)算河段渾水容重 r2'=1+S2/2700、Q（石+白）及壕外站至北大溝站河段的日平均水面比降J2來(lái)計(jì)算其水流輸沙能力（r2'Q（石+白）J2）與入口壕外斷面的輸沙率建立 Qs（壕）～r2'Q（石+白）J2相關(guān)關(guān)系。

因在推求壕外至北大溝河段的輸沙能力時(shí)未考慮養(yǎng)蓄牧河來(lái)沙的影響，因此求算北大溝斷面的輸沙率應(yīng)加上三家子站的輸沙率作為北大溝斷面的輸沙能力。

其經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為：

相關(guān)系數(shù)為0.99。

3）王家店站（C5）斷面水流輸沙能力

王家店水位站距北大溝斷面6615 m、距壩址4953 m，當(dāng)水庫(kù)自1995—1997年低水位延長(zhǎng)6，9兩月份蓄水期，水位控制在176～169 m范圍內(nèi)，因壅水產(chǎn)生的淤積大都在北大溝站斷面至王家店站斷面之間，此河段的區(qū)間入流比較小且沒有實(shí)測(cè)資料故未考慮其影響；求算王家店站斷面的輸沙能力，選用北大溝站斷面的輸沙能力Qs（北）、入庫(kù)三站和流量（Q（石+白+三）=Q石+Q白+Q三）Q（石+白+三）、S3=Qs（北）/Q（石+白+三）作為計(jì)算河段的入口水、沙數(shù)據(jù)。計(jì)算河段渾水容重 r3'=1+S3/2700、Q（石+白+三）及北大溝站斷面至王家店站斷面河段的日平均水面比降J3來(lái)計(jì)算其水流輸沙能力 r3'Q（石+白+三）J3，與北大溝斷的輸沙能力建立 Qs（北）～r3'Q（石+白+三）J3相關(guān)關(guān)系。

其經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為：

相關(guān)系數(shù)為0.90。

4）出庫(kù)水流輸沙能力

a）王家店斷面至壩址河段沒有區(qū)間入流，大都是巖石峽谷段，故沖淤變化很??；求算本河段的輸沙能力是根據(jù)王家店站斷面的水流輸沙能力Qs（王）、入庫(kù)三站和流量 Q（石+白+三）、含沙量 S4=Qs（王）/Q（石+白+三）作為計(jì)算河段的入口水、沙數(shù)據(jù)。計(jì)算河段渾水容重 r4′=1+S4/2700、Q（石+白+三）及王家店站至壩址河段的日平均水面比降J4來(lái)計(jì)算其水流輸沙能力r4'Q（石+白+三）J4，與王家店站斷面的水流輸沙能力建立 Qs（王）～r4'Q（石+白+三）J4壩相關(guān)關(guān)系。

其經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為：

相關(guān)系數(shù)為0.99。

b）由于水庫(kù)壩址至C4斷面為巖石陡坡峽谷段歷年不沖不淤，C4～C5斷面河段基本不沖不淤，因此可由北大溝斷面直接計(jì)算出庫(kù)輸沙能力。此河段的區(qū)間入流亦不考慮，根據(jù)北大溝站斷面的水流輸沙能力 Qs（北）、入庫(kù)三站和流量 Q（石+白+三）、含沙量S3=Qs（北）/Q（石+白+三）作為計(jì)算河段入口水、沙數(shù)據(jù)。計(jì)算河段渾水容重 r5′=1+S5/2700、Q（石+白+三）及北大溝站斷面至壩址處河段的水面比降J5來(lái)計(jì)算其水流輸沙能力 r3'Q（石+白+三）J5，與北大溝斷面的水流輸水能力建立 Qs（北）～r3′Q（石+白+三）J5相關(guān)關(guān)系。

其經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為：

相關(guān)系數(shù)為0.91。

2.3 驗(yàn)證計(jì)算

選用1990—1996年汛期（6—9月）為驗(yàn)證系列。方法 1，采用公式（2）、（3）、（4）、（5）計(jì)算出庫(kù)沙量；方法 2，采用公式：（2）、（3）、（6）計(jì)算出庫(kù)沙量，其精度見表1。選用方法1：實(shí)測(cè)出庫(kù)輸沙率與計(jì)算出庫(kù)輸沙率的差值，庫(kù)區(qū)實(shí)測(cè)沖淤量與計(jì)算沖淤量。

表1 計(jì)算庫(kù)區(qū)輸沙量精度

表1中沒有實(shí)測(cè)水面比降的未列入計(jì)算。由此可見，采用方法1或方法2所推求的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式計(jì)算的出庫(kù)輸沙量其精度是符合要求的。

3 結(jié)語(yǔ)

1）運(yùn)用水流輸沙基本理論，建立 Qs～r＇QJ經(jīng)驗(yàn)公式，基本符合鬧德海水庫(kù)泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律，經(jīng)計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)資料對(duì)比，精度在10%以內(nèi)，相關(guān)系數(shù)在0.9以上，可以滿足水庫(kù)泥沙沖淤。

2）依據(jù)鬧德海水庫(kù)實(shí)測(cè)水、沙資料推求出庫(kù)區(qū)3個(gè)斷面及壩址處的輸沙能力經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，在推求經(jīng)驗(yàn)公式時(shí)沒有考慮入庫(kù)高含沙水流或異重流的情況。因無(wú)高含沙水流實(shí)測(cè)資料和缺少顆分資料。