史 磊，王秀清

(哈爾濱市水文水資源勘測總站，哈爾濱150001)

大頂子山庫區(qū)泥沙淤積動態(tài)分析

史 磊，王秀清

(哈爾濱市水文水資源勘測總站，哈爾濱150001)

松花江大頂子山航電樞紐運行后，改變了原松花江哈爾濱段天然河流的屬性，受大壩回水的影響形成了長約160 km的庫區(qū)。文章采用水下地形測量數據及水文監(jiān)測數據，闡述了工程對水文情勢的影響，對泥沙淤積進行了動態(tài)分析。

庫區(qū);水文情勢;泥沙淤積;水位;流量;動態(tài)分析

0 前言

大頂子山航電樞紐工程位于松花江干流呼蘭河匯合口下游46 km處，2007年蓄水試運行。隨著蓄水量的加大至正常蓄水位116 m時，樞紐上游枯水期最大壅水高度可達4 m，回水區(qū)段長約160 km。松花江哈爾濱段由天然河流變成了庫區(qū)河段，其流速流態(tài)較修建工程前將發(fā)生變化，以下對大頂子山庫區(qū)泥河淤積進行動態(tài)分析。

1 工程對水文情勢的影響

工程對水文情勢的影響包括:對水位的影響、對水位流量關系的影響、對懸移質泥沙斷面含沙量及斷面輸沙率的影響和對河床質顆粒粒徑和顆粒級配的影響。

1.1 對水位的影響

隨著蓄水量的加大至正常蓄水位116 m時，樞紐上游枯水期最大壅水高度可達4 m。工程控制的水位較天然水位高，對上游洪水位也會產生抬高的影響。

1.2 對水位流量關系的影響

以老頭灣站為例，根據老頭灣站建庫前10 a水位流量資料與2007年大頂子山航電樞紐初步蓄水后實測水位流量相比較，發(fā)現(xiàn)建庫后同流量水位抬高近1 m、同水位流量比建庫前減少超過50%。見圖1、表1。

圖1 建庫前水位流量相關線圖

表1 建庫前后水位流量數據相關表

1.3 對懸移質泥沙斷面含沙量及斷面輸沙率的影響

采用2003年作為典型年、相應實測水位，將建庫前后的懸移質含沙量和斷面平均輸沙率進行比較發(fā)現(xiàn):建庫前的懸移質含沙量和斷面平均輸沙率要遠遠大于建庫后的懸移質含沙量和斷面平均輸沙率，比值達到5倍左右。

可見大頂子山航電樞紐建成后，懸移質含沙量和斷面平均輸沙率變小，河流挾沙能力降低，泥沙產生淤積，見表2。

表2 建庫前后斷面含沙量和斷面輸沙率變化表

1.4 對河床質顆粒粒徑和顆粒級配的影響

建庫前老頭灣斷面河床質顆粒平均粒徑在0.1～0.3 mm左右，建庫后老頭灣斷面河床質顆粒平均粒徑除一條垂線顆粒平均粒徑為0.3 mm以外，其他垂線顆粒平均粒徑均在0.1 mm以下，河床質大部分為淤泥。

河床質實測資料證明，建庫后松花江哈爾濱城區(qū)段挾沙能力降低，大量懸移質泥沙淤積沉降至河底，變成河床質，河床質顆粒級配出現(xiàn)顯著變化，河床質泥沙粒徑減小，河床質細化。

2 庫區(qū)泥沙淤積現(xiàn)狀(采用2011—2012年實測水下地形數據)

2.1 縱斷面的淤積特點

蓄水后由于壩前河段水力要素的變化，河床淤積明顯，已形成累積型的淤積帶。2011年與2012年實測深泓縱斷面圖(全長132.5 km)對比分析，淤積平均厚度達到0.11 m。呼蘭河口沖刷區(qū)及采沙區(qū)合計長度 23.7 km2，平均沖刷 3.81 m，這個數據是自然沖刷和人為挖沙共同結果，自采沙區(qū)邊界向上游有67.3 km江段沖淤交替。

帶狀淤積主要表現(xiàn)在壩前段，自壩址向上游41.5 km河床全面處于淤積狀態(tài)。該段屬于常年回水區(qū)，受壩前壅水影響，水深大、流速緩、水流挾沙能力弱，泥沙多集中在此段淤積。由于水庫的調節(jié)運用，水位變化具有周期性，水流條件也發(fā)生相應的變化。

當庫水位較高時，回水末端位居上游，較粗泥沙便開始在此淤積;當庫水位下降后，回水末端向下游移動，原來高水位淤積的泥沙被沖到下游，并在下游回水末端處淤積，這樣便形成比較均勻的帶狀淤積。

2.2 橫斷面的沖淤變化情況

在庫區(qū)實測淤積斷面資料中，選擇6個典型斷面進行比較，分別是 4#、8#、14#、18#、23#和 32#。

1)4#斷面(距壩址16 km)位于壩址前第一個大彎道處，平均淤積厚度0.38 m。

2)8#斷面(距壩址27.2 km)位于較大的河谷處，深弘線明顯走低，平均淤積厚度0.20 m。

3)14#斷面(距壩址65 km)位于兩條岔道匯流處前約3 km處，平均淤積厚度0.37 m。

4)18#斷面(距壩址78.5 km)位于半圓狀彎曲河道處，平均淤積厚度-2.08 m。

5)23#斷面(距壩址97.7 km)位于橢圓狀彎曲河道處，兩個河谷之間，平均淤積厚度0.64 m。

6)32#斷面(距壩址117.5 km)位于半圓狀彎曲河道處，平均淤積厚度-0.13 m。

從以上監(jiān)測數據對比看，有2個斷面是沖刷狀態(tài)即18#和32#，18#斷面位置在陽明灘處，南岸有丁字壩挑流，北岸有大橋工程所修的棧道，均對此處的沖刷產生重要影響，沖刷年平均厚度2.08 m。32#斷面距壩址較遠，受工程影響較小，接近天然狀態(tài)，自然的變遷會有小量的沖刷。其余4個斷面都處于淤積狀態(tài)，厚度各不相同。典型橫斷面對比總的情況是庫區(qū)內雖有沖有淤，但淤積遠大于沖刷，整體呈現(xiàn)為累積性淤積。

2.3 灘涂、崩岸變化

2.3.1 青年宮淺灘

從2011年與2012年青年宮淺灘河底高程數據對比上看出2012年有小量沖刷，平均沖刷厚度0.11 m。(主要原因是該處正在修建高鐵橋)。

2.3.2 四方臺—水源右岸崩岸江段

該江段長度約2.2 km，2012年崩岸繼續(xù)發(fā)展，2011與2012年實測水邊進行比較，平均崩岸寬度7.45 m。

3 淤積成因分析

淤積成因有以下4點:

1)水庫蓄水后，由于水深加大，流速變緩，水流挾沙能力減弱，懸移質泥沙大量落淤［1］。

2)由于涉水工程逐年增加變化較大，庫區(qū)水文要素受其影響發(fā)生變化，相應也會產生淤積。

3)汛期排沙也僅沖刷河槽中的淤沙，大量灘地淤沙難以被水流沖走，造成累積性淤積。

4)庫區(qū)江段上游植被遭到破壞，導致水土流失，使其進入庫區(qū)也會產生淤積。

水庫泥沙淤積分布是比較復雜的問題，其影響因素較多，有壩前水位及其變化，庫容大小，水庫地形，來水來沙過程、數量以及泥沙顆粒級配組成等［2］。而以壩前水位的變化和庫容的大小與庫區(qū)地形為主要影響因素。

4 水庫淤積的危害及防治措施

4.1 水庫淤積的危害

在水庫上游河道，淤積抬高河床，使河道水位升高，坡降和流速減小，河槽過水能力降低，增加了防洪困難。

水位抬高還會引起兩岸地下水位升高，導致土地鹽漬化。在庫區(qū)淤積減少有效庫容，影響水庫調節(jié)性能和建筑物正常運用。

4.2 水庫淤積防治

有水力排沙、水力沖刷和機械清淤3類。水力排沙根據水庫來沙集中在汛期的特點，采用汛期降低庫水位(或泄空)，使懸移質泥沙的主要部分通過庫區(qū)時來不及沉積排出，也可采用汛來水庫蓄水，將泥沙以重流形式排出庫外。這類方法稱為蓄清排渾法。

水力沖刷法分為汛前泄空沖刷、低水位沖刷和定期降低水位水力沖刷法(一年內1～2次或多年1次)等。

機械清淤，有利用水庫水頭差作為排沙能源和利用外加能源法2大類:

1)前者常利用水庫上下游水位差，根據虹吸原理，用浮動軟管將建筑物前淤積物排泄出庫。

2)后者用挖泥船或泥漿泵等機械清淤，只適合于水資源特別寶貴的水庫。

5 大頂子山庫區(qū)沖淤量的年際變化

2008—2012年庫區(qū)的泥沙淤積量分別是:

2008年淤積量72.4×104t;2009年淤積量88.0×104t;2010年淤積量44.0×104t;2011年淤積量329×104t;2012年淤積量146×104t;累淤積量679×104t。大頂子山水庫淤積量的年際變化見表3。

表3 大頂子山水庫淤積量的年際變化表

由表3看出，排沙比還在變化之中，庫區(qū)的泥沙淤積仍在發(fā)展變化，還沒有達到淤積平衡狀態(tài)。

6 結論

大頂子山航電樞紐工程的修建，使松花江哈爾濱段水文情勢發(fā)生了顯著改變。蓄水后使水位抬高、水深加大、流速變緩、水流挾沙能力減弱，懸移質泥沙大量落淤，導致庫區(qū)泥沙淤積。這種淤積在較長的時期內是累積性的，會逐年疊加，直到進出庫泥沙達到基本平衡。

不同的庫段雖有沖有淤，但總的趨勢是淤積，從建庫前后水下地形測量數據對比分析總體趨勢為累積性淤積，縱斷面為具有一定厚度的帶狀縱斷面形態(tài)，淤積趨勢逐漸向上延伸。

泥沙淤積可能產生的后果有:

1)降低現(xiàn)有堤壩的防洪能力及水庫的運行效益，影響生態(tài)環(huán)境，減少庫容，縮短水庫的使用壽命。

2)水庫的泥沙淤積污染環(huán)境、影響生態(tài)平衡、增加洪水傳播時間、加大防洪壓力。

［1］劉鳳岳.龍口港航道泥沙淤積狀況及其動態(tài)分析［J］.海岸工程，1994(01):20-23.

［2］胡興娥，李云中，李明超.三峽水庫135m運行階段永久船閘下引航道泥沙淤積分析［J］.水科學進展，2008(01):03-09.

Sedimentation Dynamic Analysis in Dadingzishan Reservoir

SHI Lei and WANG Xiu-qing
(Harbin City Hydrology ＆ Water Resources Survey General Station，Harbin 150001，China)

After the construction of Dadingzishan Navigation Power Junction on Songhuajiang River，the natural characteristic of the river on Harbin section was changed，forming 160 km backwater reservoir area influenced by the dam.The underwater topographic survey data and hydrological monitoring data are used in the paper，the dynamic influence of the project on hydrological regime and sediment are analyzed.

reservoir area;hydrological regime;sediment;water level;dynamic analysis

TV14

A

1007-7596(2014)05-0001-03

2013-11-29

史磊(1986-)，男，吉林扶余人，助理工程師;王秀清(1960-)，女，山東費縣人，高級工程師。