張紅俠，臧巖峰來洪濤

（1.吉林省水利水電工程局，吉林長春130012；2.中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司,吉林 長春 130021）

1 排沙方案研究

蒲石河電站建成后，如長期采用維持正常高不變的運行方式，下水庫的泥沙淤積嚴重，對電站的正常運行產(chǎn)生很大影響，因此，如何減小下水庫泥沙淤積是關(guān)系到蒲石河電站長期安全運行的十分重要的問題。

在電站既定的工程措施條件下，減小水庫泥沙淤積可以通過兩個途徑：一是在水庫上游開展水土保持措施，改善流域產(chǎn)沙條件，減少入庫沙量；二是通過水庫合理的調(diào)度運行方式，改善水流和泥沙的協(xié)調(diào)性，盡可能多的將入庫泥沙排出庫外，同時調(diào)整泥沙在庫區(qū)的淤積分布，使泥沙更多的淤積在死庫容以下。開展水土保持措施工程量和投資額度大、維護管理難度大，電站難以承受其巨大成本。因此，如何尋求一套效果好的排沙運行方案，通過非工程措施解決下水庫有效庫容淤積損失問題，為這次研究的重點。

2 排沙運行方案擬定

2.1 排沙運行條件分析

1）蒲石河流域泥沙主要由暴雨侵蝕地表所致，沙量集中，主要分布在幾場大洪水過程中的幾天內(nèi)，其余絕大部分時間水流含沙量很小；流域輸沙過程與洪水過程相應(yīng)，含沙量過程與流量過程形狀基本一致，沙峰出現(xiàn)時間與洪峰出現(xiàn)時間對應(yīng)關(guān)系好，具備通過洪水調(diào)節(jié)達到調(diào)節(jié)泥沙的優(yōu)良條件。

2）下水庫設(shè)有7孔泄洪排沙閘，電站校核洪水標準洪峰流量為12 400 m3/s，校核洪水位時最大泄量為12 400 m3/s，泄流設(shè)備泄洪能力很大，滿足大壩自身安全運行的要求，從而為水庫靈活的排沙調(diào)度運行方式創(chuàng)造了條件。

3）蒲石河抽水蓄能電站不承擔供水和下游防洪任務(wù)，下水庫調(diào)節(jié)庫容為1 255×104m3，多年平均入庫水量為7.25×108m3，庫容系數(shù)僅為0.017，汛期降低水位運行后，具備很快蓄水，并恢復(fù)到高水位運行的條件，對電站效益影響很小。

4）下水庫壩址以上流域已建有完善的水情自動測報系統(tǒng)，并配有降雨徑流和新安江模型洪水預(yù)報方案，可及時、準確的掌握入庫洪水情況，為汛期大洪水來臨時降低庫水位進行泄洪排沙提供了可能。

綜合以上條件分析，下水庫宜采用非汛期抬高運行水位、汛期降低運行水位的“蓄清排渾”排沙運行方式。

2.2 排沙運行方案擬定

蒲石河抽水蓄能電站下水庫泥沙調(diào)度以保持調(diào)節(jié)庫容為主要目標，根據(jù)流域水沙特性、水庫形態(tài)和調(diào)節(jié)性能等分析，采用按分級流量控制庫水位調(diào)度泥沙方式，即按入庫流量大小分級調(diào)度庫水位，入庫流量小于分級流量時，水庫水位抬高到排沙水位以上直至正常蓄水位運行，讓泥沙在死庫容內(nèi)淤積；當入庫流量大于分級流量時，水庫水位控制在排沙水位運行，將本時段入庫泥沙和前期淤積在死庫容內(nèi)的部分淤積物排出庫外。

按分級流量控制庫水位調(diào)度泥沙，需在合理利用汛期大洪水沖沙，又盡可能不影響水庫正常發(fā)電調(diào)度的條件下，合理制定排沙水位及分級流量。

1）排沙水位。蒲石河抽水蓄能電站，電站最大抽水流量388.2 m3/s，在降低水位運行期間只要保證電站抽水運行時期入庫流量，大于抽水流量即可滿足電站正常運行?？紤]下水庫正常蓄水位66.0 m，死水位62.0 m，正常蓄水位至死水位的變幅僅4.0 m，為提高排沙運行效果，通過砬子溝站實測洪水資料分析，排沙水位選擇死水位62.0 m合理可行，因此排沙水位選擇62.0 m。

2）分級流量。該流域沙量集中，主要分布在幾場大洪水過程中的幾天內(nèi)，且輸沙過程與洪水過程相應(yīng)，其余絕大部分時間水流含沙量很小。在中小水期間降低庫水位運行意義不大且有可能影響電站正常運行。根據(jù)砬子溝站實測洪水資料分析，平均發(fā)生超過500 m3/s的洪水場次，約為每年2次，入庫流量大于500 m3/s時，滿足電站在排沙水位按最大抽水流量運行要求,考慮能合理利用汛期大水沖沙條件，又不影響水庫正常發(fā)電調(diào)度，這次分級流量選擇500 m3/s。

3）非排沙運行期間水位。下水庫考慮冬季結(jié)冰庫容損失問題，在正常蓄水位以下設(shè)置了冰庫容226×104m3。非汛期最高運行水位按正常蓄水位66.0 m運行，汛期非排沙運行期間可不考慮冰庫容，則水庫最高運行水位可降至65.36 m。

4）控制運行方式?？刂茙焖贿M行泥沙調(diào)度應(yīng)在漲洪期間盡快降低至死水位。下水庫正常蓄水位66.0 m，死水位62.0 m，正常蓄水位至死水位間的庫容為1 255×104m3，扣除冰庫容后為1 029×104m3，由正常調(diào)度轉(zhuǎn)入按分級流量控制庫水位，調(diào)度泥沙時需將該部分水量排出庫外以降低庫水位。降水位過快會導(dǎo)致水庫下游人造洪峰過大，易造成下游洪災(zāi)損失。該流域洪水漲洪歷時約為6～12 h，為滿足排沙運行需要，綜合考慮流域水沙特性和盡量平穩(wěn)下泄流量，這次按4 h均勻騰空庫容、逐步降低水位運行方式，騰空庫容區(qū)間加大下游泄量最大為715 m3/s，不會超過下游安全泄量，對沿江兩岸村屯影響不大。

綜上分析，這次按分級流量500 m3/s、排沙水位62.0m擬定排沙運行方案。同時，為分析方案的排沙效果，擬定了三個排沙運行方案進行對比，具體見表1。

2.3 排沙運行方案比較

根據(jù)擬定的下水庫排沙運行方案，以1958—1993年共36年水沙系列為基礎(chǔ)，利用建立的下水庫泥沙沖淤數(shù)學(xué)模型，分別進行不同運行方案運行36年、50年的泥沙沖淤計算，以下水庫泥沙淤積量對比分析各方案的排沙效果。

根據(jù)不同方案泥沙淤積計算成果分析，運行水位高，泥沙淤積量大，運行水位低，泥沙淤積量小，不同方案下水庫淤積量成果，見表2。雖然由于各方案運行水位相差較小，下水庫泥沙總淤積量相差相對不大，但有效庫容內(nèi)的泥沙淤積量相差較大。

表1 下水庫擬定的排沙運行方案表

表2 蒲石河下水庫泥沙淤積量成果表

從表2可以看出，方案Ⅰ泥沙淤積量最大，運行50年總淤積量為1 496×104m3（66.0 m以下），懸移質(zhì)泥沙排沙比為51.8%，有效庫容內(nèi)淤積量為358×104m3，占有效庫容的28.5%。方案Ⅱ汛期運行水位，較方案Ⅰ降低了0.64 m，但庫內(nèi)淤積量沒有顯著改善。方案Ⅲ，采取了汛期大洪水時降低庫水位的運行方式，排沙比增大，水庫淤積量特別是有效庫容內(nèi)淤積量大幅度減少。方案Ⅲ運行50年總淤積量為996×104m3，懸移質(zhì)泥沙排沙比為70.6%，有效庫容內(nèi)淤積量為33.3×104m3，僅占有效庫容的2.65%。

綜合上述分析，采用汛期降低庫水位泄洪排沙的運行方式，可有效控制蒲石河下水庫的有效庫容淤積損失。

3 結(jié)論

多沙河流的泥沙淤積問題是制約水利水電工程建設(shè)的重要問題，這次通過對蒲石河流域水沙特性進行分析，并結(jié)合蒲石河抽水蓄能電站工程的具體情況，提出了大水期降低庫水位排沙運行的方案。通過數(shù)學(xué)模型進行淤積分析，能大幅提高水庫排沙比、降低有效庫容的淤損，達到良好的減淤效果。