張紅俠，臧巖峰來洪濤

（1.吉林省水利水電工程局，吉林長(zhǎng)春130012；2.中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司,吉林 長(zhǎng)春 130021）

1 排沙方案研究

蒲石河電站建成后，如長(zhǎng)期采用維持正常高不變的運(yùn)行方式，下水庫的泥沙淤積嚴(yán)重，對(duì)電站的正常運(yùn)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(zhǎng)期安全運(yùn)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(gè)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(yùn)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(shí)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(hù)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(yùn)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(diǎn)。

2 排沙運(yùn)行方案擬定

2.1 排沙運(yùn)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(chǎng)大洪水過程中的幾天內(nèi)，其余絕大部分時(shí)間水流含沙量很??；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(shí)間與洪峰出現(xiàn)時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系好，具備通過洪水調(diào)節(jié)達(dá)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(biāo)準(zhǔn)洪峰流量為12 400 m3/s，校核洪水位時(shí)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(yùn)行的要求，從而為水庫靈活的排沙調(diào)度運(yùn)行方式創(chuàng)造了條件。

3）蒲石河抽水蓄能電站不承擔(dān)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(yùn)行后，具備很快蓄水，并恢復(fù)到高水位運(yùn)行的條件，對(duì)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(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)，并配有降雨徑流和新安江模型洪水預(yù)報(bào)方案，可及時(shí)、準(zhǔn)確的掌握入庫洪水情況，為汛期大洪水來臨時(shí)降低庫水位進(jìn)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(yùn)行水位、汛期降低運(yùn)行水位的“蓄清排渾”排沙運(yùn)行方式。

2.2 排沙運(yùn)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(biāo)，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(jí)流量控制庫水位調(diào)度泥沙方式，即按入庫流量大小分級(jí)調(diào)度庫水位，入庫流量小于分級(jí)流量時(shí)，水庫水位抬高到排沙水位以上直至正常蓄水位運(yùn)行，讓泥沙在死庫容內(nèi)淤積；當(dāng)入庫流量大于分級(jí)流量時(shí)，水庫水位控制在排沙水位運(yùn)行，將本時(shí)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(jí)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(jí)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(yùn)行期間只要保證電站抽水運(yùn)行時(shí)期入庫流量，大于抽水流量即可滿足電站正常運(yùn)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(yùn)行效果，通過砬子溝站實(shí)測(cè)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(jí)流量。該流域沙量集中，主要分布在幾場(chǎng)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(shí)間水流含沙量很小。在中小水期間降低庫水位運(yùn)行意義不大且有可能影響電站正常運(yùn)行。根據(jù)砬子溝站實(shí)測(cè)洪水資料分析，平均發(fā)生超過500 m3/s的洪水場(chǎng)次，約為每年2次，入庫流量大于500 m3/s時(shí)，滿足電站在排沙水位按最大抽水流量運(yùn)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(jí)流量選擇500 m3/s。

3）非排沙運(yùn)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(yùn)行水位按正常蓄水位66.0 m運(yùn)行，汛期非排沙運(yùn)行期間可不考慮冰庫容，則水庫最高運(yùn)行水位可降至65.36 m。

4）控制運(yùn)行方式?？刂茙焖贿M(jìn)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(jí)流量控制庫水位，調(diào)度泥沙時(shí)需將該部分水量排出庫外以降低庫水位。降水位過快會(huì)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(shí)約為6～12 h，為滿足排沙運(yùn)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(yùn)行方式，騰空庫容區(qū)間加大下游泄量最大為715 m3/s，不會(huì)超過下游安全泄量，對(duì)沿江兩岸村屯影響不大。

綜上分析，這次按分級(jí)流量500 m3/s、排沙水位62.0m擬定排沙運(yùn)行方案。同時(shí)，為分析方案的排沙效果，擬定了三個(gè)排沙運(yùn)行方案進(jìn)行對(duì)比，具體見表1。

2.3 排沙運(yùn)行方案比較

根據(jù)擬定的下水庫排沙運(yùn)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(jìn)行不同運(yùn)行方案運(yùn)行36年、50年的泥沙沖淤計(jì)算，以下水庫泥沙淤積量對(duì)比分析各方案的排沙效果。

根據(jù)不同方案泥沙淤積計(jì)算成果分析，運(yùn)行水位高，泥沙淤積量大，運(yùn)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(yùn)行水位相差較小，下水庫泥沙總淤積量相差相對(duì)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(shí)降低庫水位的運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(duì)蒲石河流域水沙特性進(jìn)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(yùn)行的方案。通過數(shù)學(xué)模型進(jìn)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(dá)到良好的減淤效果。