黃 良 文（中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都 610072）

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龍頭石水電站水庫(kù)淤積變化分析

黃 良 文
（中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都 610072）

摘 要：龍頭石水電站蓄水后，庫(kù)尾河段淤積較為嚴(yán)重，較大的降低了庫(kù)尾河段防洪能力，通過(guò)對(duì)龍頭石水電站蓄水后壩前水位、庫(kù)區(qū)斷面、庫(kù)尾水尺等實(shí)測(cè)資料的分析，認(rèn)為庫(kù)尾河段淤積嚴(yán)重是上游入庫(kù)沙量偏大、汛期壩前運(yùn)行水位過(guò)高等因素綜合造成的。關(guān)鍵詞：泥沙淤積；龍頭石；沖沙

0 前 言

龍頭石水電站位于大渡河中游雅安市石棉縣安順場(chǎng)上游約10 km處，為大渡河干流規(guī)劃調(diào)整推薦22級(jí)方案的第15梯級(jí)電站，上游與在建的大崗山水電站銜接。電站裝機(jī)容量700 MW，水庫(kù)正常蓄水位955 m，死水位952 m，汛期排沙運(yùn)行水位952 m。水庫(kù)正常蓄水位955 m時(shí)，水庫(kù)回水長(zhǎng)度約16．1 km（至大崗山水電站壩址），庫(kù)區(qū)水面寬120～590 m，庫(kù)容1．38億m3，具有日調(diào)節(jié)能力［1］。龍頭石水電站于2004年9月開(kāi)始籌建，2006年4月核準(zhǔn)開(kāi)工建設(shè)，于2008年8月水庫(kù)下閘蓄水，9月第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電。

泥沙淤積一直是水庫(kù)運(yùn)行的重要制約因素之一，設(shè)計(jì)階段對(duì)龍頭石水電站的泥沙淤積、調(diào)節(jié)庫(kù)容保持以及調(diào)度方式開(kāi)展了研究。為減少龍頭石庫(kù)尾淤積、保持調(diào)節(jié)庫(kù)容，在輸沙集中的6～9月，設(shè)置了汛期排沙運(yùn)行水位。但水庫(kù)從2008年8月運(yùn)行至2010年9月僅約2年時(shí)間，庫(kù)尾河段泥沙淤積嚴(yán)重，2010年10月至今，入庫(kù)沙量較前兩年有所減少，但淤積問(wèn)題依然突出，為分析水庫(kù)運(yùn)行以后淤積狀況及其原因，成都院從2010年至今每年均開(kāi)展了庫(kù)區(qū)橫斷面測(cè)量、庫(kù)尾水尺斷面水位流量關(guān)系的分析，并收集了2010年10月以前的龍頭石壩前水位調(diào)度過(guò)程，全面開(kāi)展了龍頭石水庫(kù)淤積影響分析，對(duì)庫(kù)尾河段提出清淤等綜合整治措施。

1 庫(kù)尾淤積現(xiàn)狀

龍頭石水電站水庫(kù)平面整體形狀為河道型水庫(kù)。根據(jù)可行性設(shè)計(jì)報(bào)告中的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，龍頭石水庫(kù)運(yùn)行5年后大崗山水庫(kù)建成時(shí)，龍頭石水庫(kù)的總淤積量為6 660萬(wàn)m3，此后45年，由于大崗山水庫(kù)的攔沙作用，龍頭石水庫(kù)的庫(kù)區(qū)淤積量基本不變，直至大崗山水庫(kù)的泥沙淤積洲頭出庫(kù)后，龍頭石水庫(kù)將重新開(kāi)始淤積。

根據(jù)2010年9月的實(shí)測(cè)地形，龍頭石庫(kù)區(qū)總淤積量約5 010萬(wàn)m3，懸移質(zhì)泥沙淤積洲頭距壩5．6 km。

按2012年3月實(shí)測(cè)橫斷面資料統(tǒng)計(jì)，龍頭石庫(kù)區(qū)總淤積量約5 708萬(wàn)m3，比2010年9月淤積量增加約698萬(wàn)m3，懸移質(zhì)泥沙淤積洲頭向前推進(jìn)了約0．8 km至距壩4．8 km附近，增加淤積量主要分布在2010年9月所測(cè)的淤積洲頭以下距壩5．6 km以下河段內(nèi)，其中撒拉池溝口以上河段庫(kù)區(qū)河道的淤積量有所減少，減淤量約156萬(wàn)m3。

根據(jù)2012年11月實(shí)測(cè)橫斷面資料統(tǒng)計(jì)，龍頭石庫(kù)區(qū)總淤積量約6 846萬(wàn)m3，比2012年3月庫(kù)區(qū)淤積量增加約1 138萬(wàn)m3，大約是2011年水庫(kù)總淤積量698萬(wàn)m3的1．6倍，懸移質(zhì)泥沙淤積洲頭向前推進(jìn)了約1．2 km至距壩3．6 km的新民集鎮(zhèn)附近。增加淤積量主要分布在距壩8．3 km以下洲面及三角洲前坡河段內(nèi)，其中撒拉池溝口以上庫(kù)尾河段在2011年3月的基礎(chǔ)上回淤了約54萬(wàn)m3。

根據(jù)2013年8月20日實(shí)測(cè)橫斷面資料統(tǒng)計(jì)，龍頭石庫(kù)區(qū)總淤積量約8 531萬(wàn)m3，比2012年11月庫(kù)區(qū)淤積量增加約1 685萬(wàn)m3，懸移質(zhì)泥沙淤積洲頭向前推進(jìn)了約2．6 km至距壩1．04 km附近。增加淤積量主要分布在距壩3．6 km以下三角洲前坡河段內(nèi)，其中撒拉池溝口以上庫(kù)尾河段在2012年11月的基礎(chǔ)上淤積了約40萬(wàn)m3（見(jiàn)圖1～6）。

圖1 歷次實(shí)測(cè)的庫(kù)區(qū)平均淤積高程比較

圖2 庫(kù)尾河段08斷面（桃壩渣場(chǎng)中部）

圖3 庫(kù)尾河段10斷面（撒拉池溝口上游）

圖4 洲面河段14斷面（距壩7．42 km）

圖5 洲面河段18斷面（距壩3．63 km，新民集鎮(zhèn)）

圖6 洲頭河段21斷面（距壩1．724 km）

2 原因分析

2．1 入庫(kù)泥沙分析

根據(jù)龍頭石2008年8月～2010年9月初期運(yùn)行2年的水庫(kù)淤積量，反算2年的懸移質(zhì)年輸沙量及推移質(zhì)年輸沙量分別為4 070萬(wàn)t及200萬(wàn)t，分別為多年平均入庫(kù)懸移質(zhì)輸沙量2 440萬(wàn)t及推移質(zhì)輸沙量32．7萬(wàn)t的1．67倍及6．2倍。其中懸移質(zhì)輸沙量接近實(shí)測(cè)系列的次大年輸沙量4 400萬(wàn)t，懸移質(zhì)輸沙量偏豐，入庫(kù)推移質(zhì)輸沙量異常偏大。

根據(jù)實(shí)測(cè)資料，2011年龍頭石水庫(kù)因入庫(kù)輸沙量偏少，相應(yīng)的庫(kù)區(qū)淤積量也偏少，但從2012年3～11月庫(kù)尾河段淤積量來(lái)看，年入庫(kù)卵礫石推移質(zhì)接近100萬(wàn)m3，沙量偏豐。

分析其原因，龍頭石水庫(kù)蓄水運(yùn)用后，其上游電站處于施工階段，由于施工棄渣造成固體徑流物質(zhì)來(lái)源的增加，尤其是卵礫石物質(zhì)的大量增加。另外，近幾年龍頭石庫(kù)區(qū)上游曾發(fā)生過(guò)較大規(guī)模的泥石流，2008年“5·12”汶川大地震后也導(dǎo)致了龍頭石上游山體庫(kù)岸破碎堆積物的松動(dòng)，泥石流以及增加的庫(kù)岸松動(dòng)破碎堆積物也在一定程度上增加了龍頭石水庫(kù)的固體物質(zhì)來(lái)源。由于上述原因，導(dǎo)致了龍頭石水電站建成后的入庫(kù)沙量，特別是卵礫石推移質(zhì)輸沙量的異常偏大，致使庫(kù)區(qū)淤積量，特別是庫(kù)尾河段淤積量偏大［2］。

2．2 龍頭石水庫(kù)汛期運(yùn)行水位分析

根據(jù)龍頭石水電站可研設(shè)計(jì)階段確定的調(diào)度方式，大崗山電站蓄水前，汛期6～9月，壩前水位控制在汛期排沙運(yùn)行水位952 m運(yùn)行，10月～翌年5月，水庫(kù)在死水位952 m至正常蓄水位955 m之間作日調(diào)節(jié)運(yùn)行。根據(jù)收集的龍頭石電站2009年及2010年的壩前水位調(diào)度過(guò)程（見(jiàn)圖7、8），對(duì)比龍頭石實(shí)際調(diào)度情況與可研設(shè)計(jì)的要求，在入庫(kù)輸沙量集中的汛期，龍頭石水庫(kù)的壩前運(yùn)行水位一般情況下比設(shè)計(jì)要求的運(yùn)行水位952 m抬高約1．5 m左右（最大抬高3 m）。由于龍頭石水庫(kù)在輸沙量集中的汛期的運(yùn)行水位高于設(shè)計(jì)運(yùn)行水位，使入庫(kù)推移質(zhì)及懸移質(zhì)粗沙首先迅速在龍頭石庫(kù)尾大量淤積，致使目前龍頭石水庫(kù)庫(kù)尾河段的淤積高程比可行性設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)的5年后的地形還要偏高。

圖7 龍頭石水庫(kù)2009年5～9月壩前水位

圖8 龍頭石水庫(kù)2010年5～9月壩前水位

3 影響分析

由于龍頭石庫(kù)尾的河段的大量淤積，大幅降低了該河段的行洪及防洪能力。圖9、10給出了龍頭石庫(kù)尾的大崗山尾水水尺（5斷面位置）、桃壩渣場(chǎng)水尺（8－1斷面位置）2010年至2013年汛期的水位流量變化過(guò)程。從以上水尺水位及流量過(guò)程圖可以看出，2010年汛期運(yùn)行過(guò)程中，庫(kù)尾河段床面急劇抬高，致使庫(kù)尾河段水位急劇抬升，出現(xiàn)小流量高水位情況，在流量為2 000 m3／s左右時(shí)水位抬高近2 m，2011年由于壩前水位控制較好，該河段水位較2010年最高時(shí)有一定降低，但隨運(yùn)行年限的增加，庫(kù)尾河段發(fā)生累積性淤積，使2012年、2013年庫(kù)尾河段水位又逐漸抬升。

由于2010年7～8月龍頭石庫(kù)尾河段床面急劇抬高，在8月19日至8月24日，大渡河相應(yīng)河段流量在1 900 m3／s左右，造成龍頭石庫(kù)尾的挖角鄉(xiāng)當(dāng)?shù)鼐用穹课?、農(nóng)田、電站及省道211線受到不同程度的淹沒(méi)影響。由于庫(kù)尾河段累積性淤積，2013年7 月17～21日，大渡河該河段流量在3 000～3 400 m3／s左右，再次發(fā)生水淹挖角集鎮(zhèn)及電站、變電站情況。

圖9 大崗山尾水水尺水位流量觀測(cè)過(guò)程

圖10 龍頭石庫(kù)尾桃壩渣場(chǎng)水尺水位流量觀測(cè)過(guò)程

4 沖刷試驗(yàn)及效果簡(jiǎn)析

為了盡量降低庫(kù)尾河段泥沙淤積高程及水庫(kù)回水位，在龍頭石水電站實(shí)施了電站停機(jī)、降低水庫(kù)水位的沖沙試驗(yàn)。龍頭石水庫(kù)2011年6月10日沖沙試驗(yàn)總歷時(shí)8小時(shí)零6分，沖沙試驗(yàn)期間，入庫(kù)流量1 900 m3／s，出庫(kù)最大流量3 907 m3／s。壩前最高水位952．25 m，最低水位939．1 m，水位降幅13．15 m。

本次沖沙試驗(yàn)的庫(kù)區(qū)沖刷發(fā)生在距壩3．63 km～距壩9．21 km范圍內(nèi)（新民～小馬集鎮(zhèn)），其中新民集鎮(zhèn)以上距壩7．42 km～距壩3．63 km范圍為本次沖沙試驗(yàn)的主要沖刷庫(kù)段，在主要沖刷庫(kù)段形成寬約200～300 m、灘槽深度約2～10 m左右的沖刷下切河槽。新民集鎮(zhèn)以上庫(kù)區(qū)累計(jì)沖刷量約490萬(wàn)m3，上游沖刷的泥沙大部分在距壩3．63 km以下的壅水庫(kù)段中再次淤積沉淀，該壅水庫(kù)段的總淤積量約為480萬(wàn)m3，全庫(kù)區(qū)累計(jì)沖刷出庫(kù)的庫(kù)區(qū)泥沙約為10萬(wàn)m3。

本次沖沙試驗(yàn)前后，庫(kù)尾河段的水位降幅有限，在入庫(kù)流量1 900 m3／s、2年一遇洪水流量3 920 m3／s及5年一遇洪水流量4 800 m3／s時(shí)，庫(kù)尾加油站河段的水位降幅分別為0．03 m、0．10 m及0．14 m。從本次沖沙試驗(yàn)來(lái)看，若要依靠水庫(kù)降低水位敞泄沖沙減輕庫(kù)尾河段的淤積程度可能耗時(shí)較長(zhǎng)且效果有限［3］。龍頭石庫(kù)區(qū)沖沙前后對(duì)比見(jiàn)圖11。

圖11 龍頭石庫(kù)區(qū)2011年6月沖沙前后對(duì)比

5 結(jié) 語(yǔ)

龍頭石水電站實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，由于上游來(lái)沙條件的變化以及壩前水位運(yùn)行方式的改變，大幅增加了庫(kù)尾河段泥沙淤積，降低了該河段的行洪及防洪能力。由于入庫(kù)泥沙的不確定性，且上游梯級(jí)水庫(kù)大崗山電站很快建成蓄水?dāng)r沙，為避免清淤后回淤，龍頭石庫(kù)尾河段清淤整治時(shí)間，宜選在大崗山水庫(kù)蓄水后進(jìn)行。

隨著梯級(jí)水庫(kù)的建成運(yùn)用，龍頭石水庫(kù)的實(shí)際情況給目前正在形成的梯級(jí)水庫(kù)提出了現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義，不僅涉河建筑物的施工需嚴(yán)格做好水土保持工作，嚴(yán)禁棄渣、固體物質(zhì)入河，而且必須強(qiáng)調(diào)排沙運(yùn)行控制水位的重要性，實(shí)際調(diào)度運(yùn)行時(shí)必須嚴(yán)格執(zhí)行，同時(shí)，上游水庫(kù)和下游銜接的反調(diào)節(jié)水庫(kù)的開(kāi)發(fā)時(shí)序也值得商榷。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 四川省大渡河龍頭石可行性研究設(shè)計(jì)報(bào)告［R］．成都：國(guó)家電力公司成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2005（8）．

［2］ 龍頭石水電站水庫(kù)庫(kù)尾淤積影響整治專題設(shè)計(jì)報(bào)告［R］．成都：中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2010（12）．

［3］ 龍頭石水電站水庫(kù)庫(kù)尾淤積影響整治專題設(shè)計(jì)調(diào)整報(bào)告挖角集鎮(zhèn)二期整治方案復(fù)核材料［R］．成都：中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院．2013（12）．

作者簡(jiǎn)介：黃良文（1974－），男，四川成都人，碩士，從事水力學(xué)與河流泥沙動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬工作。

收稿日期：2015-04-07

中圖分類號(hào)：TV145

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1003－9805（2016）01－0070－04