蔡炳云（上海勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司四川成都610094）

工程

虎渡溪航電工程泥沙分析

蔡炳云
（上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司四川成都610094）

本文以岷江虎渡溪航電工程為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)彭山水文站泥沙資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，研究了本工程受上游紫坪鋪水庫(kù)影響的泥沙特性變化，進(jìn)行了水庫(kù)泥沙淤積計(jì)算，確定了本工程泥沙調(diào)度方式，解決了工程泥沙問(wèn)題。并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行水庫(kù)回水計(jì)算，為工程征地移民提供數(shù)據(jù)支撐。

調(diào)度方式；工程泥沙；水庫(kù)回水

1　工程概況

岷江為長(zhǎng)江上游左岸一級(jí)支流，是四川省中部的一條重要河流。岷江干流自北向南流經(jīng)四川省中部的茂縣、汶川、都江堰，穿成都平原，經(jīng)樂山并接納大渡河和青衣江至犍為納馬邊河，于宜賓市匯入長(zhǎng)江，其流域面積13.6萬(wàn)km2，干流全長(zhǎng)735km，天然落差3560m，都江堰市以上為上游，都江堰至樂山為中游，樂山以下為下游。岷江干流（彭山江口至樂山岷江三橋段）規(guī)劃河段長(zhǎng)102.4km，落差65.4m，平均比降0.64‰，區(qū)間集雨面積3349km2。

虎渡溪航電工程是岷江干流（彭山江口至樂山岷江三橋段）航電梯級(jí)開發(fā)規(guī)劃中的第六級(jí)，正常蓄水位391.00m，利用落差9.0m，裝機(jī)容量4.8萬(wàn)kW。上接擬建的季時(shí)壩水電站，下接在建的漢陽(yáng)水電站。

虎渡溪航電工程所在河道的演變受上段河勢(shì)變化、彎道水流和兩岸沖溝的綜合影響。岷江汛期流量大，相應(yīng)的水流挾沙能力強(qiáng)，泥沙輸移量也大，當(dāng)其運(yùn)動(dòng)至節(jié)點(diǎn)間的寬闊河段時(shí)，水流擴(kuò)散、流速減緩，泥沙落淤，形成沙卵石江心洲或邊灘。中枯水期水流歸槽、流量集中，流速增大，洪期淤積于河道的堆積物得以沖刷，恢復(fù)原河道斷面，但是隨水流組合和方向的改變，汊道、江心洲、河彎和過(guò)渡段等不同類型的灘險(xiǎn)隨即出現(xiàn)。受節(jié)點(diǎn)收縮和峽谷河段形態(tài)的控制，從上游沖刷運(yùn)動(dòng)的推移質(zhì)經(jīng)過(guò)具備沉落條件的深潭則逐漸下沉，年復(fù)一年，形成了灘險(xiǎn)的洪淤枯沖、深潭則洪沖枯淤的歷史演變過(guò)程。

河道的長(zhǎng)期演變使虎渡溪段河道岸線總體上趨于穩(wěn)定，多年來(lái)沖淤變化基本平衡，河勢(shì)的變化也主要表現(xiàn)為局部的沖淤變化。

2　河流泥沙

2.1懸移質(zhì)

2.1.1壩址天然懸移質(zhì)泥沙分析計(jì)算

采用彭山水文站1979年～2005年實(shí)測(cè)懸移質(zhì)資料。泥沙資料統(tǒng)計(jì)分析可知，從1996年～2005年的10年中，懸移質(zhì)年輸沙量為200萬(wàn)t～350萬(wàn)t，較前17年數(shù)據(jù)有明顯減少，其主要原因是近年岷江上游退耕還林措施的實(shí)施以及水土保持工作的完善。根據(jù)彭山水文站1979年～2005年月平均懸移質(zhì)輸沙率資料，推求得彭山水文站懸移質(zhì)年輸沙率為655萬(wàn)t，含沙量為0.352kg/m3，輸沙模數(shù)為214t/km2。

2.1.2紫坪鋪建庫(kù)后壩址泥沙

考慮紫坪鋪水庫(kù)對(duì)紫坪鋪壩址以上的泥沙具有一定的攔截作用，虎渡溪壩址的懸移質(zhì)泥沙應(yīng)為紫坪鋪水庫(kù)的下泄懸移質(zhì)泥沙加上紫坪鋪～虎渡溪區(qū)間懸移質(zhì)泥沙。

根據(jù)《四川岷江紫坪鋪水利樞紐工程運(yùn)行調(diào)度專題研究報(bào)告》，紫坪鋪水庫(kù)多年平均懸移質(zhì)輸沙量為738萬(wàn)t，水庫(kù)運(yùn)行50年內(nèi)（50年以上達(dá)到?jīng)_淤平衡）平均排沙率為15%，紫坪鋪水庫(kù)的下泄懸移質(zhì)泥沙為111萬(wàn)t。

表1　泥沙特征值表

表2　泥沙特征值表（考慮紫坪鋪）

紫坪鋪～虎渡溪區(qū)間多年平均懸移質(zhì)輸沙量推求：以彭山水文站為設(shè)計(jì)依據(jù)站，按集雨面積比推算紫坪鋪～虎渡溪區(qū)間年平均懸移質(zhì)輸沙量209萬(wàn)t。紫坪鋪水庫(kù)的下泄懸移質(zhì)泥沙加上紫坪鋪～虎渡溪區(qū)間懸移質(zhì)泥沙即為虎渡溪壩址懸移質(zhì)泥沙，壩址多年平均懸移質(zhì)輸沙量為320萬(wàn)t。2.1.3懸移質(zhì)泥沙顆粒級(jí)配

根據(jù)水文站懸移質(zhì)顆粒實(shí)測(cè)資料分析計(jì)算，本河段懸移質(zhì)泥沙顆粒級(jí)配成果采用水文站實(shí)測(cè)成果。

2.2推移質(zhì)

由于上游紫坪鋪水庫(kù)的攔沙作用，本次推移質(zhì)輸沙量只考慮紫坪鋪～虎渡溪區(qū)間，按懸移質(zhì)的10%估算，推移質(zhì)輸沙量20.9萬(wàn)t。

3　工程泥沙

3.1調(diào)度方式初擬

流域的泥沙主要來(lái)自降水對(duì)流域表層的侵蝕及流域內(nèi)人類活動(dòng)的影響。上游紫坪鋪水庫(kù)為不完全年調(diào)節(jié)水庫(kù)，紫坪鋪水庫(kù)對(duì)紫坪鋪壩址以上的泥沙具有一定的攔截作用?；⒍上獕沃返膽乙瀑|(zhì)泥沙應(yīng)為紫平鋪水庫(kù)的下泄懸移質(zhì)泥沙加上紫坪鋪～虎渡溪區(qū)間懸移質(zhì)泥沙。

虎渡溪電航樞紐庫(kù)區(qū)兩岸農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)，人口稠密，因此要求盡量減少庫(kù)區(qū)泥沙淤積，降低水庫(kù)回水水位，以減少庫(kù)區(qū)淹沒損失。由此確定本工程泥沙設(shè)計(jì)的主要任務(wù)為：擬定合理的水庫(kù)泥沙調(diào)度方式，并達(dá)到減少水庫(kù)淹沒損失和盡量減小對(duì)兩岸防洪的影響。

利用水庫(kù)調(diào)沙，關(guān)鍵在于調(diào)沙庫(kù)容的恢復(fù)。水庫(kù)只淤不沖，勢(shì)必產(chǎn)生嚴(yán)重淤積，從而造成調(diào)節(jié)庫(kù)容損失較大，影響上游梯級(jí)抬高洪水位等不利情況。因此，必須采取適當(dāng)?shù)臎_沙措施，將淤積在庫(kù)內(nèi)的泥沙排出庫(kù)外，如此沖淤交替，才能達(dá)到利用水庫(kù)調(diào)度泥沙的目的。為此，結(jié)合岷江河段流域水沙特性，同時(shí)結(jié)合下游漢陽(yáng)電航工程的運(yùn)行方式，初選虎渡溪樞紐汛期泥沙調(diào)度方式按分界流量進(jìn)行控制，流量大于分界流量停機(jī)沖沙。根據(jù)彭山水文站中水年1979年的水沙資料統(tǒng)計(jì)，各級(jí)流量出現(xiàn)天數(shù)見表4。

根據(jù)典型年1979年水沙資料統(tǒng)計(jì)日均流量大于2900m3/s出現(xiàn)3天，且沙量占的比重較大，初定分界流量采用2900m3/s。

根據(jù)以上分析，初擬虎渡溪樞紐水庫(kù)泥沙調(diào)度方式如下：

（1）當(dāng)入庫(kù)流量小于2900m3/s時(shí)，庫(kù)水位在正常蓄水位391m～死水位390.5m之間消落發(fā)電。

（2）當(dāng)入庫(kù)流量大于2900m3/s時(shí)，水庫(kù)閘門逐步開啟沖沙，電站停機(jī)，年平均停機(jī)時(shí)間約3天。

（3）如果汛期沒有出現(xiàn)大于2900m3/s以上的洪水，應(yīng)在每年汛末出現(xiàn)中小洪水時(shí)適當(dāng)安排2～3次夜間低谷時(shí)段敞泄停機(jī)、集中水流沖沙，利用推移質(zhì)溯源沖刷原理降低壩前的泥沙淤積高度，解決庫(kù)區(qū)淤積及樞紐取水防沙問(wèn)題，每次沖沙時(shí)間以6h為宜。

3.2泥沙沖淤及回水計(jì)算

虎渡溪電航樞紐工程水庫(kù)泥沙沖淤計(jì)算采用《SUSBED-2》水庫(kù)泥沙沖淤計(jì)算數(shù)學(xué)模型。

表3　懸移質(zhì)泥沙級(jí)配成果表

表4　典型年1979年各級(jí)流量出現(xiàn)天數(shù)統(tǒng)計(jì)表

圖1　水庫(kù)淤積20年縱斷面圖

圖2　岷江干流汛期回水成果

圖3　岷江干流非汛期回水成果

3.2.1基本資料

（1）水庫(kù)縱橫斷面資料：根據(jù)地形變化，庫(kù)區(qū)干流約16.67km范圍內(nèi)共布設(shè)了28個(gè)斷面，斷面資料均為實(shí)測(cè)資料。

（2）庫(kù)區(qū)閘前水位調(diào)度：非汛期為正常蓄水位391m（推薦方案），汛期按擬定的運(yùn)行方式，入庫(kù)流量小于2900m3/s水庫(kù)維持在正常蓄水位391m（推薦方案）運(yùn)行，當(dāng)入庫(kù)流量大于2900m3/s，全閘打開沖沙，閘前水位按泄流曲線確定。

（3）入庫(kù)水沙條件：水沙資料采用3個(gè)典型年的水沙過(guò)程并考慮上游已建梯級(jí)紫坪鋪的攔沙作用。

3.2.2泥沙沖淤計(jì)算

庫(kù)區(qū)20年后泥沙淤積總量為530萬(wàn)m3，排沙比為92%。建庫(kù)后壩前水位壅高，水庫(kù)運(yùn)行20年庫(kù)區(qū)泥沙淤積均在死水位以下，泥沙主要分布在河床槽內(nèi)，邊灘淤積較少。庫(kù)區(qū)無(wú)集中的堆積體出現(xiàn)，局部礙航的可能性較小。

3.3回水計(jì)算

在泥沙沖淤計(jì)算的基礎(chǔ)上，并根據(jù)《水利水電工程水庫(kù)淹沒處理設(shè)計(jì)規(guī)范》和《防洪標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，土地的淹沒賠償標(biāo)準(zhǔn)采用5年一遇洪水重現(xiàn)期（P=20%），人口、房屋的淹沒賠償標(biāo)準(zhǔn)采用20年一遇洪水重現(xiàn)期（P=5%）、電站庫(kù)區(qū)防洪堤的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇洪水重現(xiàn)期（P=2%）進(jìn)行回水計(jì)算。

4　結(jié)語(yǔ)

根據(jù)彭山水文站泥沙資料，對(duì)虎渡溪電航工程泥沙進(jìn)行了研究分析，并通過(guò)數(shù)學(xué)模型計(jì)進(jìn)行泥沙沖淤計(jì)算，確定了分界流量為2900m3/s的泥沙調(diào)度方式，大于2900m3/s時(shí)年平均停機(jī)沖沙天數(shù)約為3天，根據(jù)泥沙調(diào)度方式，計(jì)算水庫(kù)運(yùn)行20年后的沖淤情況，為工程發(fā)電以及航運(yùn)做好數(shù)據(jù)支撐，并在泥沙沖淤計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行回水計(jì)算分析，為水庫(kù)防洪及工程移民提供數(shù)據(jù)支撐。陜西水利

（責(zé)任編輯：唐紅云）

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