張 強

(寶雞市馮家山水庫管理局樞紐管理處，陜西 寶雞 721300)

就我國目前水庫現(xiàn)狀而言，水庫的運行年限因其規(guī)模及運行環(huán)境不同而有差異，其中大型水庫運行年限最長，中型水庫次之，小型水庫運行年限最小[1]。水庫作為水資源管理工作中的重要措施之一，是當(dāng)前水庫運營管理的重點工作。在水庫的運行過程中，水庫淤積是減少水庫壽命的第一殺手。如何有效地減少淤積，掌握水庫淤積動態(tài)，成為當(dāng)前水庫運行管理的重點研究課題之一[2]。

1 水庫概況

馮家山水庫位于陜西省寶雞市，始建于1970 年，是陜西省大型水利工程之一，距千河干流下游河口25.0 km,控制流域面積3232 km2，占全流域面積的92.5%[3]。多年平均徑流量4.85 億m3，年平均流量 15.4 m3/s，多年平均含沙量8.76 kg/m3，多年平均輸沙差469 萬噸。設(shè)計抗洪標(biāo)準3400 m3/s,百年一遇;校核抗洪標(biāo)準7200 m3/s,千年一遇,是一座以灌溉為主，兼有防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合利用的大型水利樞紐[4]。

2 淤積監(jiān)測

2.1 淤積監(jiān)測

結(jié)合工程實際情況，馮家山水庫于建庫初期在其庫區(qū)布置共計35 個淤積觀測斷面，之后又增設(shè)了1 個副4 號斷面以滿足淤積測量和計算需要，使庫區(qū)布設(shè)的觀測斷面達到36 個。通過這36 個監(jiān)測斷面開始進行連續(xù)性的庫區(qū)淤積觀測，淤積測量工作在每年的汛期到來前完成，監(jiān)測頻率為兩年一次。目前可以進行正常定期觀測水庫淤積量和顆粒組成分析的觀測斷面為 30 個[5]。

2.2 庫容計算方法

馮家山水庫采用斷面法[6]和南方CASS7.1 分別進行庫區(qū)各個斷面上的淤積量觀測和現(xiàn)狀庫容計算。該方法首先將馮家山水庫劃分為若干斷面，再根據(jù)CASS 軟件和計算水位推算出交點的標(biāo)高與水位之差，即各角點的挖或填方，然后由CASS 軟件劃分的網(wǎng)格計算出整個區(qū)域的挖方和回填量，其中回填量即該水位下的庫容[4]。

3 監(jiān)測成果

3.1 水庫淤積情況

水庫總庫容3.89 億m3，有效庫容2.86 億m3，防洪庫容0.92 億m3，死庫容0.91 億m3。2013 年實測水庫淤積總量9837萬m3。1#～7#斷面為異重流堆積段，淤積量為3761 萬m3，占淤積總量的38.3%。8#～14#斷面為異重流過渡區(qū)段，淤積量為1329 萬m3，占淤積總量的13.5%。付14#～18#斷面為異重流細顆粒停留區(qū)段，該區(qū)段斷面寬度大，地勢平坦，淤積量為4117萬m3，占淤積總量的41.9%。19#～23#斷面為異重流過流區(qū)段，該區(qū)段河床比降大，以大顆粒淤積為主，淤積量為621 萬m3，占淤積總量的6.3%。水庫淤積特征值見表1。

表1 馮家山水庫淤積特征值

3.2 庫容損失情況

總淤積量（716.0 m）9837 萬 m3；總庫容（714.83 m）32967萬 m3，淤積量 9823 萬 m3；有效庫容（688.5 m～712 m）23650 萬 m3，淤積量 4955 萬 m3；死庫容（688.5 m 以下）4816 萬 m3，淤積量4282 萬 m3；調(diào)洪庫容（707 m～714.83 m）12697 萬 m3，淤積量415 萬 m3；攔洪庫容（707 m～708.8 m）2597 萬 m3，淤積量229 萬 m3；防洪庫容（707 m～708.8 m）2597 萬 m3，淤積量 229萬m3。其他特征水位對應(yīng)庫容如表2 所示，水庫年水位—庫容關(guān)系曲線見圖1。

表2 其他特征水位對應(yīng)庫容

圖1 水庫年水位—庫容關(guān)系曲線

4 成果分析

截止目前為止，馮家山水庫庫區(qū)淤積觀測共計完成了30次，河底高程692 m～716 m 處淤積總量實測為9837 萬m3，有效庫容淤積5306 萬m3，死庫容淤積4235 萬m3，其中年平均總淤積量151 萬m3，比設(shè)計年平均淤積量少104 萬m3。經(jīng)計算，各庫容損失率為總庫容24.6%，有效庫容18.5%，死庫容45.9%，年平均庫容0.8%。由觀測數(shù)據(jù)推測，馮家山水庫庫區(qū)沿程的淤積泥沙粒徑分布規(guī)律為由上游向下游逐漸遞減，且回水變化庫段的淤積泥沙以較粗為主，常年回水末端及以下的淤積泥沙以細沙為主[4]。

4.1 泥沙特征

根據(jù)觀測結(jié)果，馮家山水庫入庫泥沙以懸移質(zhì)為主，推移質(zhì)較少，其中推移質(zhì)約占懸移質(zhì)的16%。庫區(qū)流域內(nèi)表土的沖刷是入庫泥沙的主要來源，以細砂為主；同時，結(jié)合庫區(qū)泥沙顆粒分析結(jié)果，由于粗顆粒泥沙沉降速度快，一般淤積在庫區(qū)上游，而細顆粒泥沙沿程逐漸沉降，最終淤積在壩前的死庫容范圍內(nèi)，因此庫區(qū)淤積泥沙粒徑的沿程分布是由上游向下游逐漸遞減。

4.2 淤積形態(tài)

根據(jù)觀測結(jié)果分析，馮家山水庫的淤積形態(tài)屬于典型的三角形淤積[7]，淤積的泥沙主要分布在壩前錐體段、三角洲頂破段，且形態(tài)受地形與河床高度的影響呈現(xiàn)不同特征。（1）三角洲尾部段淤積形態(tài)主要是較粗的推移質(zhì)落淤，且淤積呈向上游延伸的趨勢，使得尾部段淤積量較少，比降相比于原河床較緩，淤積象限不是很嚴重；（2）三角洲頂坡段頂破較緩，前坡較陡，淤積發(fā)展趨勢呈現(xiàn)向上游延伸，伴隨高度增加現(xiàn)象。三角洲頂點隨水庫運用水位抬高后上移至12#斷面附近已穩(wěn)定不變。由于推移質(zhì)沙量不多，末端“翹尾巴”現(xiàn)象不甚明顯；（3）三角洲前坡段水深陡然增加，且流速急劇下降，使得水流的挾沙能力驟減，伴有有大量泥沙落淤；（4）異重流過渡段的占庫段長度較短，產(chǎn)生的淤積數(shù)量不多，使得淤積面與河床基本保持平行狀態(tài)，長度穩(wěn)定；（5）壩前淤積錐體段大部分為死庫容，該段淤積物組成細淤積面幾乎呈水平狀態(tài)[8]。

5 結(jié)語

隨著水土保持工作的日益完善，流域生態(tài)問題不斷得到緩解，水庫運行期的要求也不再嚴格，但水庫泥沙淤積仍然是不可忽視的問題，需要得到廣泛關(guān)注，為水資源保護提供可靠保障。結(jié)合馮家山水庫的淤積形態(tài)以及目前的自然條件，建議在水庫影響區(qū)范圍內(nèi)禁止肆意開槽取沙、加大生態(tài)流域治理、科學(xué)利用異重流排沙規(guī)律，從源頭防治水土流失，減少泥沙淤積量，有效延長水庫的運行時間。