劉 江，張宗亮

(1.新疆水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)管理局，新疆 烏魯木齊 830000；2.中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，天津 300222)

1 項(xiàng)目背景

英吉沙縣位于新疆喀什地區(qū)境內(nèi)，全縣人口29.38萬(wàn)人，其中維吾爾族占總?cè)丝诘?0%以上，耕地面積35.87萬(wàn)畝，灌溉面積59萬(wàn)畝，人均耕地僅有1.5畝，是典型的沙漠干旱區(qū)，是以農(nóng)牧業(yè)為主的縣，工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，農(nóng)牧民的收入低，縣財(cái)政不足以支付本縣的經(jīng)濟(jì)開(kāi)支，屬國(guó)家級(jí)貧困縣。

沙汗水庫(kù)位于英吉沙縣城東南方向約5 km處，是喀什噶爾河流域庫(kù)山河岔河沙汗溝末端的平原區(qū)內(nèi)，是一座平原中型水庫(kù)。水庫(kù)壩長(zhǎng)2300 m，最大壩高22 m，原設(shè)計(jì)總庫(kù)容5600萬(wàn)m3，是一座具有灌溉、防洪等綜合用途的水利樞紐工程[1]。沙汗水庫(kù)是控制耕地20萬(wàn)畝，灌溉面積24.84萬(wàn)畝，對(duì)該縣的經(jīng)濟(jì)起著決定性的作用。沙汗水庫(kù)主要水源有四個(gè)[2]：依格孜牙河河水、庫(kù)山河引水、庫(kù)依兩河之間的淺山降水以及沙汗溝泉水。

(1)依格孜牙河洪水是沙汗水庫(kù)的主要水源，依格孜牙河全長(zhǎng)110 km，集水面積1340 km2，多年平均徑流量1.12×108m3，屬于降雨、季節(jié)性積雪和暴雨補(bǔ)給型河流。

(2)庫(kù)山河位于水庫(kù)西南面，全長(zhǎng)232 km，河源海拔高程7546 m，流域面積6950 km2，多年平均徑流量6.52×108m3，徑流量年季變化較穩(wěn)定。該河屬于冰川融雪補(bǔ)給型河流。庫(kù)山河進(jìn)入沙汗水庫(kù)的水量通過(guò)木華里渠首控制，最大引水流量為30 m3/s。

(3)庫(kù)依兩河間共有小山洪溝21條，這些山洪溝均為季節(jié)性洪溝。區(qū)間集水面積共454 km2。這些洪溝產(chǎn)生的洪水均注入沙汗水庫(kù)。

(4)沙汗水庫(kù)進(jìn)庫(kù)泉水水量比較穩(wěn)定，年平均值為0.731×108m3，年平均流量2.30 m3/s。

2 泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律

沙汗水庫(kù)的泥沙主要是洪水期匯流沖刷侵蝕作用強(qiáng)烈，水流含沙量很大，洪水?dāng)y帶大量泥沙泄入庫(kù)中，造成水庫(kù)淤積，水庫(kù)泥沙淤積以懸移質(zhì)為主。根據(jù)1967年和1997年實(shí)測(cè)庫(kù)容曲線及水庫(kù)淤積情況推求泥沙淤積量。懸移質(zhì)泥沙平均每年淤積沙汗水庫(kù)庫(kù)容102.6×104m3，推移質(zhì)取懸移質(zhì)的10%。沙汗水庫(kù)運(yùn)行時(shí)間較短，泥沙淤積緊密度相對(duì)疏松。參考有關(guān)資料，取折算系數(shù)1.6計(jì)算進(jìn)庫(kù)泥沙的總量。沙汗水庫(kù)平均每年的淤積總量為93.32×104m3。沙汗水庫(kù)為多泥沙河流上修建的中型水庫(kù)，泥沙淤積類型為典型的錐體淤積[3]。此種淤積形態(tài)的主要特點(diǎn)是壩前淤積多，泥沙淤積很快發(fā)展到壩前，形成淤積錐體，與大型水庫(kù)先在上游淤積然后向壩前推進(jìn)發(fā)展的淤積形式完全不同。當(dāng)水庫(kù)淤滿后，河床縱比降比原河床縱比降小，此后淤積繼續(xù)向上游發(fā)展。

沙汗水庫(kù)泥沙淤積具有多沙河流上水庫(kù)普遍地存在的“淤積一大片，沖刷一條帶”[4]的特點(diǎn)和規(guī)律。這就是水庫(kù)淤積在橫斷面上的分布基本上是平淤的，庫(kù)區(qū)橫斷面不存在明顯的灘槽形態(tài)，出現(xiàn)“淤積一大片”的特點(diǎn)。當(dāng)庫(kù)水位下降時(shí)，如果水庫(kù)具有足夠大的泄流能力，并采取經(jīng)常泄空的運(yùn)用方式，則庫(kù)區(qū)將拉出一條深槽，恢復(fù)橫斷面上灘槽分明的河道形態(tài)，形成一個(gè)有灘有槽的復(fù)式斷面，出現(xiàn)“沖刷一條帶”的特點(diǎn)。

多沙河流水庫(kù)在淤積過(guò)程中，橫斷面的發(fā)展變化，一般還具有“死灘活槽”的規(guī)律。即灘地只淤不沖，灘面逐年淤高；主槽則有淤有沖，在采用合理的運(yùn)用方式的條件下，淤?gòu)U的主槽可以復(fù)活，使庫(kù)區(qū)保持一條相對(duì)穩(wěn)定深槽，不致被泥沙淤死。

3 歷次整治工程

沙汗水庫(kù)自1967年建成運(yùn)行以來(lái)，經(jīng)過(guò)30多年的運(yùn)行，庫(kù)區(qū)淤積嚴(yán)重，如果不進(jìn)行除險(xiǎn)加固措施，根據(jù)目前年淤積100萬(wàn)m3的速度，15年后水庫(kù)興利庫(kù)容將被淤死，將極大地制約英吉沙縣農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，英吉沙水利局先后進(jìn)行過(guò)兩次清淤整治：

第一次：2008年英吉沙水利局對(duì)沙汗水庫(kù)進(jìn)行了除險(xiǎn)加固，2009年除險(xiǎn)加固施工完成。

第二次：2011年～2013年，沙汗水庫(kù)又實(shí)施了水庫(kù)清淤，為了對(duì)壩前進(jìn)行清淤，英吉沙縣水利局在庫(kù)中建設(shè)庫(kù)中壩，繼而對(duì)壩前泥沙進(jìn)行了清淤，恢復(fù)了死庫(kù)容。

4 庫(kù)容曲線對(duì)比

為詳細(xì)評(píng)價(jià)每次整治工程的效果，英吉沙縣水利局組織測(cè)量單位實(shí)施了水下地形測(cè)量[5-6]，分別繪制了水庫(kù)整治前以及各次工程整治后的庫(kù)容～水位曲線[7]，對(duì)其進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)對(duì)比分析泥沙淤積趨勢(shì)，找出主要原因，以便針對(duì)性的提出防淤策略。

4.1 整治前庫(kù)容

依據(jù)《英吉沙縣沙汗水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》，水庫(kù)除險(xiǎn)加固前，水庫(kù)庫(kù)容參數(shù)如下：

(1)沙汗水庫(kù)原設(shè)計(jì)死庫(kù)容800×104m3，運(yùn)行30多年來(lái)，水庫(kù)庫(kù)區(qū)目前已淤積3000×104m3，淤積面已達(dá)到1322.0 m，高于涵洞進(jìn)口8.5 m，原設(shè)計(jì)死庫(kù)容已被淤積。

(2)水庫(kù)正常蓄水位為1324.1 m，對(duì)應(yīng)庫(kù)容1577×104m3。

水庫(kù)除險(xiǎn)加固前庫(kù)容曲線見(jiàn)表1[1]。

表1 沙汗水庫(kù)除險(xiǎn)加固前水位～庫(kù)容數(shù)值表

4.2 除險(xiǎn)加固后的庫(kù)容

沙汗水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程實(shí)施后，消除了水庫(kù)存在的險(xiǎn)情，恢復(fù)了部分興利庫(kù)容，水庫(kù)總庫(kù)容達(dá)到3185×104m3，2010年水庫(kù)采取水力清淤(人工輔助)措施后，預(yù)計(jì)水庫(kù)增加庫(kù)容500×104m3。除險(xiǎn)加固后的庫(kù)容參數(shù)如下：

(1)水庫(kù)死水位為1321.4 m，死庫(kù)容200×104m3。

(2)水庫(kù)正常蓄水位為1324.1 m，對(duì)應(yīng)庫(kù)容2100×104m3。

(3)水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位為1324.71 m。對(duì)應(yīng)庫(kù)容2622×104m3。

(4)水庫(kù)校核洪水位為1325.24 m，對(duì)應(yīng)庫(kù)容3185×104m3。

沙汗水庫(kù)除險(xiǎn)加固后水位～庫(kù)容數(shù)值見(jiàn)表2。

表2 沙汗水庫(kù)除險(xiǎn)加固后水位～庫(kù)容數(shù)值表

4.3 第二次清淤后庫(kù)容

2011年～2013年，沙汗水庫(kù)又實(shí)施了水庫(kù)清淤，為了對(duì)壩前進(jìn)行清淤，英吉沙水利局在庫(kù)中建設(shè)庫(kù)中壩，繼而對(duì)壩前泥沙進(jìn)行了清淤，恢復(fù)了死庫(kù)容，第二次清淤后的庫(kù)容參數(shù)如下：

(1)水庫(kù)死水位為1321.4 m，死庫(kù)容455×104m3。

(2)水庫(kù)正常蓄水位為1324.1 m，對(duì)應(yīng)庫(kù)容2096×104m3。

(3)水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位為1324.71 m。對(duì)應(yīng)庫(kù)容2594×104m3。

(4)水庫(kù)校核洪水位為1325.24 m，對(duì)應(yīng)庫(kù)容3031×104m3。

沙汗水庫(kù)第二次清淤后水位～庫(kù)容數(shù)值見(jiàn)表3。

表3 第二次清淤后沙汗水庫(kù)水位～面積、水位～庫(kù)容關(guān)系曲線表

4.4 歷次庫(kù)容曲線對(duì)比分析

為更清晰對(duì)比兩次清淤工程的實(shí)施效果，將工程實(shí)施前后三次量測(cè)的庫(kù)容曲線放到一張圖上[8]，沙汗水庫(kù)三次測(cè)量水位～庫(kù)容關(guān)系曲線變化對(duì)比，見(jiàn)圖1。

圖1 沙汗水庫(kù)三次測(cè)量水位～庫(kù)容關(guān)系曲線變化對(duì)比圖

由以上圖可以看出，第一次除險(xiǎn)加固前，沙汗水庫(kù)淤積十分嚴(yán)重，1322 m水位以下庫(kù)容全部淤死，隨著除險(xiǎn)加固的進(jìn)行，對(duì)水庫(kù)進(jìn)行清淤后，增加了較多庫(kù)容，死庫(kù)容恢復(fù)到設(shè)計(jì)庫(kù)容。第二次填筑庫(kù)中壩清淤后，起到了圍堰的作用，加大了壩前清淤的力度，使得死庫(kù)容增加至455萬(wàn)m3。三次量算正常蓄水位對(duì)應(yīng)庫(kù)容、死庫(kù)容及調(diào)節(jié)庫(kù)容對(duì)比，見(jiàn)表4。

表4 沙汗水庫(kù)三次測(cè)量水庫(kù)特征參數(shù)對(duì)比表 單位：萬(wàn)m3

由表4可以看出，雖然經(jīng)過(guò)幾輪水庫(kù)清淤后，水庫(kù)庫(kù)容有所恢復(fù)，但并不能改變水庫(kù)每年淤積的泥沙量。第一次除險(xiǎn)加固后，雖然又進(jìn)行了死庫(kù)容的清淤，但受制于每年的泥沙淤積，調(diào)節(jié)庫(kù)容仍然有所減少，因此若想保住目前的調(diào)蓄能力，需保持目前每年清淤的方式，方可保證沙汗水庫(kù)能夠滿足下游灌區(qū)灌溉調(diào)蓄要求。

4 對(duì)策及建議

“淤積一大片，沖刷一條帶”和“死灘活槽”的概念[9]，對(duì)于水庫(kù)的正確管理運(yùn)用非常重要。這個(gè)規(guī)律告訴我們：主槽庫(kù)容的損失是容易恢復(fù)的，灘地庫(kù)容的損失則是不容易恢復(fù)的。水庫(kù)的管理運(yùn)用要盡量保持水庫(kù)的有效庫(kù)容，以充分發(fā)揮水庫(kù)的作用。因此，必須一方面力求避免損失灘地庫(kù)容，即在汛期含沙量高時(shí)盡量使水流不漫灘，以減少灘地淤積；另一方面，應(yīng)盡可能擴(kuò)大主槽庫(kù)容，即在主槽沖刷時(shí)盡可能使它沖得更深、拉得更寬。為此，應(yīng)盡可能采取蓄清排渾或滯洪運(yùn)用方式，使水庫(kù)有泄空沖刷的條件；其次，還應(yīng)盡可能加大泄流能力，并降低底孔位置，以加強(qiáng)主槽沖刷。

根據(jù)多泥沙水庫(kù)淤積特點(diǎn)和規(guī)律，沙汗水庫(kù)運(yùn)行管理中應(yīng)采用以下幾種主要排沙措施：

(1)滯洪排沙：洪水到來(lái)時(shí)，盡可能空庫(kù)迎洪，或者降低水位運(yùn)用。當(dāng)入庫(kù)洪水流量大于泄水流量時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生滯洪壅水；為了減輕下游洪水的負(fù)擔(dān)，可滯留一部分洪水。滯洪期內(nèi)，整個(gè)庫(kù)區(qū)要保持一定的行近流速，粗顆粒泥沙淤積在庫(kù)中，細(xì)顆粒泥沙可被水流帶至壩前排出庫(kù)外，避免蓄水運(yùn)用可能產(chǎn)生的嚴(yán)重淤積。

(2)異重流排沙：在水庫(kù)蓄水期間發(fā)生洪水，當(dāng)洪水具有產(chǎn)生異重流的條件時(shí)，則洪水入庫(kù)后將以異重流形式潛入庫(kù)底向壩前運(yùn)動(dòng)。這時(shí)應(yīng)及時(shí)打開(kāi)閘門渲泄異重流，便可將一部分泥沙排走，從而減少水庫(kù)的淤積量[10]。

利用異重流排沙時(shí)，因?yàn)闇喫疂撊肭逅髮⒂胁糠譁喫蚯逅袛U(kuò)散，尤其是潛入點(diǎn)附近的泥沙在主槽兩側(cè)灘地上大量淤積，因而排沙效果較滯洪排沙為低。但是，異重流排沙也有其優(yōu)越性，主要是棄水量小，不會(huì)影響水庫(kù)蓄水。

(3)泄空排沙：將水庫(kù)放空，在泄空過(guò)程中回水末端將逐漸向壩前移動(dòng)，因而原來(lái)淤積的泥沙也將因回水的下移而發(fā)生沖刷，特別是在水庫(kù)泄空的最后階段突然加大泄量，則沖刷效果更加顯著。

(4)基流排沙：水庫(kù)泄空后繼續(xù)打開(kāi)閘門，讓含沙量較小的常流量暢行沖刷主槽，以減少水庫(kù)泥沙的淤積。

上述各種水庫(kù)排沙措施，除機(jī)械清淤外，其余幾種應(yīng)視水庫(kù)的具本情況加以聯(lián)合運(yùn)用，做到因地制宜、因時(shí)制宜，最大限度排走水庫(kù)淤積的泥沙，達(dá)到減少水庫(kù)淤積的目的。