王 濤

（安義縣水利局,江西 安義 330500）

1 工程概況

某新建中型水庫規(guī)模屬Ⅲ等中型工程,主要建筑物有瀝青混凝土心墻砂堆砂礫石壩、溢洪道、泄洪排沙洞和輸水隧洞,其中瀝青混凝土心墻砂堆砂礫石壩壩高超過70 m,建筑物級(jí)別為2 級(jí),溢洪道、泄洪排沙洞、輸水洞及下游消能等主要建筑物等級(jí)為3 級(jí),邊坡、尾水渠等次要建筑物為4級(jí)［1］。水庫工程任務(wù)是以城鄉(xiāng)生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)灌溉為主,兼顧下游防洪,改善河道生態(tài)環(huán)境、維持區(qū)域濕地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定,為實(shí)現(xiàn)區(qū)域城鄉(xiāng)一體化和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供水資源保障、流域上下游、左右岸“定時(shí)定量”的分水提供重要工程控制手段、實(shí)現(xiàn)流域水資源合理配置、高質(zhì)量發(fā)展奠定基礎(chǔ)。水庫在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)泥沙淤積及回水計(jì)算分析對(duì)確定水庫工程規(guī)模至關(guān)重要,本文主要從這兩個(gè)方面進(jìn)行分析。

2 庫區(qū)泥沙計(jì)算

2.1 流域產(chǎn)沙概況

由于水庫流域氣候干燥降雨少,地表植被差,降雨形成地表徑流時(shí),地表被沖刷,水流挾沙入河,是河道泥沙的主要來源,此外,由于河谷狹窄、山高溝深,兩岸局部河段岸坡失穩(wěn)塌落入河,也是河道泥沙的另一個(gè)來源。該流域降水量隨地面高程的降低而減少,深山區(qū)降水量較多,植被較好,人類活動(dòng)影響較小,因而入河泥沙較少,朱龍關(guān)以下的淺山區(qū),降水減少,地表植被稀疏,加上過渡放牧和修路開礦等人類活動(dòng)的影響,入河泥沙明顯增加,河流泥沙主要來自洪水期。

2.2 泥沙輸移量

2.2.1懸移質(zhì)泥沙量計(jì)算

（1）泥沙測(cè)驗(yàn)及整編情況

新建水庫流域內(nèi)有一水文站（稱“BG”水文站）,該水文站有較長系列的水文泥沙實(shí)測(cè)資料,據(jù)1955年~2002年水文站實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì),多年平均懸移質(zhì)輸沙率22.2 kg/s,多年平均懸移質(zhì)輸沙量70.1萬t,多年平均懸移質(zhì)含沙量1.12 kg/m3,多年平均侵蝕模數(shù)102 t/km2。由于泥沙主要來源于降雨對(duì)地表的沖刷,而降雨多發(fā)生于汛期,因此河道來沙量年內(nèi)分布很不均勻,主要集中于汛期,6月~9月懸移質(zhì)輸沙量67.4萬t,占年輸沙量的96.1%［2］,平均含沙量1.66 kg/m3,其中7月~8月輸沙量58.0萬t,占年輸沙量的82.7%,平均含沙量2.52 kg/m3。

根據(jù)《多年平均侵蝕模數(shù)圖》分析可知,壩址處多年平均侵蝕模數(shù)在100 t/km2~200 t/km2,本文水庫輸沙量計(jì)算采用100 t/km2,故中壩址處多年平均懸移質(zhì)輸沙量33.0萬t,其年內(nèi)分配過程采用冰溝水文站實(shí)測(cè)的多年平均分配過程。

（3）水庫樞紐工程壩址懸沙級(jí)配分析

該新建水庫所在流域內(nèi)“BG”水文站無懸移質(zhì)顆粒級(jí)配資料,與其相近相同特征的只有附近水文站有懸移質(zhì)顆粒級(jí)配資料,該水文站實(shí)測(cè)懸移質(zhì)泥沙顆粒較粗,d50=0.041 mm,平均粒徑d=0.101mm,小于分界粒徑0.015 mm的泥沙沙量僅占28%,實(shí)測(cè)河床質(zhì)泥沙顆粒級(jí)配D50=54 mm。

2.2.2推移質(zhì)

流域內(nèi)“BG”水文站僅有17個(gè)月的零星推移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)資料,且由于測(cè)驗(yàn)儀器性能較差,資料精度較低,據(jù)1965年實(shí)測(cè)資料分析年推移質(zhì)輸沙量為3.01萬t,占該年懸移質(zhì)輸沙量的23.2%。

新建水庫所在流域汛期暴雨洪水集中,侵蝕強(qiáng)烈,非汛期由于降水少、流量小的關(guān)系,輸沙量很小,因此推移質(zhì)的輸沙主要在6月~9月,推移質(zhì)輸沙量按6月~9月懸移質(zhì)所占比例分配到各月,基于安全考慮,取推懸比為0.25,壩址推移質(zhì)輸沙量為8.25萬t,各月份懸移質(zhì)輸沙量和推移質(zhì)輸沙量之和為總輸沙量,壩址處的多年平均年總輸沙量為41.3萬t,壩址處月輸沙量成果見表1。

表1 壩址處泥沙計(jì)算成果表 單位：萬t

3 水庫泥沙及回水分析

3.1 水庫泥沙沖淤分析

水庫泥沙淤積計(jì)算采用平衡比降法對(duì)50 年庫內(nèi)淤積沙量擺放,計(jì)算斷面采用萬分之一地形圖人工切割橫斷面資料。新建水庫河段屬河谷與峽谷連接型河段,河寬變化較大,切割有15 個(gè)橫剖面,庫尾橫15距離壩址為8.923 km,各斷面關(guān)系見表2。

表2 新建水庫壩址庫區(qū)各斷面情況表

（1）泥沙淤積形態(tài)

采用如下判別式,分析淤積形態(tài)：

式中： 為淤積形態(tài)判別參數(shù),如 ＜0.3,為錐體淤積, ＞0.3,為三角洲淤積［3］；V為水庫總庫容,為0.8922 億m3；W為總?cè)霂焖?水庫壩址處多年平均總水量為3.63 億m3。

經(jīng)計(jì)算, =V/W=0.25, ＜0.3,為錐體淤積,從以上判別公式的結(jié)果看出,新建水庫壩址的淤積形態(tài)為錐體淤積。

（2）平衡比降

采用具有實(shí)測(cè)資料的寺溝峽河段進(jìn)行類比,這一河段的原始河床比降J0為3.4‰,建庫后平衡比降J為1.1‰,J/J0=0.32,新建水庫庫區(qū)中壩址的原始河床比降為8.4‰,求得平衡比降為2.7‰。

（3）造床流量

造床流量的計(jì)算方法很多,本次只按2年一遇洪峰流量一種方法計(jì)算［4］,經(jīng)計(jì)算2年一遇洪峰流量為64 m3/s。

（4）穩(wěn)定河寬及穩(wěn)定水深

根據(jù)阿爾圖寧等有關(guān)公式計(jì)算穩(wěn)定河寬Bm=31.4 m（A取1.1）,平均水深1.35 m,穩(wěn)定過水面積42 m2。

（5）水庫泥沙淤積計(jì)算結(jié)果

該新建水庫多年平均入庫懸移質(zhì)沙量33萬t,干容重取1.3 t/m3,則懸沙量換算為25.38萬m3,推移質(zhì)沙量為8.25萬t,干容重取1.6 t/m3,則推沙量換算為5.16萬m3,全年總來沙量為30.54萬m3。

該水庫采用壅水排沙運(yùn)行方式,汛期基本為蓄洪運(yùn)用。由于水庫流域內(nèi)各水文站無泥沙級(jí)配實(shí)測(cè)資料,參考YLX水文站實(shí)測(cè)泥沙級(jí)配資料,小于粒徑0.0015 mm的泥沙占28%,新建水庫汛期懸移質(zhì)的排沙比暫取5%,推移質(zhì)全部淤積在庫內(nèi)。

淤積年限按50 年計(jì)算,懸移質(zhì)總淤積沙量為1205.77 萬m3,推移質(zhì)總淤積沙量為257.81萬m3,庫內(nèi)總淤積沙量為1463.58萬m3。經(jīng)試算,50 年淤積量1464萬m3的壩前淤積高程3148.4 m,淤積成果見表3,新建水庫壩址淤積50 年縱剖面見圖1。

圖1 擬建水庫壩址淤積50年縱剖面圖

表3 新建水庫壩址庫區(qū)淤積成果表

3.2 水庫回水計(jì)算

（1）洪水頻率按《水利水電工程建設(shè)征地移民安置規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 290-2015）中的有關(guān)規(guī)定［5］,分別計(jì)算汛期5年和20 年洪水的水庫回水。土地淹沒為5 年一遇洪水（P=20%）,農(nóng)村居民點(diǎn)、電話線、輸電線等為20 年一遇（P=5%）洪水,庫區(qū)周邊正常淹沒按照多年平均流量計(jì)算。經(jīng)計(jì)算,本水庫5 年一遇洪水（P=20%）洪峰流量133 m3/s,20 年一遇（P=5%）洪水洪峰流量380 m3/s,多年平均流量為11.51 m3/s。

（2）庫區(qū)各斷面處綜合糙率根據(jù)實(shí)際調(diào)查成果,壩前（前10 個(gè)斷面）采用0.030,庫尾（后5個(gè)斷面）采用0.035。

（3）回水計(jì)算在淤積30年床面上進(jìn)行,30年庫內(nèi)淤積總量878 萬m3,壩前淤積高程為3142.5 m,起算水位為正常蓄水位3187.2 m,擬建水庫壩址回水成果見表4,縱剖面見圖2。

表4 新建水庫中壩址回水成果表

圖2 新建水庫中壩址回水縱剖面圖

由表4可見,擬建水庫5 年一遇（P=20%）和20年一遇（P=5%）洪水尖滅點(diǎn)都位于庫尾橫14斷面,距離壩址8622 m處。橫14處于庫尾部分,兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)洪水洪峰流量對(duì)應(yīng)的河床寬度約為105 m左右,洪水流速為2.9 m3/s,佛汝德數(shù)為0.87,屬恒定緩流狀態(tài)。兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)洪水的回水高程分別為3191.22 m（P=20%）和3192.24 m（P=5%）,分別高于所在斷面河底高程1.22 m和2.24 m。多年平均流量11.51 m3/s的尖滅點(diǎn)也位于庫尾橫14 斷面,距離壩址8622 m處,回水高程為3190.6 m,高于所在斷面河底高程0.6 m。

通過分析,水庫淤積和回水相互作用,水庫泥沙入河到一定高程導(dǎo)致庫水位上升回水,進(jìn)而使水庫進(jìn)一步淤積。

4 結(jié)論及建議

本文經(jīng)過研究分析,新建中型水庫樞紐工程壩址的庫沙比為210,相對(duì)庫大沙小,對(duì)本水庫樞紐引水防沙等方面極為有利,在水庫的運(yùn)行方式主要考慮下游灌溉用水,庫區(qū)淹沒損失在正常蓄水位3187.2 m左右不會(huì)有較大變化,當(dāng)水庫運(yùn)行超過10 年后,庫內(nèi)泥沙淤積量會(huì)少量侵占興利調(diào)節(jié)庫容,這時(shí)當(dāng)入庫洪水大于P=20%五年一遇洪水流量133 m3/s時(shí),降低庫水位至死水位3155.0 m,集中沖沙2 天,降低壩前槽庫容淤積高程,減少庫內(nèi)淤積沙量,對(duì)保持興利庫容、增加水庫使用壽命較為有利。具體調(diào)度運(yùn)行方式應(yīng)在水庫投入運(yùn)行后,加強(qiáng)庫區(qū)泥沙監(jiān)測(cè),不斷探索完善其運(yùn)行方式。