鬧德海水庫加固期排沙技術(shù)研究

李洪利 遼寧省水文水資源勘測局 110003

鬧德海水庫加固期排沙技術(shù)研究

李洪利 遼寧省水文水資源勘測局 110003

本文闡述了鬧德海水庫利用加固施工期水庫泄空時(shí)機(jī)，水庫排沙方案的研究。

加固施工期；排沙技術(shù)

鬧德海水庫建在遼河支流柳河干流上，水庫壩址位于遼寧省阜新市彰武縣滿堂紅鄉(xiāng)。柳河是遼河水系多泥沙河流，多年平均輸沙量1304 萬t，多年平均含沙量47kg/m3。鬧德海水庫的運(yùn)用方式是“冬蓄春放，汛期敞排”。近幾年由于柳河流域干旱少雨，輸沙量有所降低。為了緩解阜新地區(qū)缺水問題，鬧德海水庫在近幾年洪水較小、輸沙量較低的前提下，汛期低水位運(yùn)行，提高了阜新城市用水的供水保證率，促進(jìn)了阜新招商引資、經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型。在保護(hù)地下水、利用洪水方面也做出了貢獻(xiàn)。但隨之而來的水庫淤積問題日益明顯，低水位運(yùn)行區(qū)（176m以下）的庫容已損失667萬m3，占對應(yīng)區(qū)域庫容的41%，興利供水可調(diào)節(jié)庫容損失近70%。如何將庫內(nèi)淤積盡最大可能排除庫外，又較少影響阜新城市供水是亟待研究的課題。

空庫排沙是水庫減淤排沙效果最好的方式，但它以犧牲蓄水量和供水效益為代價(jià)，尤其是在干旱缺水地區(qū)，水直接影響工農(nóng)業(yè)發(fā)展，充分利用鬧德海水庫加固施工期放空水庫這一契機(jī)，采用多種方式最大限度地排除庫內(nèi)淤積泥沙，增加水庫興利調(diào)節(jié)庫容，提高工農(nóng)業(yè)供水量及保證率，對阜新這一干旱缺水地區(qū)，經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型、招商引資，具有十分重要的意義。本文闡述了鬧德海水庫利用加固期水庫泄空時(shí)機(jī)，水庫排沙方案的研究。

1、排沙方案的擬訂

空庫清淤排沙一般采用如下措施：

（1）人工、機(jī)械挖沙運(yùn)至庫區(qū)外。條件：①應(yīng)具備存沙場且存沙場至挖沙處距離不宜太遠(yuǎn)；②淤沙可作為建筑用沙或改造土壤，廢物利用。

（2）采沙船采沙或用泥漿泵吸沙。條件：①引沙淤壩、建筑用沙；②具有存沙場地。

（3）調(diào)水沖沙。條件：①水庫上游應(yīng)具有可調(diào)用的水資源；②具有排沙通道。

（4）利用天然基流和中小洪水排沙。條件：①具有較大基流或中小洪水；②具有排沙通道。

綜合以上4 種排沙方案可知，（1）、（2）方案鬧德海水庫不具備條件，缺少存沙場地，淤沙難以利用。沒有采沙船、泥漿泵作業(yè)條件。（3）方案雖然上游五星水庫有水可調(diào)，但成本較高，可調(diào)水量有限，只能作為排沙的輔助措施，不宜以此為主。（4）方案最適宜鬧德海水庫實(shí)際情況。汛期（6～9月初）洪水集中，一般可發(fā)生3～4次洪水，洪峰流量在800～80之間，一次洪水總量在1000～400萬m3之間的洪水經(jīng)常發(fā)生。這樣的洪水恰好是鬧德海水庫沖淤排沙的最好條件。當(dāng)入庫流量Q入max＞800 m3/s時(shí)，Q出＜Q入易產(chǎn)生滯洪淤積，當(dāng)Q入max＜80 m3/s時(shí)，水流挾沙能力低，所沖淤積量有限，排沙作用不明顯。

鬧德海水庫庫區(qū)內(nèi)設(shè)有67條泥沙淤積觀測橫斷面，依據(jù)庫區(qū)淤積實(shí)際情況，本次排沙主要考慮c7～c4斷面間泥沙淤積量。擬在c7斷面處始開挖河槽（矩形），要求寬深比合理，做到濕周最小，過水能力最大，創(chuàng)造水力最佳斷面。借以增大水力半徑。在造槽前理論計(jì)算水力最佳斷面，在設(shè)定的流量下，推求最大流速，設(shè)立矩形斷面，為刷灘創(chuàng)造條件，增大水流含沙量。開槽時(shí)人工增大水力坡度，達(dá)到增大水流速度和挾沙能力。

2、采用（4）方案工作內(nèi)容

（1）實(shí)測c9以下河道地形圖（182高程以下）；（2）實(shí)測c9～c1之間各斷面橫斷圖及c9～c1之間縱比降圖；（3）計(jì)算Q入＜40m3/s的水力最佳斷面及相應(yīng)流速，計(jì)算沖刷流速u，設(shè)計(jì)人工河槽坡度i；4）人工河槽設(shè)計(jì)。

人工河槽計(jì)算：鬧德海水庫低水位運(yùn)用，水位變化區(qū)在C7～C6斷面，雍水區(qū)在C4～C7斷面之間。經(jīng)縱、橫斷面測量得知，C7～C6坡降較緩，i=0.00032左右，C6～C5斷面 i=0.00155左右，C5～C4斷面i=0.0044左右。蓄水區(qū)淤積形成大面積漫灘，已無天然河槽。考慮利于水流沖刷泥沙，在洪水來臨前，人工造槽增大水流挾沙能力。人工河槽斷面設(shè)為矩形，有利河槽塌方?jīng)_沙。矩形斷面設(shè)計(jì)初步按均勻流考慮，河床糙率取n=0.035,采用謝才公式Q=W*C*（R*i）1/2試算人工河槽斷面，流量Q按Q入=40m3/s和Q入=20m3/s，分別試算相應(yīng)過水?dāng)嗝妗?/p>

a: 矩形斷面尺寸試算:

河槽斷面計(jì)算見表1。

以此類推，對 C4～C5、C5～C6、C6～C7、各斷面間的過水?dāng)嗝娉叽邕M(jìn)行試算，經(jīng)計(jì)算得知，當(dāng)入庫流量Q入=40m3/s時(shí)，C7～C6斷面之間，人工河槽寬度以20米為宜，對應(yīng)水深2.48米；C6～C5斷面之間，人工河槽寬度以10米為宜，對應(yīng)水深2.52米；C5～C4斷面之間，人工河槽寬度以7米為宜，對應(yīng)水深2.38米。人工河槽過深，不利于開挖，應(yīng)以2.50米左右為宜；人工河槽過寬，開挖也增加難度，以10米寬左右為宜。考慮施工方便和有利排沙，可設(shè)人工槽開挖寬度10米（河槽兩岸布置設(shè)備開挖）。C7～C6之間開兩個(gè)10米寬河槽，每槽可過流Q入=20立方米/秒，C6～C5C開一條10米寬河槽，C5～C4開一條8米寬河槽（水深2.12米）。

b: 根據(jù)河槽坡度i，推算流速：開挖河槽時(shí)按目前河道淤積后比降計(jì)算開挖寬度和深度，不同比降河段分別計(jì)算流速和挾沙能力。

(5)開挖人工河槽、施測河槽比降，復(fù)核設(shè)計(jì)流速;(6)考慮當(dāng)Q入＞40m3/s時(shí)，增開一條河槽，渠道較第一河槽高（高多少計(jì)算得出），初步考慮兩河槽行洪Q≥80m3/s。河槽要因淤積地形而設(shè)彎曲度，達(dá)到?jīng)_刷灘岸的目的;(7)調(diào)水入庫或洪水入庫時(shí)，采集入庫水流含沙量，同步采集不同時(shí)段出入庫水流含沙量;(8) 汛后實(shí)測庫區(qū)淤積變化量，計(jì)算汛期洪水出入庫輸沙量;(9) 技術(shù)總結(jié)。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.09.048

李洪利，男，遼寧省水文水資源勘測局工程師。

表1 河槽斷面計(jì)算