石佛寺水庫(kù)低水位蓄水帶來的泥沙淤積問題

柴曉利

（遼寧省觀音閣水庫(kù)管理局，遼寧 本溪 117100）

石佛寺水庫(kù)低水位蓄水帶來的泥沙淤積問題

柴曉利

（遼寧省觀音閣水庫(kù)管理局，遼寧 本溪 117100）

解決石佛寺水庫(kù)低水位運(yùn)行帶來的泥沙淤積問題，已經(jīng)成為水庫(kù)可持續(xù)發(fā)展的重要研究?jī)?nèi)容，本文分析了石佛寺水庫(kù)入庫(kù)泥沙規(guī)律，結(jié)合近年來圍繞泥沙淤積問題開展的工作和水庫(kù)運(yùn)行管理實(shí)際，給出了水庫(kù)低水位蓄水后，解決泥沙淤積問題的建議。

石佛寺水庫(kù)；泥沙淤積；低水位蓄水

1 概況

遼河石佛寺水庫(kù)是遼河干流上唯一的一座控制性水利工程。壩址左岸位于沈陽(yáng)市沈北新區(qū)黃家鄉(xiāng)，右岸位于沈陽(yáng)市法庫(kù)縣依牛堡鄉(xiāng)。水庫(kù)按100年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，300年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)校核。總庫(kù)容為1.85億m3，滯洪庫(kù)容為1.60億m3。水庫(kù)屬典型的河道型平原水庫(kù)，主副壩總長(zhǎng)為42.396 km，泄洪閘16孔總寬248.5 m。其主要任務(wù)是完善遼河干流的防洪體系，解決遼河干流突出的防洪問題，通過左側(cè)三大支流上的南城子、清河、柴河、榛子嶺四座水庫(kù)和區(qū)間堤防，以及水庫(kù)自身的聯(lián)合調(diào)控，將石佛寺以下的防洪標(biāo)準(zhǔn)由現(xiàn)狀的30年一遇提高到100年一遇。保護(hù)人口235.4萬人、耕地28.74萬hm2，保護(hù)遼河油田、沈山鐵路、沈山公路、八三輸油管線、國(guó)內(nèi)國(guó)際通訊干線等國(guó)家大型基礎(chǔ)設(shè)施和重要工礦企業(yè)，防洪效益十分顯著。

水庫(kù)基本運(yùn)行方式為：當(dāng)石佛寺壩址處流量小于5 500 m3/s時(shí)，閘門敞泄，空庫(kù)運(yùn)行；發(fā)生超過下游堤防允許流量5 500 m3/s的洪水時(shí)，水庫(kù)控制放流，使其不超過下游堤防安全流量5 500 m3/s；當(dāng)水庫(kù)遭遇100年一遇以上設(shè)計(jì)洪水和庫(kù)水位超過設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，水庫(kù)控制其泄量不大于最大入庫(kù)洪峰流量。

2 問題的提出

2.1 泥沙基本情況

遼河是一條多泥沙河流，在遼河干流來沙中，西遼河是遼河干流的泥沙主要來源區(qū)。西遼河的支流老哈河是一條含沙量較高、輸沙量較大的多沙河流，是西遼河的泥沙主要來源，西拉沐倫河輸沙量占西遼河的第二位。由于1958年紅山水庫(kù)建庫(kù)后，攔截了老哈河大部分的來沙，僅在遭遇大洪水時(shí)水庫(kù)以上部分被帶到壩下；而且西遼河上又修建了舍利虎、道力歹等旁側(cè)水庫(kù)，分水較多，使西遼河進(jìn)入遼河干流的泥沙量有明顯的減少。石佛寺水庫(kù)以上干流泥沙測(cè)站有鐵嶺和通江口兩站，其中鐵嶺站設(shè)立于1933年11月，測(cè)沙始于1953年至今，該站集水面積占石佛寺水庫(kù)控制流域面積123 766 km2的97.57%，資料系列為1954—2004年共51年系列。石佛寺水庫(kù)以上遼河干流控制站鐵嶺水文站位于清河、柴河下游，凡河上游，集水面積120 764 km2，統(tǒng)計(jì)1964—2004年懸移質(zhì)實(shí)測(cè)資料，多年平均輸沙量 720.26×104t。

遼河石佛寺河段懸移質(zhì)泥沙中值粒徑為0.035 3 mm，推移質(zhì)泥沙中值粒徑為0.27 mm，分析顆粒級(jí)配曲線，可知推移質(zhì)在斷面輸沙量中的比例約為3.74%。統(tǒng)計(jì)1964—2004年實(shí)測(cè)泥沙資料，1995年為豐水年，該年來水量為59.99×108m3，輸沙量為2 322.75×104t。連續(xù)枯水系列有兩個(gè)，分別是1976—1982年和1999—2004年，其中1976—1982年枯水系列來沙量為763.77×104t，年均輸沙量 為 109.11×104t，1999—2004 年 枯 水 系 列來沙量 為345.45×104t，年均輸沙量為 57.58×104t。

遼河具有北方河流輸沙量年際變化的特點(diǎn)，即輸沙量主要集中在幾個(gè)大水大沙年份，鐵嶺站最大年輸沙量與多年平均輸沙量比值為5.9∶1；鐵嶺站1954—1996年輸沙量值，1954，1957，1959年3年的輸沙量占43年的 33.71%，再加上1956，1962年共5年的輸沙量占43年的48.02%，輸沙量最大的年份是1959年，占43年的13.66%，輸沙量最小的年份是1982年，占43年的0.02%。可見，輸沙量的年際變化很大。

經(jīng)歷年資料統(tǒng)計(jì)，遼河鐵嶺站多年平均懸移質(zhì)輸沙量的年內(nèi)分配很不均勻，6—9月輸沙量占全年沙量的90.04%，7—8月占69.32%，非汛期8個(gè)月輸沙量只占全年沙量的9.96%，可見，輸沙量集中在汛期的幾個(gè)月，甚至集中在汛期幾場(chǎng)洪水中。

2.2 模型成果

2007年12 月，石佛寺水庫(kù)委托中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司科學(xué)研究院完成了《石佛寺水庫(kù)泥沙數(shù)學(xué)模型分析報(bào)告》，根據(jù)二維數(shù)學(xué)模型計(jì)算，報(bào)告分析結(jié)論：

1）石佛寺水庫(kù)一期工程建成以后，成為河道上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，限制了河道主槽的自由擺動(dòng)，水庫(kù)低水位運(yùn)用后，水位壅高，流速減緩，水流挾沙力下降，河道將淤積抬高，其淤積特點(diǎn)是大洪水以灘地淤積為主，小洪水以主河槽淤積為主。

2）水庫(kù)低水位運(yùn)用：水庫(kù)蓄水46.5 m運(yùn)用15年，庫(kù)區(qū)淤積量1 981.16萬t，排沙比為83.13%，低水位運(yùn)行15年后庫(kù)容比正常運(yùn)行條件下減少140萬m3，運(yùn)用30年庫(kù)區(qū)淤積量1 946.85萬t，排沙比為90.99%，水庫(kù)運(yùn)行30年庫(kù)容比正常運(yùn)行條件下減少168萬m3。

3）水庫(kù)低水位運(yùn)用條件下，不會(huì)對(duì)水庫(kù)的原設(shè)計(jì)參數(shù)有新的要求，不會(huì)降低水庫(kù)的安全運(yùn)行條件。

4）水庫(kù)低水位蓄水運(yùn)用后，若遇1976—1982年連續(xù)枯水系列，在46.5 m下淤積量為1 384萬m3。為保證水庫(kù)排沙減淤、充分發(fā)揮水庫(kù)效益，建議水庫(kù)管理部門應(yīng)根據(jù)每個(gè)水文年的來水來沙情況以及壩前的淤積情況在汛前及時(shí)進(jìn)行清淤。

5）當(dāng)水庫(kù)入庫(kù)流量在200 m3/s以上時(shí)，水庫(kù)應(yīng)泄洪拉沙，建議泄洪閘開孔數(shù)3孔，當(dāng)流量繼續(xù)增加，視來流情況再酌情增開泄洪閘。

2.3 問題提出

石佛寺水庫(kù)是一座純滯洪型平原水庫(kù)，也是沈陽(yáng)市北部地區(qū)的重要水源地之一，盡管大伙房水庫(kù)輸水工程已建成通水，但由于其受水區(qū)地域上的限制和管網(wǎng)改造、產(chǎn)業(yè)布局等因素的影響，沈陽(yáng)市北部地區(qū)的缺水問題還不能完全得到解決，必須盡早考慮石佛寺供水工程體系的建設(shè)。另外，為增強(qiáng)城市的供水保障程度和抗風(fēng)險(xiǎn)能力，也需要建設(shè)多水源的供水系統(tǒng)。因此，為保障沈陽(yáng)市的供水安全和改善沈陽(yáng)市水景觀、修復(fù)已遭破壞的水環(huán)境，加快沈陽(yáng)老工業(yè)基地的振興和沈北新區(qū)宜居新城的建設(shè)，石佛寺水庫(kù)低水位蓄水、修建石佛寺供水工程體系、實(shí)現(xiàn)水資源優(yōu)化配置最大化已迫在眉睫。然而，蓄水就有效益，蓄水就面臨泥沙淤積問題，淤積就影響防洪，如何解決水庫(kù)低水位運(yùn)行帶來的泥沙淤積問題已經(jīng)成為水庫(kù)可持續(xù)發(fā)展的重要研究?jī)?nèi)容。

3 建議方案

解決水庫(kù)泥沙淤積問題，是目前水利研究的一大難題，通過不斷的資料積累和科學(xué)研究，摸索出解決石佛寺水庫(kù)泥沙問題，需要很長(zhǎng)的時(shí)間來完成。以下結(jié)合相關(guān)資料和水庫(kù)運(yùn)行管理實(shí)際給出建議：

1）進(jìn)行庫(kù)區(qū)地形測(cè)繪（比例尺為 1∶2 000）工作，為泥沙研究建立基礎(chǔ)檔案。

2）水庫(kù)低水位蓄水運(yùn)用后，在原有遼河大斷面（L156-L164）的基礎(chǔ)上設(shè)立泥沙監(jiān)測(cè)斷面，沿橫斷面每200 m布設(shè)永久觀測(cè)樁，每年應(yīng)對(duì)不同入庫(kù)流量和不同泄量進(jìn)行泥沙淤積分析，掌握泥沙淤積動(dòng)態(tài)分布。

3）到類似的水庫(kù)進(jìn)行考察、學(xué)習(xí)，制定計(jì)劃大綱。

4）優(yōu)化石佛寺水庫(kù)調(diào)度方式，通過調(diào)度，減少泥沙淤積。

5）與泥沙方面的科研單位聯(lián)合攻關(guān)。

6）建立物理模型。

［1］遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.遼河石佛寺水庫(kù)樞紐一期工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.2002，5.

［2］中水東北勘測(cè)時(shí)間有限責(zé)任公司科學(xué)研究院.石佛寺水庫(kù)泥沙數(shù)學(xué)模型分析報(bào)告［R］.2007，12.

［3］遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.石佛寺水庫(kù)供水工程可行性研究報(bào)告［R］.2002，5.

［4］遼寧省石佛寺水庫(kù)工程建設(shè)管理局，中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，沈陽(yáng)建筑大學(xué).石佛寺水庫(kù)供水系統(tǒng)調(diào)控模式與供水風(fēng)險(xiǎn)分析［R］.2008，3.

［5］遼寧省石佛寺水庫(kù)工程建設(shè)管理局.遼寧省石佛寺水庫(kù)資源利用開發(fā)規(guī)劃方案［R］.2006，11.

［6］遼寧省水資源［M］.沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2006，

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