鬧德海水庫泥沙淤積及排沙方案比選

于 立

(遼寧省鬧德海水庫管理局，遼寧阜新123000)

鬧德海水庫泥沙淤積及排沙方案比選

于 立

(遼寧省鬧德海水庫管理局，遼寧阜新123000)

鬧德海水庫于1942年落閘蓄水，至今已運行68 a，水庫一直按設計要求進行管理運行，經過多年的運行，庫區泥沙淤積量逐年增多，庫區的淤積成為鬧德海水庫正常運行需要解決的首要問題，文中通過收集分析大量資料，介紹了鬧德海水庫淤積情況、排沙方案的運用效果及排沙方案的選擇。

鬧德海水庫;泥沙淤積;排沙方案;異重流;清淤措施

1 流域概況及泥沙特性

鬧德海水庫是柳河流域唯一的控制性水利工程。柳河是遼河中下游的一條多泥沙支流，在內蒙古奈曼旗的雙山子發源，流經內蒙古庫倫旗、科左右旗及遼寧省彰武縣、阜蒙縣、新民，在新民城南匯入遼河［1］。柳河全長297 km，總流域面積5 798 km2，鬧德海水庫位于柳河上游，控制流域面積4 051 km2。

2 庫區泥沙測量情況及方法

鬧德海水庫于1942年落閘蓄水，至目前已運行68 a，水庫一直按設計要求進行管理運行，經過多年的運行，庫區泥沙淤積量逐年增多，為了掌握庫區泥沙的淤積狀況，把握沖沙時間，鬧德海水庫每年均采用斷面法進行測量，在庫區設置橫斷面67條，測量精度為1∶500，使用全站儀對斷面進行測量，測量后計算出水庫庫容，與其他年份對比計算淤積情況［2-3］。

3 庫區淤積情況

庫區上游主要有扣河子和養畜牧河兩條支流。扣河子流量1.0 m3/s左右，養畜牧河流量1.6 m3/s左右?？酆幼雍訉儆诩竟澬院恿鳎?—9月外，其他時間基本斷流，養畜牧河平時流量基本能達到1.0 m3/s，汛期河水流量較大。

鬧德海水庫全部底孔敞泄是汛期入庫平均流量的越9倍，在一般的洪水年份庫區基本不淤積，并還能用洪水沖刷前期淤積，只有當遇到特大洪水時候，庫區才會淤積［4］。

鬧德海水庫水位與庫區泥沙沖淤部位成正比關系，水位越高淤積部位越高。2000年以后水庫在汛期采用低水位蓄水運用，水庫淤積部位在距離壩前4～8 km范圍內之間淤積，其它部位淤積變化不大。

4 水庫汛期排沙方案

鬧德海水庫排沙方案可選用底孔全年敞泄排沙方法，洪水異重流排沙方案，擬建排沙洞排沙方案。下面分別加以介紹。

4.1 全年敞泄排沙

水庫1970年以前是全年敞泄排沙，除了1963年有大洪水強烈淤積外，其余時間都是沖刷;在70年代，水庫非汛期蓄水產生淤積，但汛期沖刷增強，平均沖刷量與60年代沖刷量相近;1980—1994年14年中只有84年的大洪水淤積，其他時間都是沖刷;1995—2000年6月和9月蓄水，全年除汛期外均為淤積，全年平均沖15.54萬t，已處在沖淤轉化的邊緣。2001—2013年這幾年，全年蓄水，故不管汛期還是非汛期都淤積，全年淤積達52.38萬t。鬧德海水庫運用和庫區淤積的關系十分密切，只要關閘庫區即刻開始淤積，一旦一年中關閉閘門的時間太長，水庫就要向淤積傾斜。要達到年內沖淤平衡，7、8月份洪水期就必須開閘排沙［5］。

4.2 異重流排沙

異重流量兩種不同密度又可以相互混合的流體因密度差異而產生的分層流動，也稱密度流，分層流或潛流。導致流體產生密度差異的原因有溫度、溶解質、水汽或帶的細顆粒物質等，在自然界中常見的異重流現象有:水庫的渾水異重流、河口的鹽水入浸，濕差異重流和大氣中的冷鋒等。在水利工程建設中，為了提高水庫排沙效率，研究異重流的運動規律具有重要意義。

4.2.1 鬧德海水庫異重流概況

經過筆者對水庫實測資料分析得知，共發生較典型的異重流6次，其中:1980年、1995年、1996年3次異重流期間，平均排沙比為46%。

1971年、1975年和1977年3次異重流期間，閘門基本關閉狀態，形成異重流淤積，排沙比僅為1.3%。在以上6次形成異重流中，入庫最大洪峰流量58～536 m3/s，入庫日均最大流量33～83 m3/s，入庫日均最大含沙量36～358 m3/s，壩前日均水位171～177.9 m。由此可知，由于鬧德海水庫庫區河谷狹窄，河床比降大，來水含沙量較高，比較容易形成異重流并抵達壩前，水庫能利用異重流排沙以減少庫區淤積，并且，異重流排沙可以防止形成渾水水庫，有利于保證水庫的供水率［6-7］。

鬧德海水庫異重流比較容易在石門子、白廟子洪水期形成，特別是白廟子洪水泥沙較細、含沙量高，更容易形成庫區異重流。庫區來水來沙條件及水庫運用情況決定于異重流沖淤狀況。

據估算，發生的6次異重流期間，庫區來沙585萬 t，出庫沙量86萬 t，累計淤積達500萬 t。其中，3次異重流開閘排沙的庫區來沙110萬t，出庫沙量51萬t，累計淤積僅約60萬 t，而另外3次異重流期間蓄水攔沙，庫區來沙量475萬t，出庫沙量僅36萬 t，累計淤積量高達440萬 t。

4.2.2 庫區異重流排沙特性

異重流平均排沙比與水庫庫底比降相關，庫底比降大排沙比也大，反之則小。水庫異重流排沙比與入庫洪峰流量相關，入庫流量大、排沙比也大，反之則?。?］。

除上述水力條件外，進庫泥沙顆粒組成密與排沙比大小切相關。如果水庫閘門全部開啟，異重流到達壩前時，其排沙比與進庫泥沙顆粒＜0.01 mm所占百分比基本一致。

例如，1980年異重流期＜0.01 mm泥沙所占全沙的30%，相應排沙比為33%，具有較好的相關性。

4.2.3 異重流排沙對庫區沖淤平衡的影響

洪水期的沖刷特別是中長期洪水是鬧德海水庫庫區泥沙沖淤主要方法，敞泄期洪水沖刷比異重流排沙效果要好很多。通過水庫專家測算，對于滿足日均流量＞100 m3/s或日均含沙量＞100 kg/m3條件的洪水，應該進行敞泄排沙，不能只依靠于異重流排沙，其他的洪水能夠使用異重流相繼排沙，減少庫區淤積［9］。

4.3 擬建排沙洞方案

經過上文分析，在產生異重流的時候，可以在距離主壩前約1 500 m處修建排沙洞，使異重流直接從排沙洞排出，排沙效果較好，從而可將清水蓄到壩前，增加水庫的蓄水量。此項工程一次性投資較高，但效益顯著，可以蓄清排濁，增加水庫的使用年限。

5 結論及建議

在不影響興利庫容供水能力的情況下，鬧德海水庫可以依靠天然的大流量進行排沙，充分利用異重流沖淤，如果持續多年沒有出現大流量過程實現排沙，造成水庫持續淤積并影響到供水能力時，需要進行適當的敞泄運用，或者借助機械措施進行清淤。

［1］冮行久，閆舜皆.阜新地區河流泥沙狀況分析［J］.東北水利水電，2008，26(01):52-54.

［2］岳家庚，李娜偉.鬧德海水庫除險加固期供水探析［J］.東北水利水電，2013(03):56-57.

［3］韓其為，楊小慶.我國水庫泥沙淤積研究綜述［J］.中國水利水電科學研究院學報，2003，1(03):169-178.

［4］謝金明，吳保生，劉孝盈.水庫泥沙淤積管理綜述［J］.泥沙研究，2013(03):71-80.

［5］徐國賓.陜西省水庫泥沙淤積災害及其防治對策［J］.水土保持通報，1994，14(04):35-38.

［6］萬建蓉，宮平.嘉陵江亭子口水庫泥沙淤積研究［J］.人民長江，2006，37(11):47-48.

［7］陳雪梅.寶雞峽林家村樞紐水庫排沙方案初探［J］.陜西水利，2002(05):40-42.

［8］李洪利.鬧德海水庫加固期排沙技術研究［J］.中國科技信息，2011(09):48.

［9］岳家庚，李娜偉.鬧德海水庫異重流排沙方案［J］.黑龍江水利科技，2013，41(01):139-141.

TV145

B

1007-7596(2014)06-0121-02

2014-02-24

于立(1981-)，男，遼寧朝陽人，工程師，從事水庫運行管理工作。