鬧德海水庫異重流排沙特點

王 鑫，馮秀紅

（遼寧省鬧德海水庫管理局遼寧 阜新 123000）

鬧德海水庫異重流排沙特點

王 鑫，馮秀紅

（遼寧省鬧德海水庫管理局遼寧 阜新 123000）

本文主要介紹了水庫異重流排沙條件、影響因素。鬧德海水庫是多泥沙水庫，根據水庫流域河流的洪水特性，通過對鬧德海水庫具體計算和實施效果的驗證，說明采用汛期異重流排沙效果好，方法可行。

異重流；排沙；因素

1 工程概況

鬧德海水庫位于遼寧省阜新市彰武縣，始建于1938年，建成于 1942年，其間經過1965年加固、1970年改建、1991～1994年的消險加固以及2007～2008年除險加固工程，水庫已由初期單純的防洪滯沙水庫變為一座防洪滯沙和供水等綜合利用的水庫，目前是柳河上唯一已建大型控制性工程。

2 異重流排沙條件

挾沙渾水進入蓄有清水的水庫，如具有足夠流速并含有足夠的細沙濃度，就會潛入清水下面形成一股渾水流動，沿庫底向壩前行進，這就是水庫泥水異重流。在一定條件下，異重流可以流到壩前。若及時開啟排沙底孔閘門，異重流渾水即能排出庫外。此時如站在壩頂，就能看到庫面清澈如鏡，而泄水孔卻混流翻滾，這就是水庫異重流的排查現象。

異重流排沙是水庫重要的排沙方式之一，利用水庫異重流，可以在蓄存清水、保持一定水頭的條件下排泄入庫渾水，在不降低水位的情況下以較少的水量排出大量泥沙。這樣既能蓄水、又能排沙，既能使近期保持較高的興利效益，又能減小水庫淤積，延長水庫使用時間，增加長期效益。水庫異重流形成的最重要條件是入庫水流與蓄水體之間的密度差，即入庫水流必須攜帶一定的含沙量，特別是要攜帶一定數量的細泥沙；同時還必須滿足一定的水力條件，即要求潛入點水流弗氏數Fr小于 1，根據水槽試驗和野外實測資料成果，應滿足下式：

式中 V、h0為潛入點流速和水深，γ′、Δγ分別為渾水容重和渾水、清水容重差。

除了水沙條件外，影響異重流繼續運行的因素就是庫區的邊界條件，置入庫底比降的大小、阻力的大小、運行距離的長短等。比降陡有利于異重流的繼續運行，所以壩前淤積面的抬高，使庫區的比降變緩，是不利于異重流運行的。沿途阻力的大小影響異重流的運行也很顯著。例如三門峽水庫，因原始庫底高低不平，加上塌岸在河底形成淺運行，加大了阻力。前期發生的異重流沿程淤積很多，到達壩前的異重流甚為微弱。隨著淤積的發展，庫底漸趨平順，阻力降低，異重流的排沙比也大為增大。

3 異重流的形成

鬧德海水庫汛期入庫洪水流量較大，含沙量高，有利于異重流的形成。自 1970年水庫改建完畢至1994年，水庫運用方式為蓄清排渾運用，汛期大部分時段為敞泄運用，產生異重流的機會較少，只產生過四次異重流過程，包括1971年 5月、1975年6、7月以及 1980年6月異重流過程。在這僅有的四次過程中前三次水庫都未進行排沙運用，導致泥沙基本都淤積在庫內。1995～2000年汛期運用改變為6月、9月蓄水，7月、8月泄空排沙，2001年以來汛期來水偏枯，水庫基本均為蓄水運用，因此 1995年以后產生異重流的機會增多，水庫也基本都進行了排沙運用。統計歷次異重流排沙情況的數據，各次異重流排沙比在 5%～64%之間，差異較大。1980～2007年異重流過程總來沙量為 446萬t，出庫總沙量為125萬 t，總排沙比為28%。

4 異重流排沙的影響因素

影響排沙效果的因素較多，包括水庫邊界條件（如水庫長短、庫區地形、庫底坡降）、水沙條件（如流量、含沙量大小和持續時間）、以及閘門調度情況等。水庫的長度和庫區地形影響異重流沿程損失量，在相同水沙條件下，異重流潛入點距壩里程即異重流運行距離主要受水庫長度影響，異重流運行距離對排沙比的影響是明顯的，運行距離短，則排沙比較大。表1統計了國內幾座多沙河流水庫回水長度和庫底比降，其中鬧德海水庫汛期平均水位約 174m，回水長度為 7.3km左右（表 1），較其它水庫明顯偏小，對異重流排沙極為有利。另外，庫底比降越大意味著異重流運行速度越大，異重流越容易排出庫。

表1 幾座水庫異重流排沙期間水庫平均回水長度和坡降

圖1 是國內外幾座水庫異重流排沙比與庫底坡降的關系，可以看出排沙比與庫底坡降具有較好的相關性，坡降越大，排沙比越大，說明庫底坡降對排沙比影響顯著。鬧德海水庫庫底坡降達27.8，顯然對異重流排沙非常有利。因此，從河道邊界條件來看，鬧德海水庫具有十分有利的異重流排沙條件。但是從圖 1資料看，鬧德海水庫排沙比數據略低于趨勢線，甚至并不明顯高于具有較長庫長和較緩比降的小浪底水庫。分析其原因，異重流排沙期間可能存在漏測現象，同時由于缺乏異重流觀測，難以準確掌控閘門開啟時機，導致通過資料計算的鬧德海水庫排沙比可能低于實際值。

圖1 水庫異重流排沙比與底坡的關系

水沙條件是影響異重流形成和排沙的最重要條件之一。異重流形成后必需具有足夠的能量克服沿程阻力到達壩前排出庫外，能量越大，排沙量也越大。異重流流量和含沙量大小、持續時間以及庫底比降決定異重流能量的大小。鬧德海水庫排沙比與水流能量具有明顯的趨勢關系，渾水水流能量越大，排沙比越大。另外 2002年 8月和2005年8月兩場異重流流量很大，但排沙比較低，其原因可能也與水庫調度和水庫排沙過程發生漏測有關。

5 結語

從鬧德海水庫河床條件和入庫水沙條件來看，河床比降大，洪水含沙量高，極易形成異重流，異重流排沙比可達 40%左右。在流量小、含沙量大時加強異重流觀測，及時進行異重流排沙是減輕水庫淤積、增加效益的有效途徑。

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TV697.1

B

1672-2469（2015）08-0109-02

DO I：10.3969/j.issn.1672-2469.2015.08.037

王鑫（1983年—），女，工程師。