龍頭石水電站水庫淤積變化分析

2016-04-14 08:21:23中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司四川成都610072

水電站設計 2016年1期

黃良文（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川成都 610072）

龍頭石水電站水庫淤積變化分析

黃良文
（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川成都 610072）

摘要：龍頭石水電站蓄水后，庫尾河段淤積較為嚴重，較大的降低了庫尾河段防洪能力，通過對龍頭石水電站蓄水后壩前水位、庫區斷面、庫尾水尺等實測資料的分析，認為庫尾河段淤積嚴重是上游入庫沙量偏大、汛期壩前運行水位過高等因素綜合造成的。關鍵詞：泥沙淤積；龍頭石；沖沙

0 前言

龍頭石水電站位于大渡河中游雅安市石棉縣安順場上游約10 km處，為大渡河干流規劃調整推薦22級方案的第15梯級電站，上游與在建的大崗山水電站銜接。電站裝機容量700 MW，水庫正常蓄水位955 m，死水位952 m，汛期排沙運行水位952 m。水庫正常蓄水位955 m時，水庫回水長度約16．1 km（至大崗山水電站壩址），庫區水面寬120～590 m，庫容1．38億m3，具有日調節能力［1］。龍頭石水電站于2004年9月開始籌建，2006年4月核準開工建設，于2008年8月水庫下閘蓄水，9月第一臺機組發電。

泥沙淤積一直是水庫運行的重要制約因素之一，設計階段對龍頭石水電站的泥沙淤積、調節庫容保持以及調度方式開展了研究。為減少龍頭石庫尾淤積、保持調節庫容，在輸沙集中的6～9月，設置了汛期排沙運行水位。但水庫從2008年8月運行至2010年9月僅約2年時間，庫尾河段泥沙淤積嚴重，2010年10月至今，入庫沙量較前兩年有所減少，但淤積問題依然突出，為分析水庫運行以后淤積狀況及其原因，成都院從2010年至今每年均開展了庫區橫斷面測量、庫尾水尺斷面水位流量關系的分析，并收集了2010年10月以前的龍頭石壩前水位調度過程，全面開展了龍頭石水庫淤積影響分析，對庫尾河段提出清淤等綜合整治措施。

1 庫尾淤積現狀

龍頭石水電站水庫平面整體形狀為河道型水庫。根據可行性設計報告中的預測數據，龍頭石水庫運行5年后大崗山水庫建成時，龍頭石水庫的總淤積量為6 660萬m3，此后45年，由于大崗山水庫的攔沙作用，龍頭石水庫的庫區淤積量基本不變，直至大崗山水庫的泥沙淤積洲頭出庫后，龍頭石水庫將重新開始淤積。

根據2010年9月的實測地形，龍頭石庫區總淤積量約5 010萬m3，懸移質泥沙淤積洲頭距壩5．6 km。

按2012年3月實測橫斷面資料統計，龍頭石庫區總淤積量約5 708萬m3，比2010年9月淤積量增加約698萬m3，懸移質泥沙淤積洲頭向前推進了約0．8 km至距壩4．8 km附近，增加淤積量主要分布在2010年9月所測的淤積洲頭以下距壩5．6 km以下河段內，其中撒拉池溝口以上河段庫區河道的淤積量有所減少，減淤量約156萬m3。

根據2012年11月實測橫斷面資料統計，龍頭石庫區總淤積量約6 846萬m3，比2012年3月庫區淤積量增加約1 138萬m3，大約是2011年水庫總淤積量698萬m3的1．6倍，懸移質泥沙淤積洲頭向前推進了約1．2 km至距壩3．6 km的新民集鎮附近。增加淤積量主要分布在距壩8．3 km以下洲面及三角洲前坡河段內，其中撒拉池溝口以上庫尾河段在2011年3月的基礎上回淤了約54萬m3。

根據2013年8月20日實測橫斷面資料統計，龍頭石庫區總淤積量約8 531萬m3，比2012年11月庫區淤積量增加約1 685萬m3，懸移質泥沙淤積洲頭向前推進了約2．6 km至距壩1．04 km附近。增加淤積量主要分布在距壩3．6 km以下三角洲前坡河段內，其中撒拉池溝口以上庫尾河段在2012年11月的基礎上淤積了約40萬m3（見圖1～6）。

圖1 歷次實測的庫區平均淤積高程比較

圖2 庫尾河段08斷面（桃壩渣場中部）

圖3 庫尾河段10斷面（撒拉池溝口上游）

圖4 洲面河段14斷面（距壩7．42 km）

圖5 洲面河段18斷面（距壩3．63 km，新民集鎮）

圖6 洲頭河段21斷面（距壩1．724 km）

2 原因分析

2．1 入庫泥沙分析

根據龍頭石2008年8月～2010年9月初期運行2年的水庫淤積量，反算2年的懸移質年輸沙量及推移質年輸沙量分別為4 070萬t及200萬t，分別為多年平均入庫懸移質輸沙量2 440萬t及推移質輸沙量32．7萬t的1．67倍及6．2倍。其中懸移質輸沙量接近實測系列的次大年輸沙量4 400萬t，懸移質輸沙量偏豐，入庫推移質輸沙量異常偏大。

根據實測資料，2011年龍頭石水庫因入庫輸沙量偏少，相應的庫區淤積量也偏少，但從2012年3～11月庫尾河段淤積量來看，年入庫卵礫石推移質接近100萬m3，沙量偏豐。

分析其原因，龍頭石水庫蓄水運用后，其上游電站處于施工階段，由于施工棄渣造成固體徑流物質來源的增加，尤其是卵礫石物質的大量增加。另外，近幾年龍頭石庫區上游曾發生過較大規模的泥石流，2008年“5·12”汶川大地震后也導致了龍頭石上游山體庫岸破碎堆積物的松動，泥石流以及增加的庫岸松動破碎堆積物也在一定程度上增加了龍頭石水庫的固體物質來源。由于上述原因，導致了龍頭石水電站建成后的入庫沙量，特別是卵礫石推移質輸沙量的異常偏大，致使庫區淤積量，特別是庫尾河段淤積量偏大［2］。

2．2 龍頭石水庫汛期運行水位分析

根據龍頭石水電站可研設計階段確定的調度方式，大崗山電站蓄水前，汛期6～9月，壩前水位控制在汛期排沙運行水位952 m運行，10月～翌年5月，水庫在死水位952 m至正常蓄水位955 m之間作日調節運行。根據收集的龍頭石電站2009年及2010年的壩前水位調度過程（見圖7、8），對比龍頭石實際調度情況與可研設計的要求，在入庫輸沙量集中的汛期，龍頭石水庫的壩前運行水位一般情況下比設計要求的運行水位952 m抬高約1．5 m左右（最大抬高3 m）。由于龍頭石水庫在輸沙量集中的汛期的運行水位高于設計運行水位，使入庫推移質及懸移質粗沙首先迅速在龍頭石庫尾大量淤積，致使目前龍頭石水庫庫尾河段的淤積高程比可行性設計預測的5年后的地形還要偏高。

圖7 龍頭石水庫2009年5～9月壩前水位

圖8 龍頭石水庫2010年5～9月壩前水位

3 影響分析

由于龍頭石庫尾的河段的大量淤積，大幅降低了該河段的行洪及防洪能力。圖9、10給出了龍頭石庫尾的大崗山尾水水尺（5斷面位置）、桃壩渣場水尺（8－1斷面位置）2010年至2013年汛期的水位流量變化過程。從以上水尺水位及流量過程圖可以看出，2010年汛期運行過程中，庫尾河段床面急劇抬高，致使庫尾河段水位急劇抬升，出現小流量高水位情況，在流量為2 000 m3／s左右時水位抬高近2 m，2011年由于壩前水位控制較好，該河段水位較2010年最高時有一定降低，但隨運行年限的增加，庫尾河段發生累積性淤積，使2012年、2013年庫尾河段水位又逐漸抬升。

由于2010年7～8月龍頭石庫尾河段床面急劇抬高，在8月19日至8月24日，大渡河相應河段流量在1 900 m3／s左右，造成龍頭石庫尾的挖角鄉當地居民房屋、農田、電站及省道211線受到不同程度的淹沒影響。由于庫尾河段累積性淤積，2013年7 月17～21日，大渡河該河段流量在3 000～3 400 m3／s左右，再次發生水淹挖角集鎮及電站、變電站情況。

圖9 大崗山尾水水尺水位流量觀測過程

圖10 龍頭石庫尾桃壩渣場水尺水位流量觀測過程

4 沖刷試驗及效果簡析

為了盡量降低庫尾河段泥沙淤積高程及水庫回水位，在龍頭石水電站實施了電站停機、降低水庫水位的沖沙試驗。龍頭石水庫2011年6月10日沖沙試驗總歷時8小時零6分，沖沙試驗期間，入庫流量1 900 m3／s，出庫最大流量3 907 m3／s。壩前最高水位952．25 m，最低水位939．1 m，水位降幅13．15 m。

本次沖沙試驗的庫區沖刷發生在距壩3．63 km～距壩9．21 km范圍內（新民～小馬集鎮），其中新民集鎮以上距壩7．42 km～距壩3．63 km范圍為本次沖沙試驗的主要沖刷庫段，在主要沖刷庫段形成寬約200～300 m、灘槽深度約2～10 m左右的沖刷下切河槽。新民集鎮以上庫區累計沖刷量約490萬m3，上游沖刷的泥沙大部分在距壩3．63 km以下的壅水庫段中再次淤積沉淀，該壅水庫段的總淤積量約為480萬m3，全庫區累計沖刷出庫的庫區泥沙約為10萬m3。

本次沖沙試驗前后，庫尾河段的水位降幅有限，在入庫流量1 900 m3／s、2年一遇洪水流量3 920 m3／s及5年一遇洪水流量4 800 m3／s時，庫尾加油站河段的水位降幅分別為0．03 m、0．10 m及0．14 m。從本次沖沙試驗來看，若要依靠水庫降低水位敞泄沖沙減輕庫尾河段的淤積程度可能耗時較長且效果有限［3］。龍頭石庫區沖沙前后對比見圖11。