王瑤水庫水沙特性及運行方式分析

陳曉歌

（陜西省水利電力勘測設計研究院陜西西安700001）

王瑤水庫水沙特性及運行方式分析

陳曉歌

（陜西省水利電力勘測設計研究院陜西西安700001）

本文通過對王瑤水庫基本情況及多年來水沙過程進行分析計算，對不同的水庫運行方式進行了分析比較，確定了合理的水庫運行方式，以期為同類案例提供借鑒。

王瑤水庫;水沙分析;運行方式

1 工程概況

王瑤水庫位于陜西省延安市安塞縣境內，在延河的支流杏子河（黃河二級支流）中游，其下游65km處為延安市。水庫控制流域面積820km2，總庫容2.03億m3，是一座以防洪為主，兼有城市供水、灌溉、發電等綜合利用的大（二）型水庫。水庫為Ⅱ等樞紐工程，主要建筑物為2級，防洪標準按百年一遇洪水設計，兩千年一遇洪水校核。水庫樞紐由大壩、Ⅰ號泄洪洞、Ⅱ號泄洪洞、輸水洞、渠首、電站六個部分組成。大壩為均質土壩，坐落在侏羅紀砂頁巖互層基礎上，兩壩肩由第四紀的上更新統、中更新統黃土類黃土組成，最大壩高55m，壩頂高程1190.7m，壩頂長度325m，寬7m。泄洪洞位于左岸，由進口明渠段、壓力洞、放水塔、明流洞和出口挑流段組成，進口洞底高程1145.7m，總長739.8m，設計最大泄量78.6m3/s。王瑤水庫工程于1970年10月動工興建，1972年9月大壩主體工程完工。1974年動工增建泄洪洞，1979年底泄洪洞竣工。工程自1972年蓄水運用42年來，在防洪、減沙等方面起到了積極作用，特別是在“77.7”和“94.8”洪水中，水庫對保護下游延安市等延河兩岸城鄉人民群眾生命財產安全發揮了巨大作用。水庫向延安市供水1510.4萬t，年發電量150萬度，社會效益和經濟效益顯著。

王瑤壩址1958年～2014年的水沙系列，多年平均的徑流量為3580.6萬m3，輸沙量為846萬t，多年平均含沙量達236kg/m3，加之運用不盡合理，水庫淤積十分嚴重。截止2014年，1187.2m以下的庫容僅剩7135萬m3，原設計正常蓄水位1182.5m以下庫容為2527萬m3，庫容受泥沙淤泥影響損失嚴重。

2 水沙分析

2.1 水沙年際變化

依據多年來水來沙過程分析入庫水沙結果來看，王瑤水庫入庫水沙的年際分配極不平衡，豐水年最大入庫水量為7399萬m3（1964年），枯水年最小入庫水量為1539萬m3（1997年），分別為多年平均入庫水量的2.067倍和0.43倍；年最大入庫沙量為3099萬t（1977年），年最小入庫沙量為95萬t（2003年），分別為多年平均入庫沙量的3.662倍和0.113倍；年平均最大含沙量為89.58kg/m3（1983年），年平均最小含沙量為4.653kg/m3（1989年），分別為多年平均值的3.8倍和0.197倍。

2.2 水沙年內變化

王瑤水庫多年平均逐月入庫水沙統計見表1。從表1可以看出，多年平均情況下：汛期（7月～9月）平均入庫水量為1968萬m3，占年平均入庫水量的54.96%；汛期（7月～9月）平均入庫沙量為725萬t，占年平均入庫沙量的85.7%；汛期7、8月來沙量占多年平均入庫沙量的80%。其中最大1日入庫沙量為1903.3萬t（1977年7月6日）。可見，王瑤水庫的入庫水沙相對集中在汛期7月～9月，尤其是沙量，絕大部分集中在汛期7、8月。而汛期又集中在幾場洪水過程中。這對水庫的調度來說，意味著調水調沙的主要矛盾在汛期。

2.3 入庫水沙特性分析

由王瑤水庫55年入庫代表水沙系列統計分析可以看出，多年平均上游來水含沙量S≥400kg/m3的天數為8.51天，相應入庫沙量為699.46萬t，占全年的82.66%；相應入庫水量為1115.62萬m3，僅占全年的31.16%；上游來水含沙量S≥100kg/m3的天數為17.91天，相應入庫沙量為830.66萬t，占全年的98.16%，相應入庫水量為1595.1萬m3，僅占全年的44.56%；上游來水含沙量S≥50kg/m3的天數為23.35天，相應入庫沙量為839.2萬t，占全年的99.17%；相應入庫水量為1716.51萬m3，僅占全年的47.94%；上游來水含沙量S＜50kg/m3的天數為341.91天，相應入庫沙量為7.04萬t，占全年的0.83%；相應入庫水量為1864萬m3，僅占全年的52.06%。由此可見，處理好入庫含沙量較大的水沙是水庫運行方式研究的關鍵。

2.4 流量及輸沙率變化分析

由王瑤水庫歷時～流量曲線及歷時～輸沙率曲線圖可以看出，以1983年9.6～9.10為例，隨著時間的變化，流量與輸沙率變化趨勢一致，沙峰與洪峰同步，但洪峰的變化梯度大于沙峰。因為王瑤水庫以上沒有水利工程，且河道最大長度104km，控制流域面積僅820km2，泥沙來源和洪水來源一致，故沙峰與洪峰也一致。

圖11983 年9.6～9.10流量及輸沙率曲線圖

3 水庫運行方式

王瑤水庫自1972年10月蓄水運用以來，經歷了三種運用方式，六個運用階段

3.1 蓄洪攔沙階段（1973.1月～1979.12月）

由于沒有泄流排沙設施，只能采取蓄洪攔沙運用。這期間恰遇1977年特大洪水，全年來沙量為3100萬t，洪峰流量為2620m3/s，洪量為2640萬m3，使水庫淤積十分嚴重。該時段總淤積量達5961m3，占總庫容的29.4%。

3.2 蓄洪排沙階段（1980.1月～1987.12月）

該時段雖然已建成泄洪排沙低洞，并采用蓄洪排沙運用方式，但由于排沙低洞進口圍堰未拆除，其高程高出排沙洞底坎高程8m，同時左岸排沙洞附近山巖石咀阻水，限制了泄洪排沙洞排沙效果。如1985年汛期雖泄空水庫運行，全年排沙比僅為107%，只能減緩水庫淤積，而不能從根本上控制水庫淤積發展，使水庫又淤積3026萬m3，累計淤積量達8987m3，占總庫容44.3%。

3.3 空庫運行階段（1988.1月～1990.12月）

該時段利用水庫拆除圍堰、排沙洞清障施工無法蓄水有利時機，泄空水庫空庫運行，這期間共排出泥沙2502萬m3。雖然水庫淤積物長達15年之久，固結程度較高，但沖刷效果很好。水庫淤積由淤轉沖，庫區形成高灘深槽，沖出1382萬m3槽庫容。沖刷縱剖面干流以排沙洞底坎高程為基準面呈扇形發展；支流岔路川以泄入干流入口河槽高程為基準面向上發展。橫斷面形成深槽及廣闊灘地，壩前段河槽灘槽差大，槽寬較大，庫中段次之，庫尾段近似天然河槽。水庫縱斷面淤積形態為錐體，比降為3‰。橫向近似平淤。

表1 王瑤水庫多年平均入庫水沙系列統計表(日歷年統計)

表2 王瑤水庫不同運用方式庫區沖淤量

3.4 蓄洪排沙運用階段（1991.1月～1995.12月）

該時段水庫采用蓄洪排沙運用，歷時5年，水庫一直未泄空，入庫近4000萬m3泥沙大部分淤在庫內，特別是1992年為豐沙年，入庫沙量為1780萬m3，入庫水量為3520萬m3，排沙比僅為25.7%，排水比為70.9%，1991～1992年兩年淤滿槽庫容，一般洪水情況下就上灘地，水庫淤積呈上升發展，該時段淤積3145萬m3，水庫累計淤積量達10750萬m3，占總庫容52.9%。

3.5 汛期空庫運行階段（1996.1月～1996.12月）

該時段汛期空庫運行（1996.7月～1996.9月），雖然只有兩個多月，但排沙效果極好，汛期沖出槽庫容1200萬m3，這與淤積物歷時短，固結程度不高有關。

3.6 蓄洪排沙運用階段（1997.1月～2014.12月）

水庫采用蓄洪排沙運用，歷時18年，多年平均入庫沙量540.1萬t，出庫沙量197.6萬t，多年平均的排沙率為36.6%。2001年為豐沙年，入庫沙量為789.2萬m3，入庫水量為4073.8萬m3，排沙比僅為21.1%，淤積量較大。2004年7月和9月分別累計敞泄排沙25天，年排沙率達117.2%；2005年1月～10月上旬基本處于敞泄排沙狀態，水位在1145.74m～1145.82m之間，年排沙率達116.2%；2010年7月～8月中旬敞泄排沙，年排沙率119.8%，其余年份均處于蓄水運用，年排沙率0.9%～49.3%。

各階段庫區沖淤特征值見表2。表中數據表明，排沙設施的泄量大小及運用方式，對控制庫容損失十分重要。第一階段，水庫無排沙設施，不具備水庫合理運用基礎；第二階段排沙設施不完善，要控制水庫淤積，必須排沙期長；第四階段和第六階段未安排排沙期。

4 水庫運行方式確定

王瑤水庫運行方式按照目前實際運行擬定的運行方式為：王瑤水庫汛期為6月～10月，汛期防洪限制水位為1180.5m。當入庫流量小于198.52m3/s時，按照入出庫平衡控制下泄流量；當入庫流量大于198.52m3/s而小于3120m3/s時，控制最大泄流191.82m3/s，壩前最高水位不超過1185.6m，并盡快降至汛限水位1180.5m以下；當入庫流量大于3120m3/s而小于5820m3/s時，控制最大泄流198.52m3/s，壩前最高水位不超過1188.02m，并盡快降至汛限水位1180.5m以下；當入庫流量大于5820m3/s時，以保壩為主，開啟所有泄洪設施敞泄。

5 結論

（1）王瑤水庫作為延安市唯一的可靠水源，發揮著不可替代的骨干作用。延安是一個水資源貧乏的地區，全市水資源總量少，時空分布不均勻，且水少沙多的矛盾突出。王瑤水庫多年平均入庫水量為3580萬m3，入庫懸移質輸沙量為846萬t，多年平均流量為1.13m3/s，多年平均懸移質含沙量為23.58kg/m3。

（2）王瑤水庫位于延安市延河支流杏子河中游，杏子河屬多泥沙河流，水庫運行42年以來，由于運行方式不盡合理，水庫淤積十分嚴重。水庫運行至今，僅1988～1990和1996年采用泄空排沙的運行方式，其它年份均采用蓄洪排沙，使泥沙在庫內落淤，截至2014年底，累積淤積14471萬m3，相當于運行42年來平均年淤積量345萬m3，占天然來沙量626萬m3的55%。即減輕杏子河下游及延河河道的泥沙淤積，對控制城區河道行洪斷面的抬升發揮一定作用。陜西水利

[1]李國安.淺析王瑤水庫運行方式與排沙減淤效果[J].陜西水利，2009.6:121-122.

[2]靳玲玲.王瑤水庫排沙清淤方法探討[J].水利科技與經濟，2013.09.

（責任編輯：唐紅云）

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