子洲縣康家溝水庫泥沙淤積分析計算

燕荔

(陜西省水利電力勘測設計研究院陜西西安710001)

子洲縣康家溝水庫泥沙淤積分析計算

燕荔

(陜西省水利電力勘測設計研究院陜西西安710001)

本文以陜西省榆林市子洲縣康家溝水庫的水沙基礎資料以及庫區特性為基礎，運用經驗公式法及試擺淤積體法，對位于大理河一級支溝楊家溝上康家溝水庫進行泥沙淤積分析與計算,為研究多泥沙河流上的全攔全蓄小水庫工程，提供有益的幫助與借鑒作用。

水沙基礎資料；泥沙淤積；淤積形態；分析計算

1 流域概況

大理河屬無定河一級支流，發源于靖邊縣南部的白于山東部，自西向東依次流經靖邊、橫山、子洲，在綏德縣城附近匯入無定河。該流域地處陜北黃土高原腹地，屬黃土高原丘陵溝壑地貌，西部以黃土梁狀丘陵為主，東部以黃土峁狀丘陵為主，梁峁起伏，溝壑交錯。地勢西高東低，海拔高度在863m～1405m之間。流域內植被較差，水土流失嚴重。

大理河流域面積3906km2，分布在綏德、子洲、橫山、靖邊、子長等五個縣，干流全長170km，平均比降3.16‰。大理河在子洲縣境內流域面積為1385km2，河長60km。大理河左岸較大支流有小理河、焦家河、岔巴溝等，右岸有青陽岔、槐樹岔、駝耳巷溝等。

2 工程概況

擬建的康家溝水庫及供水工程位于大理河左岸的楊家溝內，該工程包括大壩、張家寨取水樞紐、張家寨泵站和供水管線四部分。通過設在大理河干流的泵站，將大理河地表徑流抽至康家溝水庫進行調蓄。張家寨泵站均位于子洲縣城上游大理河左岸，距縣城約3km。泵站取水口位于大理河干流。

康家溝水庫及供水工程建筑物主要由康家溝大壩、張家寨取水樞紐、抽水泵站及供水管道等部分組成。設計大壩為均質土壩，壩高50.0m，壩頂寬7.0m，總庫容306.2萬m3，壩頂高程958.5m，正常蓄水位955.5m，死水位934m。

3 水庫運行方式及泥沙調度方式

根據設計水平年子洲縣雙湖峪鎮、苗家坪鎮城鎮居民綜合生活用水以及苗家坪工業園區內各企業工業生產用水要求，考慮附近大理河水源特點，大理河為多泥沙河流，泥沙淤積致使不能布置蓄水工程，這就要求把大理河受沙限要求的水量調入有條件的水庫中進行調蓄。

經對附近有條件的河、溝進行綜合勘察分析，選取在楊家溝修建康家溝水庫。大理河調水入康家溝水庫，經康家溝水庫調蓄，滿足工程需水要求。

楊家溝流域徑流量為7.17萬m3，遠小于工程需水量691萬m3，可將楊家溝本流域徑流量作為生態流量下泄。

大理河為多泥沙河流，直接由大理河抽水入庫，必然抽水攜沙，加大康家溝水庫淤積。

故在大理河泵站處設置泥沙處理設施，處理后的清水從泥沙設施出水口的輸水管道進行供水，若處理后的清水水量滿足受水區需水要求，余水通過泵站抽水充庫；若不滿足，則由水庫進行補水。

在水庫滿足供水效益條件下，康家溝水庫工程，采用全蓄全攔的水庫調度運行方式。

4 基礎資料

根據工程布置及水庫運行方式，進康家溝水庫的沙量由兩部分組成：

4.1 康家溝水庫本流域來沙量

康家溝水庫壩址多年平均懸移質沙量為1.89萬t，各月分配過程見表1，推懸比按10%計，推移質輸沙量為0.189萬t。懸移質與推移質合計值為2.08萬t。

表1 壩址斷面多年平均懸移質輸沙量各月分配表

4.2 庫區塌岸沙量

根據地質資料提供：954m高程時的最終塌岸方量為71.3萬m3，其中近壩址處有10.7萬m3塌岸量；水位960m高程時的最終塌岸方量為82.0萬m3，其中近壩址處有11.5萬m3塌岸量。

5 基礎資料的分析采用

5.1 康家溝水庫本流域來沙量

康家溝水庫壩址年入庫沙量推移質、懸移質為2.08萬t。

5.2 庫區塌岸沙量

對壩前塌岸量進行工程地質分析，結合施工組織設計要求，近壩址處塌岸量可作為上壩料處理，不計入總塌岸量中，所以根據不同高程塌岸量，954m高程時的最終塌岸方量為60.6萬m3，960m高程時的最終塌岸方量為70.5萬m3，進行線性內插，得出水位955.5m高程時的塌岸量為63萬m3。

結合工程實際情況分析，水庫蓄水后導致庫岸再造，最終形成一個相對穩定的岸坡，其中坍岸方量中一部分在坍岸范圍內自身穩定，另一部分塌落到庫區內，偏于對工程安全考慮，總塌岸量63萬m3在水庫運行初期塌落至庫區。

6 泥沙淤積計算目的

根據規范要求，結合本工程特點，泥沙淤積計算目的為：水庫運行30年后的水位庫容曲線；水庫運行30年的淤積形態和壩前淤積高程；在水庫淤積30年床面上進行不同工況回水計算。

圖2 康家溝水庫錐體淤積縱剖面示意圖

7 淤積計算成果

7.1 淤積形態

①橫向淤積分布

由于康家溝水庫壩址處庫內水深較大，淤積使河道整個斷面淤高，故淤積橫向分布按照不分灘槽計算。

②壩址縱向淤積型態判別與分析計算

式中：α'——淤積形態判別系數，α'＜2.2，為錐體淤積，α'＞2.2，為三角洲淤積或帶狀淤積。

V——汛期平均庫水位以下庫容，V= 101.32萬m3；

Ws——多年平均入庫沙量，Ws=1.54萬m3；

J0——庫區原河道比降，以萬分率計，J0=170。

經計算，α'為0.39＜2.2，故按錐體淤積形態進行淤積分布計算。

7.2 淤積末端位置的確定

圖1 水庫錐體淤積縱剖面示意圖

圖中：Jo——為壩址以上天然河床平均比降；

L0——最高庫水位與原庫底AB的水平交點距壩址的距離；

L——淤積起點A距壩址的距離，其中L=KL0，系數K此次取1.0；

J——水庫錐體淤積后的比降。

根據上述水庫淤積縱剖面示意圖（圖1），泥沙淤積量應等于錐形AOB的體積。康家溝水庫擬定采用全攔全蓄運用方式，根據溝道縱斷面圖，壩址處河床高程位置為B，即B點高程為911m（溝底），該庫最高庫水位955.5m與原庫底線的水平交點A的位置，從溝道縱斷面，根據水庫實際情況，選k=1.0，根據公式L=kL0計算，則淤積末端A距離壩址距離為：L=1.592km。

表2 康家溝水庫不同運用年限庫容曲線計算成果表

7.3 試擺確定淤積部位

從淤積末端A出發，試作幾條淤積縱剖面線，交于壩軸線于O，即壩前淤積高程，使錐體AOB體積等于淤積量46.2萬m3，其淤積面AO線即為所求的淤積面。

根據所剖的溝道縱斷面、18個橫斷面，假設不同的壩前淤積高程，通過試算，確定壩前淤積高程。

圖3 康家溝水庫不同運行年限庫容曲線

經過試算，壩前淤積高程為945m時，淤積總量為92.28萬m3；壩前淤積高程為943m時，淤積總量為78.09萬m3；壩前淤積高程為942m時，淤積總量為75.24萬m3；壩前淤積高程為929m時，淤積總量為33.12萬m3，當壩前淤積高程為932m時，淤積總量為46.36萬m3，與實際淤積量46.2萬m3基本一致，可以認為AO線為所求的淤積面，比降為i=14.6‰。康家溝水庫淤積形態分布結果見圖4。

7.4 淤積庫容曲線計算結果

由天然水位～庫容曲線及水庫運用30年，46.2萬m3泥沙形成錐體淤積形態，并考慮庫區塌岸63萬m3，累計侵占庫容容積約109.2萬m3，可得到水庫運用30年的水位～庫容曲線。成果見表2及圖5。

7.5 死水位

水庫30年淤積量為109.2萬m3，壩前淤積高程為932m，淤積坡降14.6‰。水庫供水建筑物進口布置在庫內，取水形式為分層取水放水塔，可適應不同高程的取水要求。輸水管道取水采用分層取水，根據供水建筑物的布置，本階段確定康家溝水庫壩址死水位934m。

8 結論與建議

通過子洲縣康家溝水庫泥沙淤積分析計算，可以得出：

在多泥沙河流上修建小水庫，采用經驗公式法及試擺淤積體方法計算泥沙淤積量以及壩前淤積高程，簡單方便，可大大提高工作效率。為水庫確定死水位和調節庫容，提供了基礎參數；也為確定供水建筑物進水口的最低高程，引水建筑物的布置提供依據，以便更合理的確定水利樞紐工程的總體布置。陜西水利

[1]韓其為.水庫淤積[M].北京：科學出版社，2003，40～80.

[2]陜西省水利科學研究所河渠研究室、清華大學水利工程系泥沙研究室.水庫泥沙[M].北京:水利電力出版社，1978，29～80.

（責任編輯：暢妮）

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