虎渡溪航電工程泥沙分析

蔡炳云（上海勘測設計研究院有限公司四川成都610094）

工程

虎渡溪航電工程泥沙分析

蔡炳云
（上海勘測設計研究院有限公司四川成都610094）

本文以岷江虎渡溪航電工程為研究對象，通過對彭山水文站泥沙資料進行統計分析，研究了本工程受上游紫坪鋪水庫影響的泥沙特性變化，進行了水庫泥沙淤積計算，確定了本工程泥沙調度方式，解決了工程泥沙問題。并在此基礎上進行水庫回水計算，為工程征地移民提供數據支撐。

調度方式；工程泥沙；水庫回水

1　工程概況

岷江為長江上游左岸一級支流，是四川省中部的一條重要河流。岷江干流自北向南流經四川省中部的茂縣、汶川、都江堰，穿成都平原，經樂山并接納大渡河和青衣江至犍為納馬邊河，于宜賓市匯入長江，其流域面積13.6萬km2，干流全長735km，天然落差3560m，都江堰市以上為上游，都江堰至樂山為中游，樂山以下為下游。岷江干流（彭山江口至樂山岷江三橋段）規劃河段長102.4km，落差65.4m，平均比降0.64‰，區間集雨面積3349km2。

虎渡溪航電工程是岷江干流（彭山江口至樂山岷江三橋段）航電梯級開發規劃中的第六級，正常蓄水位391.00m，利用落差9.0m，裝機容量4.8萬kW。上接擬建的季時壩水電站，下接在建的漢陽水電站。

虎渡溪航電工程所在河道的演變受上段河勢變化、彎道水流和兩岸沖溝的綜合影響。岷江汛期流量大，相應的水流挾沙能力強，泥沙輸移量也大，當其運動至節點間的寬闊河段時，水流擴散、流速減緩，泥沙落淤，形成沙卵石江心洲或邊灘。中枯水期水流歸槽、流量集中，流速增大，洪期淤積于河道的堆積物得以沖刷，恢復原河道斷面，但是隨水流組合和方向的改變，汊道、江心洲、河彎和過渡段等不同類型的灘險隨即出現。受節點收縮和峽谷河段形態的控制，從上游沖刷運動的推移質經過具備沉落條件的深潭則逐漸下沉，年復一年，形成了灘險的洪淤枯沖、深潭則洪沖枯淤的歷史演變過程。

河道的長期演變使虎渡溪段河道岸線總體上趨于穩定，多年來沖淤變化基本平衡，河勢的變化也主要表現為局部的沖淤變化。

2　河流泥沙

2.1懸移質

2.1.1壩址天然懸移質泥沙分析計算

采用彭山水文站1979年～2005年實測懸移質資料。泥沙資料統計分析可知，從1996年～2005年的10年中，懸移質年輸沙量為200萬t～350萬t，較前17年數據有明顯減少，其主要原因是近年岷江上游退耕還林措施的實施以及水土保持工作的完善。根據彭山水文站1979年～2005年月平均懸移質輸沙率資料，推求得彭山水文站懸移質年輸沙率為655萬t，含沙量為0.352kg/m3，輸沙模數為214t/km2。

2.1.2紫坪鋪建庫后壩址泥沙

考慮紫坪鋪水庫對紫坪鋪壩址以上的泥沙具有一定的攔截作用，虎渡溪壩址的懸移質泥沙應為紫坪鋪水庫的下泄懸移質泥沙加上紫坪鋪～虎渡溪區間懸移質泥沙。

根據《四川岷江紫坪鋪水利樞紐工程運行調度專題研究報告》，紫坪鋪水庫多年平均懸移質輸沙量為738萬t，水庫運行50年內（50年以上達到沖淤平衡）平均排沙率為15%，紫坪鋪水庫的下泄懸移質泥沙為111萬t。

表1　泥沙特征值表

表2　泥沙特征值表（考慮紫坪鋪）

紫坪鋪～虎渡溪區間多年平均懸移質輸沙量推求：以彭山水文站為設計依據站，按集雨面積比推算紫坪鋪～虎渡溪區間年平均懸移質輸沙量209萬t。紫坪鋪水庫的下泄懸移質泥沙加上紫坪鋪～虎渡溪區間懸移質泥沙即為虎渡溪壩址懸移質泥沙，壩址多年平均懸移質輸沙量為320萬t。2.1.3懸移質泥沙顆粒級配

根據水文站懸移質顆粒實測資料分析計算，本河段懸移質泥沙顆粒級配成果采用水文站實測成果。

2.2推移質

由于上游紫坪鋪水庫的攔沙作用，本次推移質輸沙量只考慮紫坪鋪～虎渡溪區間，按懸移質的10%估算，推移質輸沙量20.9萬t。

3　工程泥沙

3.1調度方式初擬

流域的泥沙主要來自降水對流域表層的侵蝕及流域內人類活動的影響。上游紫坪鋪水庫為不完全年調節水庫，紫坪鋪水庫對紫坪鋪壩址以上的泥沙具有一定的攔截作用。虎渡溪壩址的懸移質泥沙應為紫平鋪水庫的下泄懸移質泥沙加上紫坪鋪～虎渡溪區間懸移質泥沙。

虎渡溪電航樞紐庫區兩岸農業發達，人口稠密，因此要求盡量減少庫區泥沙淤積，降低水庫回水水位，以減少庫區淹沒損失。由此確定本工程泥沙設計的主要任務為：擬定合理的水庫泥沙調度方式，并達到減少水庫淹沒損失和盡量減小對兩岸防洪的影響。

利用水庫調沙，關鍵在于調沙庫容的恢復。水庫只淤不沖，勢必產生嚴重淤積，從而造成調節庫容損失較大，影響上游梯級抬高洪水位等不利情況。因此，必須采取適當的沖沙措施，將淤積在庫內的泥沙排出庫外，如此沖淤交替，才能達到利用水庫調度泥沙的目的。為此，結合岷江河段流域水沙特性，同時結合下游漢陽電航工程的運行方式，初選虎渡溪樞紐汛期泥沙調度方式按分界流量進行控制，流量大于分界流量停機沖沙。根據彭山水文站中水年1979年的水沙資料統計，各級流量出現天數見表4。

根據典型年1979年水沙資料統計日均流量大于2900m3/s出現3天，且沙量占的比重較大，初定分界流量采用2900m3/s。

根據以上分析，初擬虎渡溪樞紐水庫泥沙調度方式如下：

（1）當入庫流量小于2900m3/s時，庫水位在正常蓄水位391m～死水位390.5m之間消落發電。

（2）當入庫流量大于2900m3/s時，水庫閘門逐步開啟沖沙，電站停機，年平均停機時間約3天。

（3）如果汛期沒有出現大于2900m3/s以上的洪水，應在每年汛末出現中小洪水時適當安排2～3次夜間低谷時段敞泄停機、集中水流沖沙，利用推移質溯源沖刷原理降低壩前的泥沙淤積高度，解決庫區淤積及樞紐取水防沙問題，每次沖沙時間以6h為宜。

3.2泥沙沖淤及回水計算

虎渡溪電航樞紐工程水庫泥沙沖淤計算采用《SUSBED-2》水庫泥沙沖淤計算數學模型。

表3　懸移質泥沙級配成果表

表4　典型年1979年各級流量出現天數統計表

圖1　水庫淤積20年縱斷面圖

圖2　岷江干流汛期回水成果

圖3　岷江干流非汛期回水成果

3.2.1基本資料

（1）水庫縱橫斷面資料：根據地形變化，庫區干流約16.67km范圍內共布設了28個斷面，斷面資料均為實測資料。

（2）庫區閘前水位調度：非汛期為正常蓄水位391m（推薦方案），汛期按擬定的運行方式，入庫流量小于2900m3/s水庫維持在正常蓄水位391m（推薦方案）運行，當入庫流量大于2900m3/s，全閘打開沖沙，閘前水位按泄流曲線確定。

（3）入庫水沙條件：水沙資料采用3個典型年的水沙過程并考慮上游已建梯級紫坪鋪的攔沙作用。

3.2.2泥沙沖淤計算

庫區20年后泥沙淤積總量為530萬m3，排沙比為92%。建庫后壩前水位壅高，水庫運行20年庫區泥沙淤積均在死水位以下，泥沙主要分布在河床槽內，邊灘淤積較少。庫區無集中的堆積體出現，局部礙航的可能性較小。

3.3回水計算

在泥沙沖淤計算的基礎上，并根據《水利水電工程水庫淹沒處理設計規范》和《防洪標準》規定，土地的淹沒賠償標準采用5年一遇洪水重現期（P=20%），人口、房屋的淹沒賠償標準采用20年一遇洪水重現期（P=5%）、電站庫區防洪堤的設防標準為50年一遇洪水重現期（P=2%）進行回水計算。

4　結語

根據彭山水文站泥沙資料，對虎渡溪電航工程泥沙進行了研究分析，并通過數學模型計進行泥沙沖淤計算，確定了分界流量為2900m3/s的泥沙調度方式，大于2900m3/s時年平均停機沖沙天數約為3天，根據泥沙調度方式，計算水庫運行20年后的沖淤情況，為工程發電以及航運做好數據支撐，并在泥沙沖淤計算的基礎上進行回水計算分析，為水庫防洪及工程移民提供數據支撐。陜西水利

（責任編輯：唐紅云）

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