小浪底水庫支流攔門沙成因分析

□張心娜（黃河小浪底水資源投資有限公司）

小浪底水庫支流攔門沙成因分析

□張心娜（黃河小浪底水資源投資有限公司）

攔門沙問題是水庫運用常見的問題也是難題，文章通過對小浪底水庫多年實測和實體模型開展水庫攔沙后期運用方式長系列年試驗研究，對小浪底支流攔門沙成因進行了分析，提供了研究成果，明確了支流攔門沙變化趨態，提出了小浪底水庫攔門沙今后處理措施：利用自然力量，通過優化水庫調度方式塑造有利的水沙條件和淤積形態，消減支流攔門沙副作用，同時建議將水庫調度方式優化作為今后研究重點，強化研究，提出可控性且可操作性強的泄水方式。

小浪底水庫；支流攔門沙模型試驗；響應關系非工程措施

1 小浪底水庫概況

小浪底水庫為峽谷型水庫，平面形態上窄下寬。根據平面形態可劃分為兩段，上段自三門峽水文站至HH37斷面，長60.92 km、河谷底寬200～400 m；下段長62.49 km、河谷底寬800～1400 m、其中距大壩27～31 km之間河谷寬僅300 m左右。庫區支流原始庫容＞1億m3的有11條，均分布在水庫下段，水庫正常蓄水位275 m。

2 實體模型選用及試驗條件

小浪底水庫實體模型模擬范圍自三門峽水文站至小浪底大壩約124 km庫段，覆蓋了100%的干流庫容與支流大部分庫容。模型水平比尺1：300，垂直比尺1：60,變率5，模型糙率比尺1：0.88，沉速比尺1∶1.34，含沙量比尺1∶1.50，時間比尺1∶44.90。模型沙選用鄭州熱電廠粉煤灰。模型設計采用的相似條件包括水流重力相似、阻力相似、挾沙相似、泥沙懸移相似、河床變形相似、泥沙起動及揚動相似，同時考慮異重流運動相似，即異重流發生(或潛入)相似、異重流挾沙相似及異重流連續相似。研究使用的小浪底水庫模型曾進行了水庫攔沙初期調度方式研究和黃河調水調沙模型試驗研究，實踐證明實用準確。

研究采用的來水來沙條件暫采用小浪底入庫站資料，實際上由于沿程調整，在每條支流口的水沙條件會與入庫有不同幅度的差別。水沙條件采用2020年水平1960—1976年共17個年份設計系列。水庫調度方式為“多年調節泥沙,相機降水沖刷運用方式。

3 支流攔門沙成因分析方法

通過實體模型試驗，根據水庫“多年調節泥沙，相機降水沖刷”運用方式，采用水庫攔沙后期運用方式研究長系列年模型試驗對攔門沙各影響因素進行相關性分析，提出支流攔門沙影響機理。因篇幅原因，對具體研究過程不在贅述，僅提供研究成果，圖示也僅選取具有代表性的支流畛水河顯示。

4 支流攔門沙與來水來沙的響應關系

4.1 支流淤積量隨來水來沙條件的響應關系

支流年淤積量具有隨年來水來沙量的增大而增加的趨勢，但在在水量豐沛的年份，水庫調度往往會相機降水沖刷，在洪水期干流不僅不向支流倒灌，而且還會引起支流口門的沖刷。小浪底水庫攔沙后期模型試驗支流淤積量與干流來水關系見圖1。

4.2 支流攔門沙坎高度變化值隨干流來水來沙條件的響應

支流攔門沙坎高度年度變化值總體表現為隨年干流來水來沙量的增大而增加的趨勢，但因支流所處的邊界條件不同，攔門沙坎高度變化過程不同，之后趨于相對穩定，只隨來水來沙大小略有調整。小浪底水庫攔沙后期支流攔門沙坎高度變化值與干流來沙關系見圖1。

圖1 小浪底水庫攔沙后期模型試驗支流淤積量、攔門沙坎高度變化值與干流來水來沙關系圖

5 支流攔門沙與干流淤積形態的響應

支流相當于干流河床的橫向延伸，隨干流灘面的抬高，支流溝口淤積面同步上升。隨著庫區淤積，三角洲頂點不斷向壩前推進，支流攔門沙坎高度變化會受干流這種比降調整的影響，經歷一個先由小（三角洲異重流淤積段）逐漸變大（三角洲前坡段）再變小（三角洲頂坡段）并趨于穩定的過程。支流口門干流灘面淤積厚度增加較快時，攔門沙坎高度增加也較快。支流攔門沙坎高度變化值與支流溝口干流灘面高程變化值關系見圖2。

圖2 支流攔門沙坎高度變化值與支流溝口干流灘面高程變化值關系圖

6 支流攔門沙與干流輸沙流態的響應

與干流比降變化相一致，在異重流倒灌后期和明流倒灌初期，即在支流溝口干流位于三角洲前坡段至三角洲頂點推進到支流下游的一段時間（過渡期），支流攔門沙坎抬升迅速。在水庫三角洲頂點推過支流口門后，相同水沙搭配條件下，明流倒灌情況下河底高程抬升值總體大于異重流的抬升值。支流不同流態倒灌時攔門沙坎高度變化值與溝口干流灘面高程變化值關系見圖3。

圖3 支流不同流態倒灌時攔門沙坎高度變化值與溝口干流灘面高程變化值關系圖

7 結論及建議

7.1 小浪底庫區支流淤積主要為干流來沙倒灌所致。支流相當于干流河床的橫向延伸，隨干流灘面的抬高，支流溝口淤積面同步上升，支流攔門沙坎高度與干流倒灌流態關系密切。干流異重流倒灌支流，由于泥沙沿程分選淤積而呈現一定的坡降；當干流渾水明流倒灌支流，表現出支流溝口淤積較厚，溝口以上淤積厚度沿程減少，進而形成明顯的攔門沙坎，小浪底水庫運用以來支流攔門沙坎總體呈增加趨勢。

7.2 建議采用非工程或工程措施，利用自然力量，通過優化水庫調度方式塑造有利的水沙條件和淤積形態，延緩消減支流攔門沙副作用。具體措施包括；一是當水庫形態指標不滿足設計調水調沙要求時，增加近壩段排沙機會，如在汛末伺機進行一次降水沖刷；二是不增加新的沖刷機會，但在執行“相機降水沖刷”指令時適當延長或拓展（如增加造峰天數或優化控制指標等）；三是利用支流來水與蓄水能量疊加對攔門沙進行沖刷。四是在支流攔門沙處先開挖小槽，在口門處預留適當長度的擋水堰，以保障支流蓄水量。在水庫控制較低水位時，清除擋水堰，利用快速釋放的支流蓄水加大對攔門沙大的沖刷。以上措施的具體效果，建議做進一步研究，量化有關指標。

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1673-8853（2016）10-0016-02

2016-08-15

（責任編輯：國立杰）

張心娜（1982-），女，河南許昌，工程師。