新疆克孜爾水庫(kù)運(yùn)行庫(kù)水位對(duì)汛期排沙比的影響分析

胡浩

（水利部新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊830000）

1 工程概況

克孜爾水庫(kù)壩址位于干流木扎提河與支流黑孜河交匯處下游500 m處，是一座防洪、灌溉、兼顧發(fā)電的多任務(wù)大（I）型水利樞紐。入庫(kù)徑流主要來(lái)源為上游冰川融水及降水混合補(bǔ)給，入庫(kù)水沙年際變化不大，但是年內(nèi)分配不均勻。根據(jù)系列水文資料顯示，克孜爾水庫(kù)的多年平均入庫(kù)泥沙主要集中在汛期6～8月份，占年平均入庫(kù)的一半以上。支流黑孜河上游水流挾帶泥沙沿河道右岸流向“魚嘴”。在“魚嘴”附近與干流木扎提河交匯，兩股水流相互混摻，能量受到削弱，攜帶泥沙原地落淤，最終形成淤積錐體[1]，見(jiàn)圖1。

圖1 克孜爾水庫(kù)泥沙淤積現(xiàn)狀圖

淤積錐體的形成不僅阻斷了木扎提河的泥沙通道，而且使得黑孜河的泥沙也不斷落淤庫(kù)內(nèi)。據(jù)水庫(kù)管理局提供的實(shí)測(cè)資料顯示，庫(kù)區(qū)泥沙淤積量是預(yù)計(jì)淤積量的2倍，庫(kù)區(qū)河床逐年增高，庫(kù)容不斷損失，已經(jīng)嚴(yán)重威脅到水庫(kù)的使用壽命。清理庫(kù)區(qū)淤積泥沙，增加出庫(kù)沙量，從而延長(zhǎng)水庫(kù)使用壽命，已刻不容緩。

2 清淤方案比選

為減緩泥沙淤積，水庫(kù)管理局采用清淤船、人工開(kāi)挖、機(jī)械開(kāi)挖等方式對(duì)庫(kù)區(qū)泥沙進(jìn)行清理，但成效不大，且費(fèi)用高昂。故考慮調(diào)節(jié)水庫(kù)運(yùn)行方式，利用水流自身將泥沙挾帶出庫(kù)，并將庫(kù)區(qū)已淤積的泥沙沖刷出庫(kù)。

2.1 敞庫(kù)排沙

敞庫(kù)排沙是指在來(lái)洪期間，上游來(lái)水全部向下游傾瀉，水庫(kù)不壅水。此方式能夠?qū)⑸嫌蝸?lái)沙的全部或者大部分跟隨來(lái)水排出庫(kù)外，甚至可以將庫(kù)區(qū)淤積的泥沙沖走，排沙效果較好[2]，比較適合克孜爾水庫(kù)這種前期有泥沙淤積的水庫(kù)。但綜合考慮水庫(kù)的運(yùn)行任務(wù)：防洪、灌溉、發(fā)電，水庫(kù)協(xié)調(diào)各方難度較大，且為保證下游城鎮(zhèn)、人員、財(cái)產(chǎn)等安全，水庫(kù)的最大下泄流量不能超過(guò)750 m3/s，故此方案不能實(shí)現(xiàn)。

2.2 低水位排沙

低水位排沙是在汛前將水庫(kù)泄空或者留有足夠的庫(kù)容，用以接納上游洪水。隨著庫(kù)水位的下降會(huì)產(chǎn)生溯源沖刷和沿程沖刷[3-4]，不僅能夠?qū)稁嗌硾_刷出庫(kù)，而且在下游形成沖刷漏斗，不斷向上游延伸，剖切淤積體[5]。該方式能減少泥沙落淤，沖刷已淤積的泥沙，需水庫(kù)保持低水位運(yùn)行。

2.3 壅水位排沙

異重流排沙是壅水排沙的主要方式，其運(yùn)行機(jī)理是挾沙水流進(jìn)入庫(kù)區(qū)壅水段，因兩股水流的重度不同，挾沙渾水下潛至清水以下，在重力沿水流方向分量作用下，沿庫(kù)底向壩址運(yùn)行。此排沙方式排沙效果好，可以將下部渾水排出庫(kù)外，將上部清水滯留庫(kù)內(nèi)，達(dá)到“蓄清排渾”的目的。但該方式產(chǎn)生的條件苛刻[6-7]，運(yùn)行規(guī)律難以把握，排沙時(shí)間不好把控，較難實(shí)現(xiàn)。

綜上比較，低水位運(yùn)行排沙較易實(shí)現(xiàn)，水庫(kù)管理者可以通過(guò)調(diào)節(jié)閘門開(kāi)度來(lái)降低庫(kù)水位，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)低水位運(yùn)行排沙。

3 庫(kù)水位對(duì)排沙比的影響

庫(kù)區(qū)上游來(lái)水來(lái)沙年內(nèi)分配不均勻，多集中在汛期，水庫(kù)多年洪水期間水庫(kù)運(yùn)行水位與排沙比資料統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1～3（S'為出庫(kù)沙量）。

表1 克孜爾水庫(kù)歷年汛期排沙比統(tǒng)計(jì)（庫(kù)水位在1142.0 m）

表2 克孜爾水庫(kù)歷年汛期排沙比統(tǒng)計(jì)（庫(kù)水位在1 138.0-1 142 m）

表3 克孜爾水庫(kù)歷年汛期排沙比統(tǒng)計(jì)（庫(kù)水位在1 133-1 138 m）

由表1～3可知：①當(dāng)水庫(kù)水位在1 142.0 m左右運(yùn)行時(shí)，汛期水庫(kù)的排沙比幾乎為零，排沙效果差，上游來(lái)水挾沙幾乎全部淤積在庫(kù)內(nèi)；②當(dāng)庫(kù)水位逐漸降低到1 138.0-1 142.0 m時(shí)，水庫(kù)的出庫(kù)泥沙比例相對(duì)1 142 m運(yùn)行水位時(shí)高，排沙效果稍好，但仍有大部分泥沙不能排除庫(kù)區(qū)，隨著挾沙水流能量削弱落淤庫(kù)內(nèi)；③當(dāng)庫(kù)水位在1 133.0-1 138.0 m低水位運(yùn)行時(shí)，來(lái)洪期間出庫(kù)泥沙明顯比高水位要多很多，排沙效果也相對(duì)顯著。

根據(jù)歷年實(shí)測(cè)資料，點(diǎn)繪克孜爾水庫(kù)運(yùn)行庫(kù)水位與出庫(kù)泥沙比例的關(guān)系圖，見(jiàn)圖2。

圖2 克孜爾水庫(kù)運(yùn)行庫(kù)水位與排沙比關(guān)系圖

由圖2可知：在汛期，庫(kù)水位降至死水位時(shí)排沙比最大，在1 139 m附近時(shí)排沙比最低。后隨著庫(kù)水位增加，排沙比有所回升，但回升幅度不大；在非汛期，隨著庫(kù)水位不斷增加，排沙比整體趨勢(shì)是逐漸下降，但下降幅度不大。

4 結(jié)語(yǔ)

泥沙淤積問(wèn)題日趨嚴(yán)重，尤其對(duì)于克孜爾水庫(kù)這種山區(qū)大庫(kù)盤水庫(kù)。為減少上游來(lái)水來(lái)沙在庫(kù)區(qū)的淤積，提高水庫(kù)運(yùn)行效率，延長(zhǎng)水庫(kù)使用壽命，筆者通過(guò)分析水庫(kù)運(yùn)行方式分析得出以下幾點(diǎn)結(jié)論，希望能為水庫(kù)運(yùn)行管理提供幫助：

（1）相對(duì)敞庫(kù)排沙與壅水排沙，低水位排沙方式在保證下游安全泄量前提下，通過(guò)調(diào)節(jié)閘門開(kāi)度即可實(shí)現(xiàn)，對(duì)于水庫(kù)管理者操作簡(jiǎn)便，易于管理，更加適合克孜爾水庫(kù)。

（2）庫(kù)水位在死水位1 135 m附近，排沙效果最好。隨著水位升高，排沙效果減弱。

（3）在保證下游安全前提下，能協(xié)調(diào)好防洪、灌溉、發(fā)電各方關(guān)系時(shí)，建議水庫(kù)保持低水位運(yùn)行。