馮家山水庫淤積現狀分析

張 強

(寶雞市馮家山水庫管理局樞紐管理處，陜西 寶雞 721300)

就我國目前水庫現狀而言，水庫的運行年限因其規模及運行環境不同而有差異，其中大型水庫運行年限最長，中型水庫次之，小型水庫運行年限最小[1]。水庫作為水資源管理工作中的重要措施之一，是當前水庫運營管理的重點工作。在水庫的運行過程中，水庫淤積是減少水庫壽命的第一殺手。如何有效地減少淤積，掌握水庫淤積動態，成為當前水庫運行管理的重點研究課題之一[2]。

1 水庫概況

馮家山水庫位于陜西省寶雞市，始建于1970 年，是陜西省大型水利工程之一，距千河干流下游河口25.0 km,控制流域面積3232 km2，占全流域面積的92.5%[3]。多年平均徑流量4.85 億m3，年平均流量 15.4 m3/s，多年平均含沙量8.76 kg/m3，多年平均輸沙差469 萬噸。設計抗洪標準3400 m3/s,百年一遇;校核抗洪標準7200 m3/s,千年一遇,是一座以灌溉為主，兼有防洪、發電、養殖等綜合利用的大型水利樞紐[4]。

2 淤積監測

2.1 淤積監測

結合工程實際情況，馮家山水庫于建庫初期在其庫區布置共計35 個淤積觀測斷面，之后又增設了1 個副4 號斷面以滿足淤積測量和計算需要，使庫區布設的觀測斷面達到36 個。通過這36 個監測斷面開始進行連續性的庫區淤積觀測，淤積測量工作在每年的汛期到來前完成，監測頻率為兩年一次。目前可以進行正常定期觀測水庫淤積量和顆粒組成分析的觀測斷面為 30 個[5]。

2.2 庫容計算方法

馮家山水庫采用斷面法[6]和南方CASS7.1 分別進行庫區各個斷面上的淤積量觀測和現狀庫容計算。該方法首先將馮家山水庫劃分為若干斷面，再根據CASS 軟件和計算水位推算出交點的標高與水位之差，即各角點的挖或填方，然后由CASS 軟件劃分的網格計算出整個區域的挖方和回填量，其中回填量即該水位下的庫容[4]。

3 監測成果

3.1 水庫淤積情況

水庫總庫容3.89 億m3，有效庫容2.86 億m3，防洪庫容0.92 億m3，死庫容0.91 億m3。2013 年實測水庫淤積總量9837萬m3。1#～7#斷面為異重流堆積段，淤積量為3761 萬m3，占淤積總量的38.3%。8#～14#斷面為異重流過渡區段，淤積量為1329 萬m3，占淤積總量的13.5%。付14#～18#斷面為異重流細顆粒停留區段，該區段斷面寬度大，地勢平坦，淤積量為4117萬m3，占淤積總量的41.9%。19#～23#斷面為異重流過流區段，該區段河床比降大，以大顆粒淤積為主，淤積量為621 萬m3，占淤積總量的6.3%。水庫淤積特征值見表1。

表1 馮家山水庫淤積特征值

3.2 庫容損失情況

總淤積量（716.0 m）9837 萬 m3；總庫容（714.83 m）32967萬 m3，淤積量 9823 萬 m3；有效庫容（688.5 m～712 m）23650 萬 m3，淤積量 4955 萬 m3；死庫容（688.5 m 以下）4816 萬 m3，淤積量4282 萬 m3；調洪庫容（707 m～714.83 m）12697 萬 m3，淤積量415 萬 m3；攔洪庫容（707 m～708.8 m）2597 萬 m3，淤積量229 萬 m3；防洪庫容（707 m～708.8 m）2597 萬 m3，淤積量 229萬m3。其他特征水位對應庫容如表2 所示，水庫年水位—庫容關系曲線見圖1。

表2 其他特征水位對應庫容

圖1 水庫年水位—庫容關系曲線

4 成果分析

截止目前為止，馮家山水庫庫區淤積觀測共計完成了30次，河底高程692 m～716 m 處淤積總量實測為9837 萬m3，有效庫容淤積5306 萬m3，死庫容淤積4235 萬m3，其中年平均總淤積量151 萬m3，比設計年平均淤積量少104 萬m3。經計算，各庫容損失率為總庫容24.6%，有效庫容18.5%，死庫容45.9%，年平均庫容0.8%。由觀測數據推測，馮家山水庫庫區沿程的淤積泥沙粒徑分布規律為由上游向下游逐漸遞減，且回水變化庫段的淤積泥沙以較粗為主，常年回水末端及以下的淤積泥沙以細沙為主[4]。

4.1 泥沙特征

根據觀測結果，馮家山水庫入庫泥沙以懸移質為主，推移質較少，其中推移質約占懸移質的16%。庫區流域內表土的沖刷是入庫泥沙的主要來源，以細砂為主；同時，結合庫區泥沙顆粒分析結果，由于粗顆粒泥沙沉降速度快，一般淤積在庫區上游，而細顆粒泥沙沿程逐漸沉降，最終淤積在壩前的死庫容范圍內，因此庫區淤積泥沙粒徑的沿程分布是由上游向下游逐漸遞減。

4.2 淤積形態

根據觀測結果分析，馮家山水庫的淤積形態屬于典型的三角形淤積[7]，淤積的泥沙主要分布在壩前錐體段、三角洲頂破段，且形態受地形與河床高度的影響呈現不同特征。（1）三角洲尾部段淤積形態主要是較粗的推移質落淤，且淤積呈向上游延伸的趨勢，使得尾部段淤積量較少，比降相比于原河床較緩，淤積象限不是很嚴重；（2）三角洲頂坡段頂破較緩，前坡較陡，淤積發展趨勢呈現向上游延伸，伴隨高度增加現象。三角洲頂點隨水庫運用水位抬高后上移至12#斷面附近已穩定不變。由于推移質沙量不多，末端“翹尾巴”現象不甚明顯；（3）三角洲前坡段水深陡然增加，且流速急劇下降，使得水流的挾沙能力驟減，伴有有大量泥沙落淤；（4）異重流過渡段的占庫段長度較短，產生的淤積數量不多，使得淤積面與河床基本保持平行狀態，長度穩定；（5）壩前淤積錐體段大部分為死庫容，該段淤積物組成細淤積面幾乎呈水平狀態[8]。

5 結語

隨著水土保持工作的日益完善，流域生態問題不斷得到緩解，水庫運行期的要求也不再嚴格，但水庫泥沙淤積仍然是不可忽視的問題，需要得到廣泛關注，為水資源保護提供可靠保障。結合馮家山水庫的淤積形態以及目前的自然條件，建議在水庫影響區范圍內禁止肆意開槽取沙、加大生態流域治理、科學利用異重流排沙規律，從源頭防治水土流失，減少泥沙淤積量，有效延長水庫的運行時間。