甫牙水庫工程擋水壩壩前泥沙沖淤分析

胡德保

（中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣東 廣州 510220）

我國河流含沙量地區差別較大，水工建筑物設計應考慮泥沙帶來的不利影響。近年來，玉鳳鎮持續干旱，已對民生造成了極大影響。2014年廣西水利廳下發了《關于加快推進廣西2014年～2016年抗旱規劃實施方案建設項目前期工作的通知》，甫牙水庫被正式列入防汛抗旱規劃重點建設項目。本文針對能帶河流域上游的甫牙水庫工程擋水壩壩前泥沙沖淤展開分析。

1 流域概況

玉鳳鎮位于廣西西部，2005年獲國務院批準撤縣建鎮，屬田陽縣管轄，行政區域面積583 km2，是全縣土地面積最大的鄉鎮。玉鳳鎮包括17個行政村，144個自然屯，是田陽縣縣域北部的經濟區中心，是以政治、經濟、旅游、林化等產業為輔的農貿型城鎮。

甫牙水庫位于玉鳳河的支流——能帶河上游，壩址位于玉鳳鎮甫牙村附近，距田陽縣城區約52.0 km。水庫集雨面積10.38 km2，主河流長度5.46 km，河床平均比降為37‰。

2 淤積量計算

2.1 洪水

本次洪水復核采用瞬時單位線法推求水庫設計洪水[1～2]。瞬時單位線計算時，根據《廣西暴雨徑流查算圖表》（1984年），甫牙水庫庫區產流分區屬于第5區（Wm=80 mm，K=0.9，b=2），匯流分區屬于第三分區（m1=0.87，n=2.86），退水分區屬于第5區，穩滲f取10 mm/h。根據以上方法計算得甫牙水庫洪水成果見表1。

表1 甫牙水庫洪水計算成果表

2.2 泥沙

因甫牙水庫流域無實測泥沙資料，故參考《廣西水文圖集》和《地表水資源》，可得水庫壩址處的懸移質多年平均輸沙模數為180 t/km2，懸移質年輸沙量W＝年輸沙模數×集雨面積。經計算，甫牙水庫W=180×10.38＝0.19萬t[3]。推移質由于缺乏實測資料只能粗略估算，即認為一定地區和河道的推移質和懸移質在數量上存在一定的關系:

β為系數，是推移質與懸移質的比值，本流域取用0.2。據此推算，甫牙水庫推移質輸沙量為0.2×0.19＝0.04萬t。故甫牙水庫壩址處年輸沙量為0.23萬t。

3 擋水壩壩前泥沙沖淤分析

3.1 淤積形態判別

根據陜西省水利科學研究院和清華大學水利系研究的經驗公式:

式中:V為正常蓄水位以下庫容，V=78萬m3；WS為入庫沙量，多年平均入庫沙量取0.23萬t；J0為庫區原河床平均比降，取值37‰。

K＜2.2為錐體，K＞2.2 為三角洲或帶狀。經計算，甫牙水庫在其工程設計使用期限內壩址K=0.92，為錐體淤積形態。

3.2 泥沙淤積量計算

根據泥沙分析與計算成果，泥沙容重取1.3 t/m3。甫牙水庫屬小（1）型水庫，正常運行的淤積年限為50年，采用多年平均排沙比法確定水庫泥沙淤積量[4～5]:

式中:V沙為水庫泥沙T年淤積庫容，萬m3；（1-η）為水庫攔沙率，按照《泥沙設計手冊》中Brune攔沙率曲線，本工程攔沙率按85%計；G為多年平均輸沙模數，t/km2；F為集水面積，km2；T為泥沙淤積年限，年；γs為泥沙容重，t/m3。

泥沙淤積平衡坡降按下式進行計算:J=0.79J0（HQJ0）0.17

式中:J為泥沙淤積平衡比降；J0為庫區原河道比降；H為水庫壅水高度，取27 m；Q為多年平均入庫流量，取0.171 m3/s。計算得J=21.45‰。

利用水庫的水位庫容曲線，推算出相應庫容對應的水位高程。然后結合以上計算出的泥沙淤積量、泥沙淤積平衡坡降以及水庫淤積形態，采用經驗面積減少法（經驗面積減少法是由美國博蘭和米勒建立，后經萊拉修正，用來對水庫淤積分析做出粗略預估的一種方法，適用于某些資料相對較少和泥沙設計相對簡單的水庫泥沙計算）分別查出各淤積年限的水平淤積高程并分析其壩前淤積高程（淤積年限10年、20年、30年、40年、50年的計算距離分別取 1.0 km、1.1 km、1.2 km、1.35 km、1.5 km），成果見表 2。

表2 甫牙水庫泥沙淤積計算成果表（不考慮排沙情況下）

由表2可知，不考慮排沙情況下，采用多年平均排沙比法算得甫牙水庫建壩后50年淤沙量為6.10萬m3，泥沙淤積對水庫運行存在一定影響，需設置沖砂孔進行沖砂。根據水工布置，甫牙水庫沖砂孔設在左壩段，結合現狀河床高程以及受其上生態放水孔底高程558.00 m限制，沖砂孔底高程選取553.00 m，沖砂孔尺寸2 m×2 m。

甫牙水庫有效庫容V為74萬m3，多年平均來水量為541萬m3=0.14，查水工設計手冊蓄水水庫多年平均攔沙率經驗關系，得甫牙水庫多年攔沙率為85%。因此，甫牙水庫下泄排沙量為0.0345萬t/a，運行50年年排沙量約為1.73萬m3，減少水庫淤積庫容1.73萬m3。考慮沖砂后，水庫運行50年淤積庫容為4.37萬m3，查水平淤積高程并分析壩前淤積高程為557.14 m，而本次確定的死水位為560.00 m，相應死庫容為4.5萬m3，可減少泥沙淤積對水庫的運行影響。

4 結論

（1）甫牙水庫懸移質年輸沙量為0.19萬t，推移質泥沙取值為懸移質泥沙的20%，則推移質泥沙年輸沙量為0.04萬t。甫牙水庫多年平均年輸沙總量為0.23萬t。

（2）甫牙水庫在使用期限內壩址K=0.92，為錐體淤積形態。

（3）在不考慮排沙情況下，甫牙水庫建壩后50年淤沙量6.15萬m3，泥沙淤積對水庫運行存在一定影響，需設置沖砂孔進行沖砂。