漫灣水庫泥沙淤積發(fā)展規(guī)律及對下游水沙情勢影響分析

石雨亮，何成榮，梅志宏

(中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南昆明650051)

1 漫灣水庫概況

漫灣水庫為河道型水庫，回水與上游小灣水電站銜接，長約60 km，建庫前原河道縱比降為1.8‰。正常蓄水位994 m，建庫前相應庫容9.20億m3，庫沙比24，屬泥沙問題嚴重型水庫。小灣水電站投產(chǎn)前死水位為982 m(小灣水電站投產(chǎn)后為988 m)，死庫容6.63億m3(982 m)，調(diào)節(jié)庫容2.57億m3(以上庫容均為天然情況下庫容)；設置汛期(6月～9月)排沙限制水位985 m(2006年調(diào)整為988 m)，小灣水電站投產(chǎn)后取消汛期排沙限制水位。

漫灣水電站壩址流域面積為11.45萬km2，流域內(nèi)徑流以降雨補給為主，冰雪融水補給較少。漫灣水電站壩址下游約14 km有戛舊水文站，該站流域面積11.46萬km2，與漫灣壩址流域面積11.45萬km2相比非常接近，是設計的基本依據(jù)站，該站的徑流、泥沙等成果可直接用于漫灣壩址。根據(jù)漫灣水電站初步設計，壩址徑流系列為1953年6月～1983年5月，壩址處多年平均流量為1 230 m3/s，汛期6月～10月水量占全年水量的71.32%，輸沙率系列為1953年～1982年，壩址多年平均懸移質(zhì)輸沙率1 491 kg/s，懸移質(zhì)沙量4 704萬t，含沙量1.21 kg/m3。汛期6月～10月占全年來沙量的95.8%，平均含沙量1.60 kg/m3。多年平均推移質(zhì)量為150萬t。

2 水庫淤積現(xiàn)狀及影響分析

根據(jù)1979年、1996年、2000年、2003年、2005年、2009年、2014年歷次庫區(qū)實測地形資料，從水庫庫容變化、干流淤積情況、支流淤積情況等方面分析水庫泥沙淤積發(fā)展情況，并從來水來沙情況、水電站運行情況及小灣水電站施工、運行影響等角度分析淤積發(fā)展原因。

2.1 庫容變化

根據(jù)歷年實測庫區(qū)地形成果，統(tǒng)計水庫歷年庫容變化情況，成果見圖1。

圖1 漫灣水電站歷年庫容變化

從圖1可以看出，漫灣水庫正常蓄水位以下庫容、死庫容和有效庫容都在逐年減小，并且正常蓄水位以下庫容和死庫容的損失幅度較大、基本同步，大部分淤積在死庫容以內(nèi)，有效庫容損失幅度相對較小；從而說明電站水庫采用“蓄清排渾”的運行方式是比較有效的。自小灣水電站2009年投產(chǎn)以來，受小灣水庫攔沙影響，漫灣水庫庫區(qū)泥沙淤積明顯減緩，死庫容稍有減少。這主要是小灣水電站攔沙后，下泄沙量明顯減少同時均為細顆粒泥沙，僅僅在流速很小的水庫壩前段和中段才能落淤。這一點也反映在圖2和圖3中水庫淤積縱剖面變化中。

2.2 干流泥沙淤積分析

(1)干流淤積縱剖面。統(tǒng)計漫灣水庫歷年實測干流橫剖面深泓點，并繪制水庫干流淤積縱剖面圖(見圖2)。從淤積縱剖面看：水庫淤積形態(tài)為典型的三角洲淤積，洲頂逐年抬高并向壩前推進；到2014年，三角洲頂坡比降約為0.115‰、前坡比降約為2.03‰、洲頂高程約為981.8 m，三角洲洲頂距離壩址約17 km，目前漫灣水庫尚未達到?jīng)_淤平衡。初設階段預測15年淤積縱剖面與2009年實測(電站實際運行約15年)成果相差較大，在壩前段尤為明顯，除此段外實測淤積面要高于初設預測成果。這主要是受實際來水來沙條件及電站實際運行水位的影響。

圖2 漫灣水庫歷年實測縱剖面

圖3 小灣投產(chǎn)后漫灣水庫實測縱剖面對比

(2)從來水來沙條件看(見圖4)，1993年后，由于漫灣水庫蓄水，戛舊站流量、沙量已不是天然狀況，計算過程中采用水量平衡以及水沙相關的方法對戛舊站1993年以后水沙成果進行了還原。戛舊水文站1953年～2013年系列與1953年～1982年系列多年平均流量均為1 230 m3/s基本沒發(fā)生變化，沙量由4 704萬t增加至5 284萬t，增加12.3%；至2009年小灣投產(chǎn)前，漫灣水電站投產(chǎn)以來1993年～2008年多年平均入庫沙量6 467萬t，較初設時壩址多年平均沙量4 704萬t增加37.5%。這主要是由于從20世紀80年代開始隨著經(jīng)濟建設的發(fā)展，流域的生態(tài)環(huán)境破壞日益嚴重。一方面地方經(jīng)濟為求發(fā)展，生產(chǎn)經(jīng)營活動往往以犧牲生態(tài)為代價，如過度開荒、采礦等。另一方面，一些國家、省級重點工程的開工建設，也不可避免加劇了水土流失，從而導致戛舊水文站沙量有所增加。沙量增加在2000年左右尤為明顯，這與大理—保山高速公路、大理—漾濞公路分別于1998年、1999年開工建設有一定關系。小灣水電站的建成，將上游絕大部分來沙均攔截在其庫內(nèi)，漫灣水電站入庫沙量明顯減小。因此，自小灣水電站投產(chǎn)以來，漫灣水庫沖淤變化明顯減小。

圖4 戛舊水文站歷年水沙過程線

(3)從漫灣水電站運行水位來看：其初設要求水庫采用“蓄清排渾”的運行方式，汛期6月～9月降低庫水位至汛期運行水位985 m(2006年抬高為988 m、2009年小灣投產(chǎn)后為正常蓄水位994 m)運行，降低泥沙淤積面高程，在淤沙庫容大部分損失之后，將汛期主要沙峰的泥沙排出庫外；10月份開始蓄水至正常蓄水位994 m。但是水電站實際運行中歷年汛期運行水位均較設計值高(見圖5)，水庫運行水位的抬高，抬高了下游河床侵蝕基準面，從而導致庫區(qū)實際淤積量較設計成果增加，淤積面高程也較設計成果有一定抬高。

圖5 漫灣水電站歷年運行水位過程線

(4)干流典型橫剖面分析。從建庫前～2014年干流橫剖面的對比情況看，壩前段、庫中段剖面淤積嚴重，庫尾段剖面淤積相對較少；各剖面基本上為平淤，灘槽明顯的剖面主槽淤積厚度大于灘地淤積厚度；壩前段的剖面呈現(xiàn)逐年淤積且淤積層次分明，小灣投產(chǎn)后淤積明顯減輕(見圖6)；庫中段的剖面呈現(xiàn)逐年淤積，但近幾年開始淤積高程變化不大，在981 m左右(見圖7)；庫尾段淤積相對較少，小灣投產(chǎn)后斷面稍有沖刷(見圖8)；靠近小灣壩址的剖面由于小灣施工影響變化較大(見圖9)。

圖6 壩前段歷年橫剖面(LM22)

圖7 庫中段歷年橫剖面(LM44)

圖8 庫尾段歷年橫剖面(LM72)

圖9 庫尾段歷年橫剖面(LM76)

2.3 支流泥沙淤積分析

漫灣水庫庫區(qū)支流較少、也較小，僅在庫中有一條稍大的支流公郎河，該支流匯口距離漫灣壩址約21 km。根據(jù)歷次實測剖面資料進行了公郎河泥沙淤積分析。

公郎河歷年實測縱剖面見圖10。從圖10看：公郎河呈錐體淤積形態(tài)，錐體淤積末端位于LMG3剖面，淤積高程基本不變，河口處淤積高程逐年抬高，錐體淤積比降逐年變緩，建庫前～2009年依次為3.60%、2.64%、1.77%、1.24%、1.11%、1.00%(LMG1～LMG3河段)，2014年和2009年相比基本未發(fā)生變化；2005年淤積面對比2003年基本上沒有變化，說明公郎河在2003年左右已基本達到平衡，但是2009年較2005年淤積面又發(fā)生了一定程度的抬高，分析其原因與2006年以后汛期運行水位抬高有關、同時也受到了祥臨公路施工的影響；由于公郎河庫容較小，庫沙比較小，水庫很容易達到?jīng)_淤平衡，水平段淤積高程主要受近年水庫汛期運行水位影響，而蓄水以來長時段平均汛期運行水位對水平段淤積高程影響較小，至2009年公郎河已經(jīng)達到?jīng)_淤平衡。

圖10 支流公郎河實測縱剖面

2.4 下游水沙情勢變化

以漫灣壩下戛舊水文站實測水沙資料，分析漫灣水電站運行對下游河段水文、泥沙情勢的影響。

漫灣水電站僅具有不完全季調(diào)節(jié)能力，電站運行對于河道年平均流量影響微乎其微，僅對水量年內(nèi)分配有影響，對徑流的影響主要體現(xiàn)在“蓄豐補枯”，在小灣水電站投產(chǎn)前，漫灣水電站對對水量年內(nèi)分配影響較小；小灣水電站有產(chǎn)后，由于水庫具有不完全多年調(diào)節(jié)能力，導致下游戛舊水文站水量年內(nèi)分配變化明顯，枯期水量增加、汛期水量減小、水量年內(nèi)分配更加均勻(見圖11)。

從戛舊站1964年～2014年歷年實測懸移質(zhì)沙量看，上游水電站運行對沙量影響十分顯著，漫灣水電站投產(chǎn)前1964年～1992年戛舊水文站多年平均懸移質(zhì)沙量為4 714萬t；漫灣水電站投產(chǎn)后，水庫攔沙作用比較顯著，截止至小灣水電站投產(chǎn)前，1993年～2008年戛舊水文站多年平均懸移質(zhì)沙量為1 732萬t，期間漫灣水電站多年平均入庫懸移質(zhì)沙量6 467萬t，水庫攔沙率約為73%；小灣水電站投產(chǎn)后，2009年～2014年戛舊站多年平均沙量進一步減小為156萬t，僅為漫灣投產(chǎn)前戛舊站沙量的3.3%(見圖12)，期間漫灣水電站總淤積量僅659萬m3，每年淤積量僅為132萬m3，可見大部分泥沙均被上游小灣水庫攔截。

圖11 上游水電站投產(chǎn)前后戛舊水文站水量分配變化

圖12 戛舊水文站歷年實測沙量分配變化

3 結(jié) 語

(1)小灣水電站投產(chǎn)前，由于入庫沙量增加、汛期運行水位較高，漫灣水庫泥沙淤積速度較設計成果加快，壩前淤積高程以及庫區(qū)淤積縱剖面遠遠超過設計值。

(2)小灣水電站攔沙作用明顯，下泄基本為清水，對于緩解漫灣庫區(qū)淤積將起到積極影響；實測地形資料也顯示，小灣水電站投產(chǎn)以來，漫灣庫區(qū)泥沙淤積很少，小灣水庫攔沙作用明顯。

(3)瀾滄江中下游已建有功果橋、小灣、漫灣、大朝山、糯扎渡、景洪等6座水電站，實際排沙運行時，上下游梯級水電站應協(xié)調(diào)進行；就漫灣水電站而言，實際運行過程中應緊密結(jié)合上游小灣水電站實際運行情況，當小灣水電站進行排沙運行，出庫含沙量較高時，漫灣水電站應盡可能將低水位運行。

(4)漫灣水電站僅具有不完全季調(diào)節(jié)能力，其運行對河道年平均流量影響微乎其微，僅對水量年內(nèi)分配有影響，對徑流的影響主要體現(xiàn)在“蓄豐補枯”。在小灣水電站投產(chǎn)前，漫灣水電站對水量年內(nèi)分配影響較小；小灣水電站具有不完全多年調(diào)節(jié)能力，調(diào)節(jié)能力強，其投產(chǎn)后導致下游戛舊水文站水量年內(nèi)分配變化明顯，枯期水量增加、汛期水量減小、水量年內(nèi)分配更加均勻。

(5)漫灣水庫攔沙作用比較顯著，小灣水電站投產(chǎn)前漫灣水庫攔沙率約為73%；小灣水電站投產(chǎn)后，上游大部分泥沙均被小灣水庫攔截，漫灣水庫淤積量及出庫沙量明顯減少，下游戛舊水文站來沙量僅為漫灣水電站投產(chǎn)前戛舊站沙量的3.3%。