玉龍水庫汛期排沙運行水位設置的必要性分析

樊述全

（貴州省水利水電勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550002）

1 工程概況

玉龍水庫壩址位于威寧縣哈喇河鄉與岔河鄉交界處的毛壩子村，所在哈喇河為長江流域牛欄江橫江水系牛欄江右岸一級支流，壩址以上集水面積538 km2，主河道河長41.4 km，主河道平均坡降11.2‰。玉龍水庫壩址懸移質多年平均輸沙模數取1200 t／km2，推移質按懸移質的20%計，泥沙容重1.3 t／m3，壩址處多年平均懸移質含沙量3.784 kg／m3，多年平均年輸沙量77.47 萬t，其中懸移質64.56 萬t，推移質12.91 萬t。

玉龍水庫工程任務為城鄉生活和工業供水，兼顧草海生態補水和發電，并為鞏固區域脫貧攻堅成果創造條件，是綜合利用的水利工程；正常蓄水位1189.0 m，相應庫容10540 萬m3，水庫總庫容11170 萬m3。建設內容由水源工程及輸水工程兩部分組成，水源工程主要包括碾壓混凝土重力壩、溢流表孔、泄洪放空兼沖砂底孔、左岸發電兼放生態水取水口和壩后電站，輸水工程主要由北干管和相應支管組成。水庫建成設計供水量為6058 萬m3，其中城鎮生活和工業供水4958 萬m3／a，草海多年平均生態補水1100 萬m3／a；電站總裝機容量為7000 kW，多年平均發電量1945 萬kW?h。工程總投資36.9 億元，國民經濟內部收益率為8.41%，經濟效益費用比為1.04，國民經濟合理。

2 汛期排沙運行水位分析

（1）排沙運行水位研究的原因

根據《水利工程水利計算規范》（SL 104-2015），對于泥沙淤積嚴重的水庫，宜考慮設置排沙運行控制水位，考慮到玉龍水庫泥沙淤積相對較嚴重，故對其是否設置排沙運行水位進行研究。

（2）流域水沙特性及異重流、相機排沙方式的可行性

1）流域水沙特性

根據鄰近流域大渡口水文站1973 年～1993 年實測流量和含沙量成果，得到各月平均流量和輸沙量及其占比成果見表1。

表1 大渡口水文站月均流量、輸沙量及其占比成果表

月平均流量及徑流量占比圖見圖1，月平均輸沙量及占比圖見圖2。

圖1 大渡口水文站月平均流量及徑流量占比圖

圖2 大渡口水文站月均輸沙量及其占比圖

根據分析計算，玉龍水庫推薦壩址處多年平均懸移質含沙量3.784 kg／m3，略大于多沙河流懸移質含沙量（3.0 kg／m3）；同時，玉龍水庫推薦正常蓄水位1889 m，對應庫容1.054 億m3，多年平均入庫沙量59.6 萬m3，水庫的庫沙比Kt（Kt=V／Ws）=177，大于100，水庫泥沙淤積不嚴重。

2）異重流、相機排沙方式的可行性

考慮到玉龍水庫所在河流含沙量較大，為減少水庫淤積量，延長水庫使用壽命，減小水庫建設規模，本階段對水庫采用異重流或相機排沙方式進行分析。

水庫能否采用異重流排沙或相機排沙方式，需日平均入庫流量和日平均入庫含沙量資料；玉龍水庫所在哈喇河流域未設置水文站，也未設置泥沙專用測站，鄰近流域僅大渡口水文站進行了泥沙測量，故使用鄰近流域的大渡口水文站實測日平均流量和日平均含沙量資料進行分析，流量、含沙量過程線見圖3，圖4。

圖3 大渡口水文站5 月流量、含沙量過程線

圖4 大渡口水文站9 月流量、含沙量過程線

從圖3 可知，大渡口水文站實測流量、含沙量對應關系較差，大流量對應小含沙量，小流量對應大含沙量。

圖4 顯示的9 月份與5 月份一致，6 月到8 月亦顯示了同一規律。從流量與含沙量的相互關系可以看出，玉龍水庫不支持異重流或相機排沙的排沙方式。

（3）固定時段排沙運行水位分析

1）排沙時段擬定

根據大渡口水文站1973 年～1993 年逐月流量和輸沙率資料，得到豐、平、枯三個水年各月流量、輸沙率及徑流泥沙占比成果，見表2 和圖5、圖6。

圖5 大渡口水文站逐月平均含沙量散點圖

圖6 大渡口水文站逐月懸移質輸沙率散點圖

表2 大渡口水文站代表年各月平均流量、含沙量及占比成果表

根據表2 可知：大渡口水文站各代表年徑流、泥沙主要分布在6 月～9 月，豐水年6 月～9 月徑流、泥沙占全年比重分別為78.2%、97.35%，平水年6 月～9 月徑流、泥沙占全年比重分別為69.8%、96.61%，枯水年6 月～9 月徑流、泥沙占全年比重分別為59.8%、78.84%；同時，根據各代表年洪水水文要素摘錄表和實測懸移質輸沙率成果表，豐水年瞬時最大流量和輸沙率均發生在6 月，實測最大流量2040 m3／s，最大輸沙率26300 kg／s， 平水年瞬時最大流量發生在6 月，實測最大流量1100 m3／s，最大輸沙率發生在7 月，最大輸沙率1840 kg／s，枯水年瞬時最大流量和輸沙率均發生在6 月，實測最大流量796 m3／s，最大輸沙率1040 kg／s；根據以上各水平年汛期徑流及泥沙特性，在汛期設置排沙運行水位能適當減少部分淤沙量，但同時對水庫供水量會造成一定程度的減少，甚至出現后汛期無法回蓄至正常蓄水位的可能。

根據大渡口水文站泥沙特性，同時結合水利興利調算結果，綜合考慮后初擬汛期控制庫水位調度泥沙的時段為6 月～8 月。

2）供水保證率、破壞深度分析

貴州省畢節市玉龍水庫推薦壩址（上壩址）正常蓄水位和死水位分別為1889 m 和1852 m，考慮20 年泥沙淤積后，正常蓄水位以下庫容9447 萬m3， 死庫容2629 萬m3， 興利庫容6818 萬m3；根據汛期控制庫水位泥沙調度時段（6 月～8 月）成果，本次擬定了6 月、6 月～7 月、6 月～8 月和7 月～8 月4 個固定排沙時段，排沙運行水位擬定了死水位1852 m和1875m 兩個方案，各方案供水量、供水保證率成果見表3，同時，在滿足供水保證率前提下進行了城鄉供水量反算，成果見表4。

表3 各排沙時段、排沙運行水位城鄉供水量及保證率成果表

表4 各排沙時段、排沙運行水位滿足供水保證率城鄉供水量成果表

從表3 可知，排沙時段越短，相同供水規模時，供水保證率越高，破壞深度越低；6 月排沙運行水位1852 m 時，供水保證率92.1%，破壞深度為57.1%；6 月排沙運行水位1875 m時，供水保證率93.2%，破壞深度為42.3%；6 月～7 月排沙運行水位1852 m 時，供水保證率76.6%，破壞深度為80.0%；6 月～8 月排沙運行水位1852 m 時，供水保證率70.3%，破壞深度為82.0%；7 月～8 月排沙運行水位1852 m 時，供水保證率71.8%，破壞深度為76.0%；供水保證率和破壞深度均不能滿足相關規范的要求（根據《水利工程水利計算規范》（SL 104-2015），城鄉供水工程供水量不足時，其破壞深度不應大于30%；根據《水庫調度設計規范》（GB／T 50587-2010），水庫調度設計中，特枯年份或時段，城市及工業供水減少的比例一般為保證值的10%～20%。

在滿足供水保證率和破壞深度的前提下，排沙時段越短、排沙運行水位越高供水量越多；6 月份排沙運行水位1852 m時， 供水量2990 萬m3， 較 設計供水量（4958 萬m3）減少1968 萬m3，減少39.7%；6 月份排沙運行水位1875m 時，供水量3510 萬m3，較設計供水量（4958 萬m3）減少1448 萬m3，減少29.2%；6 月～7 月排沙運行水位1852 m 時， 供水量2645 萬m3，較設計供水量（4958 萬m3）減少2313 萬m3，減少46.7%；6 月～8 月排沙運行水位1852 m 時，供水量2482 萬m3，較設計供水量（4958 萬m3）減少2476 萬m3，減少49.9%；7 月～8 月排沙運行水位1852 m 時，供水量2510 萬m3；較設計供水量（4958 萬m3）減少2448 萬m3，減少49.4%。

3）排沙效果

根據武漢大學泥沙數學模型泥沙沖淤成果， 玉龍水庫6 月～8 月排沙運行水位1852 m、6 月～7 月排沙運行水位1852 m、6 月份排沙運行水位1852 m、6 月份排沙運行水位1875 m 等4 個工況50 年排沙比分別為2.42%、1.9%、0.79%和0.48%，排沙效果很差。

3 結論

綜合流域水沙特性，玉龍水庫的排沙方式、排沙效果、供水量、供水保證率、破壞深度、項目經濟性等因素，玉龍水庫汛期不設置排沙運行水位。