豐滿水庫入庫沙量及淤積量研究

麻長信，曹 琨，李相臣,范世運

（中水東北勘測設(shè)計研究有限責任公司，吉林 長春 130021）

1 工程概況

豐滿水電站是我國第一座大型水電站，位于吉林省吉林市第二松花江中游，上游距白山水電站210 km，下游距吉林市24 km。下游有吉林、哈爾濱等重要城市及鐵路干線。多年平均流量約440 m3/s，水庫正常蓄水位263.5 m，總庫容約110×108m3，為不完全多年調(diào)節(jié)水庫，水庫裝機容量約1 000 MW。工程以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉、航運、城市及工業(yè)用水、養(yǎng)殖和旅游等綜合效益。

豐滿水庫位于第二松花江中游，壩址控制流域面積為42 500 km2，其中第二松花江干流紅石砬子以上流域面積為20 300 km2，輝發(fā)河五道溝以上流域面積為12 391 km2，拉法河蛟河站以上流域面積為2 426 km2，紅石、五道溝、蛟河～豐滿區(qū)間面積為7 383 km2。

2 入庫沙量

豐滿水庫入庫沙量主要由第二松花江流域紅石砬子以上、輝發(fā)河五道溝站以上、拉法河蛟河站以上來沙量和紅石、五道溝、蛟河～豐滿區(qū)間來沙量組成。

1）入庫懸移質(zhì)輸沙量。蛟河、五道溝站懸移質(zhì)輸沙量采用1956—2007年實測資料推求，紅石、五道溝、蛟河—豐滿區(qū)間無實測懸移質(zhì)泥沙資料，其懸移質(zhì)入庫沙量，借用五道溝站侵蝕模數(shù)推求。

紅石砬子站懸移質(zhì)輸沙量分白山建庫前和建庫后兩個階段推求，其中建庫前直接采用紅石砬子站實測資料。建庫后，以白山、紅石出庫沙量作為干流豐滿入庫沙量；而白山、紅石水庫多年平均懸移質(zhì)入庫沙量，則借用紅石砬子站建庫前多年平均侵蝕模數(shù)推算；白山和紅石水庫的排沙比取為20%。

紅石砬子（白山、紅石出庫）、五道溝、蛟河及區(qū)間沙量之和即為豐滿水庫入庫懸移質(zhì)輸沙量，經(jīng)計算豐滿水庫多年平均懸移質(zhì)入庫沙量為342×104t。

2）入庫推移質(zhì)輸沙量。根據(jù)壩址以上植被、坡降并參照小山、第二松花江哈達山水庫以及鄰近流域鴨綠江云峰水庫、渾江桓仁水庫等工程的設(shè)計資料，經(jīng)綜合分析，推移質(zhì)年輸沙量按懸移質(zhì)年輸沙量的12.3%推算。

白山建庫前，豐滿水庫多年平均入庫推移質(zhì)沙量為40.5×104t。白山、紅石建成后，因兩庫調(diào)節(jié)庫容均較大，白山、紅石水庫的入庫推移質(zhì)泥沙按全部淤積在庫內(nèi)考慮，則豐滿水庫多年平均入庫推移質(zhì)沙量為41.2×104t。豐滿水庫多年平均推移質(zhì)入庫沙量成果詳見表1。

表1 豐滿水庫多年平均推移質(zhì)入庫沙量成果表 104t

3）入庫總沙量。懸移質(zhì)入庫總量和推移質(zhì)入庫總量相加，即為水庫入庫總沙量，豐滿水庫多年平均入庫總沙量為383×104t，成果詳見表2。

表2 豐滿水庫多年平均入庫總沙量成果表 104t

支流各站多年平均懸移質(zhì)輸沙量1983—2007年系列，較1956—1982年系列增大較多，其中五道溝站后者比前者增大49.6%；蛟河站后者比前者增大90.4%。分析其原因，受人類活動頻繁影響，流域侵蝕模數(shù)逐漸加大，所以在上游來水量變化不大的情況下，懸移質(zhì)輸沙量出現(xiàn)增大趨勢。

3 泥沙淤積量計算

豐滿水庫具有1959年淤積調(diào)查資料及分析成果、2009年庫區(qū)實測斷面資料，此次采用斷面法推求1959—2009年間，庫區(qū)淤積增長及沿程分布情況。這次計算，豐滿水庫排沙比取7%，泥沙干容重參考1959年水庫泥沙干容重淤積測驗成果，懸移質(zhì)泥沙干容重取1.1 t/m3，推移質(zhì)泥沙取1.2 t/m3。

此次斷面法計算的豐滿庫區(qū)總淤積量為1.52×108m3，其中第二松花江干流淤積1.15×108m3，占總淤積量的75.6%；輝發(fā)河淤積0.185×108m3；拉法河淤積 0.187×108m3。與 1959年庫區(qū)泥沙淤積測驗成果比較，此次推求的二松干流、輝發(fā)河、拉法河淤積分布比例情況基本一致，其中二松干流有所減少，輝發(fā)河和拉法河有所增加，這與最近輝發(fā)河、拉法河沙量增加的趨勢一致。

豐滿水庫泥沙總淤積量相對較小，1944—1959年庫區(qū)淤積了0.748×108m3；1959—2009年庫區(qū)淤積了1.52×108m3，豐滿水庫建庫后共淤積了2.27×108m3，僅占豐滿水庫死庫容的8.5%，泥沙淤積對水庫死庫容影響很小。

4 泥沙淤積分布

豐滿庫區(qū)內(nèi)大部分的淤積量分布在原第二松花江干流河段，而第二松花江干流上大部分淤積量分布在輝發(fā)河口—拉法河口之間，這與豐滿水庫的河道特性、上游來水來沙特性及運行情況相適應(yīng)。輝發(fā)河口以上至紅石壩址之間，是庫末的回水變動區(qū)，河床隨上游來水來沙情況的變化，有時候發(fā)生沖刷有時候發(fā)生淤積，水庫運行水位較高時發(fā)生淤積，運行水位較低且入庫流量較大時發(fā)生沖刷（特別是上游白山、紅石水庫相繼建成后，出庫水流含沙量低），總體上看，沖淤變化較??；拉法河口以下河段為庫前段，淤積大致為帶狀分布，平均淤積厚度不高，因豐滿水庫庫區(qū)河段狹長，庫區(qū)大部分泥沙無法到達壩前，僅有少部分粒徑較小的泥沙淤積于此。

輝發(fā)河為豐滿水庫泥沙主要來源，因其泥沙粒徑組成很細，該河段來沙大部分輸移至輝發(fā)河河口以下淤積在二松干流庫段內(nèi)。拉法河因距壩址較近，沿程水深相對較大，拉法河來沙大部分淤積在原拉法河河段內(nèi)。

5 結(jié)果分析

1）豐滿水庫從1943年建成以來，已運行67年，具有長期的運行資料，且分別于1959年和2009年開展過泥沙調(diào)查測驗和斷面測量工作，庫區(qū)的淤積數(shù)量和淤積分布比較清楚。

2）此次采用斷面法推求的1959—2009年庫區(qū)泥沙淤積量為1.52×108m3；如按水庫實測入庫泥沙資料推算，則1959—2009年庫區(qū)淤積量為1.62×108m3，斷面法成果偏小6.2%。采用斷面法推求體積時，因斷面布設(shè)密度難以控制庫區(qū)地形變化情況，據(jù)此推求的庫容曲線較實際采用的庫容曲線有所偏小，加之此次計算未考慮螞蟻河、木箕河、漂河等小支流的淤積量，故斷面法推求淤積體積亦有所偏小。

3）綜合以上因素，兩種方法計算的斷面淤積量相差不大，結(jié)果基本一致，因此豐滿水庫入庫沙量及排沙比取用是基本合理的。