鬧德海水庫異重流排沙方案

岳家庚，李娜偉

( 遼寧省鬧得海水庫管理局，遼寧 阜新123000)

1 水庫流域概況

鬧德海水庫是遼寧省柳河上的一座重要的控制性工程，位于彰武縣滿堂鄉(xiāng)，是一座防洪滯沙、農田灌溉、工業(yè)供水等綜合利用的大(2) 型水庫。柳河是遼河右側的一條較大的多泥沙河流，發(fā)源于內蒙古奈曼旗雙山子東坡朝陽溝，河長297 km，壩址以上河長155 km，占總長的52%; 全流域面積6 879 km2，其中壩址以上4 051 km2，占柳河總流域面積的59%。水庫上游有3個入庫控制站，分別為柳河干流( 扣河子) 的石門子水文站、支流養(yǎng)畜牧河的三家子水文站和烏根稿河的白廟子水文站。流域內植被覆蓋率僅為20% ～30%，洪水暴漲暴落，水庫以上流域多年平均降水量為419 mm，其中6—9月占80%，多年平均徑流量為2.61 億m3，多年平均流量8.2 m3/s。柳河泥沙含量較大，多年平均輸沙量達到1 047 萬t，實測最大含沙量為1 300 kg/m3。

2 異重流

2.1 概念

水庫渾水異重流是入庫挾沙水流潛入庫底形成的。挾沙水流進入水庫回水區(qū)后，隨著水深和過水斷面的增大，比降減小，水流流速和挾沙能力迅速降低，大部分粗顆粒泥沙在庫區(qū)沉積下來，形成三角洲淤積形態(tài)。挾帶細顆粒泥沙的渾水( 粒徑＜0.025 mm) 在一定條件下在三角洲前坡潛入庫底形成異重流，并沿原河槽向前運動［1］。如果在異重流到達壩前能及時打開泄流底孔，就可將異重流排向下游河道，以減少水庫泥沙淤積，延長其壽命。

水庫發(fā)生異重流必須滿足兩個條件: ①水利條

件，即: ②進庫泥沙組成較細，d ＜0.01 mm 所占百分比較大，滿足上述條件后才能形成異重流潛入清水以下發(fā)生運動。形成異重流以后，異重流可以抵達壩前的條件是洪水歷時應大于異重流持續(xù)時間。洪水水量大于異重流水量，或異重流水量及沿程損失水量之和要大于進庫洪水水量［2］。異重流抵達壩前以后，若泄洪閘門及時開啟，則可以排出庫外，若閘門關閉，則在壩前形成渾水水庫。

2.2 鬧德海水庫異重流概況

經(jīng)過筆者對1970—1998年實測資料分析得知，28個運用年間共發(fā)生較典型的異重流6 次，其中:1980年6月、1995年6月，1996年6月3 次異重流期間，平均排沙比為45%。見表1。

表1 實測異重流排沙情況(閘門開啟)

1971年5月、1975年6月和1975年7月3 次異重流期間，閘門基本關閉( 下泄流量日均值＜2 m3/s) ，在形成渾水水庫的條件下，排沙比僅為0.9% ～1.2%。絕大部分泥沙都淤在水庫內，形成異重流淤積。在所統(tǒng)計的6 次異重流中，入庫最大洪峰流量54 ～532 m3/s，入庫日均最大流量31 ～80 m3/s，入庫日均最大含沙量33 ～355 m3/s，壩前日均水位172.09 ～177.98 m。由此可見，由于鬧德海水庫庫區(qū)河床比降大，河谷狹窄，同時來水含沙量較高，易于形成異重流并抵達壩前，可以利用異重流排沙減少庫區(qū)淤積，同時，利用異重流排沙，防止形成渾水水庫，有利于阜新城市工業(yè)和居民用水。

統(tǒng)計結果還表明，鬧德海水庫異重流主要發(fā)生在石門子、白廟子洪水期，特別是白廟子洪水由于含沙量高、泥沙較細，更易于形成庫區(qū)異重流，含沙量沿程衰減也很小。如1975年7月異重流期間，白廟子最大洪峰流量532 m3/s，最大日均含沙量高達355 kg/m3，在水庫下泄流量僅0.7 m3/s情況下，出庫日均最大含沙量仍高達325 kg/m3，表現(xiàn)了較強的異重流排沙能力。

庫區(qū)異重流沖淤狀況主要取決于來水來沙條件及水庫運用情況。據(jù)統(tǒng)計，6 次異重流期間，庫區(qū)來沙583 萬t，出庫沙量85 萬t，累計淤積達498 萬t。其中，3 次開閘排沙的異重流庫區(qū)來沙109 萬t，出庫沙量50 萬t，累計淤積僅59 萬t，淤積量占來沙量的55%，而3 次蓄水攔沙的異重流期間，庫區(qū)來沙量474 萬t，出 庫 沙 量 僅35 萬t，累 計 淤 積 量 高 達439 萬t。特別是1975年異重流過程中，洪水主要來源于白廟子，同時石門子也有較大洪水，水庫關閘攔沙，造成壩前淤積厚度達12.8 m。

2.3 庫區(qū)異重流排沙特性

水庫庫底比降與異重流平均排沙比相關，庫底比降大排沙比也大，反之則小。水庫入庫洪峰流量與異重流排沙比相關，入庫流量大、排沙比也大，反之則小。

除上述水力與邊界條件外，排沙比大小與進庫泥沙顆粒組成密切相關。若異重流達到壩前時，閘門全部開啟，其排沙比與進庫泥沙顆粒＜0.01 mm所占百分比基本一致。鬧德海水庫3 次異重流排沙僅有1980年異重流期＜0.01 mm 泥沙所占全沙的28.9%，相應排沙比為35%，具有較好的相關關系。

2.4 異重流排沙量估算

鬧德海水庫異重流排沙與入庫洪峰流量呈明顯的正比例關系。當入庫洪峰量小、含沙量低時，排沙效率較低。為此統(tǒng)計分析了17 a 計算系列6、9月份日均流量＞50 m3/s，同時日均瞬時流量104 ～760 m3/s。其中1986年9月3日、7日及1990年6月的3 次洪水，入庫最大流量分別為319、422 m3/s和760 m3/s，入庫沙量合計1 592 萬t，平均排沙比高達80%以上?？紤]到鬧德海水庫的具體情況，同時限于對異重流排沙規(guī)律認識的局限性，特別是受實測資料范圍的限制，重點對表2 中9 次洪水進行分析。

表2 1986—1997年異重流排沙估算

9 次洪水入庫洪峰流量104 ～350 m3/s( 與實測3 次異重流排沙范圍接近) ，入庫沙量38 萬t ～97 萬t，計算排沙比24% ～76%，平均排沙比50.5%，與實測平均排沙比45%較為接近。在9 次異重流排沙期，累積入庫沙量493 萬t，累積出庫沙量249 萬t，庫區(qū)淤積泥沙244 萬t。

2.5 異重流排沙對庫區(qū)沖淤平衡的影響

鬧德海水庫庫區(qū)沖淤平衡依靠的是洪水期特別是洪水期的沖刷，雖然庫區(qū)異重流排沙估算效果較好，但與敞泄期沖刷相比還要淤很多。如1986年的2 次 洪 水，入 庫 沙 量 1 139 萬t，異 重 流 排 沙884 萬t，庫區(qū)淤積泥沙407 萬t，與敞泄條件下庫區(qū)實測沖刷806 萬t相比多淤了1 213 萬t，對庫區(qū)沖淤具有重大的影響。因此對于日均流量＞100 m3/s或日均含沙量＞100 kg/m3的洪水，不能依靠異重流排沙，應進行敞泄排沙。對于日均流量＜100 m3/s或日均含沙量＜100 kg/m3的洪水可依靠異重流相繼排沙，減少庫區(qū)淤積。

［1］張瑞瑾. 河流泥沙動力學［M］. 北京:中國水利水電出版社，1998.

［2］劉加海. 二維水槽數(shù)值造波分析研究［J］. 黑龍江水利科技，2006，34(2) :39 －41.