德日蘇寶冷水庫排沙運(yùn)用方案研究

馮田超

（遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，遼寧 沈陽 110006）

德日蘇寶冷水庫建于查干木倫河中下游，壩址位于內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市巴林右旗（大板鎮(zhèn)）下游11 km處，壩址控制流域面積8427.4 km2。德日蘇寶冷水庫的任務(wù)是生態(tài)保護(hù)、工業(yè)和灌區(qū)供水等綜合利用。作為在多沙河流上修建的水庫，必須采取排沙減淤措施，以延長水庫壽命。

1 資料情況

查干木倫河全長212 km，流域面積11502.48 km2。大板水文站位于巴林右旗大板鎮(zhèn)，1952年8月設(shè)立，大板以上河流長165 km，控制流域面積8217 km2，大板站1954年開始測流量，1957年7月開始測含沙量，1977年起測泥沙顆粒級配。大板站至水庫壩址之間沒有支流匯入，區(qū)間面積僅為210.4 km2，可以選用大板水文站為德日蘇寶冷水庫代表站，并用面積比法算得德日蘇寶冷壩址處的水沙系列作為計(jì)算之用，資料為1957—2000年，共計(jì)44年，基本滿足泥沙計(jì)算要求。

2 泥沙特征值及庫區(qū)地形

查干木倫河是一條暴雨洪水產(chǎn)沙的多泥沙河流，具有沙多、沙細(xì)和沙量集中的特點(diǎn)。多年平均含沙量為18.1 kg/m3，實(shí)測最大含沙量為1989年7月17日的240 kg/m3。多年平均輸沙量517.29萬t，最大年輸沙量為 1998年 1933.61萬 t，最小年輸沙量為1968年17.42萬t，最大值是最小值的111倍。20世紀(jì)80年代后查干木倫河來水來沙轉(zhuǎn)豐，44年長系列中的豐水豐沙年大多集中在1982年以后的19年。表1對比1982年前、后兩個(gè)時(shí)段的水、沙量均值，相差1.38和2.72倍，輸沙量倍數(shù)是徑流量倍數(shù)的近2倍，說明查干木倫河流域草場退化，水土流失加重。

表1 德日蘇保冷不同時(shí)段入庫水沙量統(tǒng)計(jì)表

輸沙量年內(nèi)主要集中在汛期的7，8月份，甚至是一次洪水過程中。多年平均汛期6—9月來沙量475.19萬t，占全年沙量的91.9%，汛期平均含沙量24.0 kg/m3；主汛期7，8月來沙量381.93萬t，占全年 73.8%，平均含沙量 27.3 kg/m3；1998年7月23日至8月5日洪水期來沙量1253.8萬t，是全年總沙量的64.8%。

2002年在庫區(qū)的查干木倫河干流上施測了16條大斷面（C1—C15），其中C3為上壩址斷面，C11與C12之間是大板南橋斷面。

3 水庫泥沙沖淤計(jì)算及排沙運(yùn)用推薦方案

德日蘇寶冷水庫從興利角度設(shè)定的淤積水平年為30年，即用淤積30年庫容來調(diào)節(jié)水量，滿足設(shè)計(jì)水平年（2015年）所需的各項(xiàng)用水指標(biāo)。

此次計(jì)算采用清華大學(xué)黃河研究中心推薦的水庫一維非均勻沙全沙數(shù)學(xué)模型，由實(shí)測資料及水利計(jì)算提供入庫水、沙過程及壩前水位。由于庫小沙多，不到100年即達(dá)沖淤相對平衡，故泥沙沖淤計(jì)算期限為50年。水庫計(jì)算50年的水沙系列有2種：其一為采用實(shí)測系列1957—2000年共計(jì)44年資料，第45～50年重復(fù)1957—1962年資料；其二為1982—2000年共計(jì)19年，再接1957—1987年的31年，第二種系列的特點(diǎn)是豐水、豐沙時(shí)段在前。兩種50年系列的多年平均輸沙量分別為503.17萬t和566.02萬t，水庫運(yùn)行50年的起始地形為2002年實(shí)測地形。

德日蘇寶冷水庫的排沙運(yùn)用方式是按入庫洪峰流量大小確定的不定期降低水位壅水排沙或敞泄排沙，平時(shí)高水位蓄水?dāng)r沙運(yùn)行，滿足興利要求，在洪水排沙期間，水庫減少供水或暫時(shí)停止供水，閘孔全部敞開泄流，水庫放空，將前期淤積物排出庫外。

計(jì)算方案設(shè)置，首先按入庫洪峰流量分為3類：遭遇700 m3/s以上洪水排沙運(yùn)用、遭遇500 m3/s以上洪水排沙運(yùn)用及遭遇100 m3/s以上洪水排沙運(yùn)用；然后，再按排沙方式分為2類：水位降到597 m的壅水排沙和水位降到590 m的泄空沖沙；再按50年計(jì)算系列的不同起、止年份可分為2種：1957—2000—1957—1962及 1982—2000—1957—1987；最后，比較2組正常蓄水位、汛限水位方案：604.6，603.8 m及605.5，604.8 m。上述各種分類經(jīng)過交叉組合優(yōu)化，即有8個(gè)計(jì)算方案，見表2。

方案1，通過泥沙沖淤計(jì)算的30年累計(jì)淤積量8408.63萬t，剩余興利庫容3498萬 m3，大板南橋斷面的淤后高程為609.39 m，大板南橋的梁底高程610.6 m，淤積后凈空只剩下1.21 m，標(biāo)準(zhǔn)顯著降低。方案2和方案3的其他條件都和方案1相同，僅起沖流量不同，30年內(nèi)實(shí)施排沙的次數(shù)分別為：方案1是3次排沙，方案2是5次排沙，方案3是25次排沙，方案2和方案3的30年累計(jì)淤積量分別為8285.24萬t和7666.05萬t，興利庫容增加到4181萬m3及4379萬m3。方案2和方案3各斷面淤積高程也有所下降，特別是方案3的大板南橋斷面的淤后高程為607.33 m，比方案1降低2.06 m。

方案4，30年累計(jì)淤積量7998.94萬t，剩余興利庫容3719萬m3。方案5，30年累計(jì)淤積量7490.12萬t，剩余興利庫容4455萬m3。方案6，30年累計(jì)淤積量6301.12萬t，剩余興利庫容4564萬m3。方案6已基本滿足興利要求，只是庫末端的大板南橋斷面的淤后高程還稍高，達(dá)到 607.81 m。

表2 泥沙沖淤計(jì)算方案表

以上1～6方案所采用的水沙系列都是按實(shí)測系列順序1957—2000—1957—1962年循環(huán)進(jìn)行。然而，在1982年以后，由于水土流失加重及來水轉(zhuǎn)豐，輸沙量已明顯增加，建庫頭30年若仍按1957年開始的偏枯系列計(jì)算，顯然是不安全的，為了設(shè)計(jì)安全，方案7、方案8就采用從1982年起循環(huán)的50年系列，建庫頭30年的入庫沙量19674.0萬t，比從1957年起循環(huán)的頭30年的入庫沙量12139.75萬t要多7534.25萬t，即增加62%。

方案7，30年累計(jì)淤積量為8913.55萬 t，剩余興利庫容為3279萬m3，庫末端的大板南橋斷面的淤后高程為607.92 m。方案8，30年累計(jì)淤積量 9019.66萬t，剩余興利庫容4513萬m3，因?yàn)檫\(yùn)用水位高，淤積量偏多且淤積部位高，大板南橋斷面的淤后高程為609.07 m，比方案7高1.15 m。

方案1～6所采用的水沙系列是1957年開始的偏枯系列，計(jì)算結(jié)果是偏危險(xiǎn)的，綜合考慮方案7，8的排沙效果、興利庫容、淹沒賠償?shù)纫蛩?，德日蘇寶冷水庫選定方案7為排沙運(yùn)用方案，即正常蓄水位為604.6 m，汛限水位為603.8 m，遭遇100 m3/s以上洪水時(shí)空庫迎洪，敞泄排沙。

［1］遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院.赤峰市巴林右旗德日蘇寶冷水庫工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.2006，1.

［2］清華大學(xué)土木水利學(xué)院黃河研究中心.德日蘇寶冷水庫泥沙數(shù)學(xué)模型計(jì)算報(bào)告［R］.2005，9.