馮家山水庫淤積及異重流排沙技術(shù)

楊曉紅

（寶雞市馮家山水庫管理局，陜西寶雞，721300）

馮家山水庫淤積及異重流排沙技術(shù)

楊曉紅

（寶雞市馮家山水庫管理局，陜西寶雞，721300）

闡述了異重流排沙技術(shù)在馮家山水庫排沙減淤工作中的應(yīng)用，分析了異重流排沙效果及存在的問題，并就減少水庫泥沙淤積問題提出了建議，供相關(guān)單位參考。

淤積；異重流；排沙；馮家山水庫

1 水庫基本情況

1.1 工程概況

馮家山水庫位于陜西省關(guān)中西部陳倉、鳳翔、千陽三縣交界處的馮家山峽谷，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、發(fā)電、供水、養(yǎng)殖等綜合利用的大（2）型水利工程。水庫樞紐由大壩、輸水洞、泄洪洞、溢洪洞、非常溢洪道、電站等工程組成。水庫于1970年開工建設(shè)，1974年3月下閘蓄水，2002年實(shí)施除險加固，加固后壩頂高程716 m，壩長300 m，最大壩高75 m，總庫容4.27億m3。

1.2 流域概況

馮家山水庫屬于千河流域，流域南北長138 km，東西寬約50 km，流域內(nèi)山巒重疊，溝壑縱橫，山、丘、塬、川皆有。壩址以上控制流域面積3 232 km2，占全流域面積的92.5%。流域內(nèi)支流眾多，寶雞市境內(nèi)一級支流29條，較大的二級支流14條，流域內(nèi)水土流失嚴(yán)重，流失面積約2 570 km2。泥沙主要來自千河北岸的北河、大杜陽溝、草碧河、馮坊河等支流，土壤侵蝕模數(shù)為200～500 t/km2.y，黃土丘陵溝壑區(qū)2 000～5 000 t/km2.y，最大達(dá)到5 963 t/km2.y，造成大量的泥沙流入水庫，是水庫泥沙的主要來源。

2 水庫淤積

2.1 淤積監(jiān)測

為了全面監(jiān)測水庫淤積狀況，在水庫庫區(qū)布設(shè)泥沙觀測斷面36個，由樞紐管理處定期觀測水庫淤積量，同時在庫區(qū)沿程取沙樣進(jìn)行顆粒組成分析。

經(jīng)過觀測，馮家山水庫是典型的三角洲淤積形態(tài)，按其縱向淤積輪廓線劃分為三角洲尾部段、三角洲頂坡段、三角洲前坡段、異重流過渡段及壩前錐體段五部分。庫區(qū)淤積泥沙粒徑沿程分布由上游向下游逐漸遞減，回水變化庫段（20號斷面以上）淤積泥沙顆粒較粗，常年回水末端（16-18號斷面）及以下的淤積泥沙較細(xì)，據(jù)估算，庫區(qū)淤積泥沙中推移質(zhì)占懸移質(zhì)的15.8%。

2013年淤積觀測結(jié)果顯示，水庫總淤積0.982 3億m3，其中有效庫容淤積0.548 9億m3，占有效庫容的19.2%；死庫容淤積0.428 2億m3，占死庫容的47%。隨著水庫高水位運(yùn)用，淤積三角洲逐年向壩前推進(jìn)，淤積末端上延，三角洲厚度增加，有效庫容損失率明顯增大，直接影響到水庫的興利效益。

2.2 淤積危害

泥沙淤積對水庫的正常運(yùn)用和壽命起到一定的影響，就馮家山水庫而言，主要有以下幾個方面：（1）淤積造成防洪庫容和興利庫容減小，直接影響水庫效益；（2）庫區(qū)淤積“翹尾巴”形態(tài)，造成水庫上游水位抬高，淹沒范圍增大，對周邊生態(tài)環(huán)境造成影響；（3）水流攜帶大量泥沙造成水輪機(jī)及過水建筑物磨損；（4）壩前淤積在一定程度上影響樞紐工程的安全運(yùn)行；（5）泥沙含量過多，附著在泥沙上的污染物對水庫水質(zhì)有一定的影響。

2.3 排沙減淤的意義

馮家山水庫作為陜西省關(guān)中西部最大的蓄水工程，肩負(fù)著寶雞地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉、城市及工業(yè)供水、防洪保安等重要職能，其興利調(diào)節(jié)功能和社會效益巨大，因此，有效解決淤積問題至關(guān)重要。自1974年水庫蓄水運(yùn)行以來，管理單位就致力于水庫排沙減淤技術(shù)的探索。

2.4 異重流排沙

結(jié)合馮家山水庫運(yùn)行實(shí)際以及庫區(qū)地形條件、水庫來水來沙規(guī)律，采用蓄洪排沙的調(diào)度方式。壩前峽谷段是異重流運(yùn)動和排沙的有利地形，汛期洪水含沙量較大，泥沙顆粒很細(xì)，容易形成異重流。在一定條件下，水庫洪峰陡漲，異重流運(yùn)行至壩前，若及時開啟排沙底孔閘門，部分洪水排出庫外，其余大部分洪水滯蓄，形成一個渾水水庫，渾水水庫濃度很高，清渾水交界面沉降緩慢，持續(xù)時間長，馮家山水庫則利用這種渾水水庫進(jìn)行異重流排沙。

實(shí)踐表明，異重流排沙效果與洪峰流量、含沙量、泥沙粒徑、泄量、庫區(qū)地形、開閘時間及底孔尺寸等因素有關(guān)，入庫泥沙含量大、粒徑細(xì)、泥沙沉降緩慢，就容易運(yùn)行至壩前排出，另外庫區(qū)地形平順、比降大、回水短、底孔低等都能夠提高異重流排沙效率。

2.5 排沙監(jiān)測

為了提高排沙減淤水平，1975年水庫開始異重流排沙減淤試驗(yàn)，在庫區(qū)1號、3號、5號斷面、壩前和異重流潛沒點(diǎn)進(jìn)行異重流流速、渾水寬度、厚度、含沙量的觀測，不斷分析研究排沙情況。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，1975-2012年間，馮家山水庫累計(jì)進(jìn)庫泥沙含量10 595.87萬t，利用異重流累計(jì)排沙2 856.10萬t，排沙比27%，最大排沙比99.2%，最小排沙比1.79%，可見利用異重流排沙在減少水庫淤積方面取得了一定的成績。

2.6 異重流排沙的局限性

水庫異重流排沙需在洪水持續(xù)的前提下進(jìn)行，一旦洪水停止，異重流就會消失，也就無法進(jìn)行排沙調(diào)度。即使異重流存在，由于受到蓄水、岸坡崩塌、洪峰流量、含沙量、泥沙粒徑、泄量、地形、開閘時間等條件限制，其排沙效果仍然會受到影響。2010年入庫泥沙總量1 310萬t，達(dá)建庫之最。該年度管理單位多次開閘排沙，年排沙量195.1464萬t，排沙比14.9%，可見僅僅依靠技術(shù)手段排沙減淤是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，大量泥沙將會淤積庫內(nèi)。

3 排沙減淤建議

馮家山水庫作為陜西省關(guān)中地區(qū)最大的蓄水工程，如何充分發(fā)揮其大型水庫興利調(diào)節(jié)功能與防洪保安職能，從根本上解決淤積對庫容造成的損失，延長水庫壽命，意義深遠(yuǎn)。結(jié)合馮家山水庫多年運(yùn)行實(shí)際，僅僅依靠現(xiàn)有排沙方式很難解決泥沙淤積問題，要從根本上解決泥沙淤積問題，筆者建議從以下幾個方面著手。

3.1 加大泥沙監(jiān)測力度，科學(xué)調(diào)控、適時排沙

洪水從千陽水文站演進(jìn)至壩前的時間是制約排沙效果的關(guān)鍵，早開閘洪水尚未達(dá)到壩前，造成水資源浪費(fèi)，晚開閘大量泥沙落淤，造成庫容損失。目前馮家山水庫異重流潛入點(diǎn)運(yùn)行至壩前的時間依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式確定。這就需要在洪峰出現(xiàn)后，不斷加大監(jiān)測力度，結(jié)合千陽水文站泥沙監(jiān)測報告，及時掌握泥沙推移動態(tài)資料，科學(xué)調(diào)控，適時開閘泄洪，最大限度減少淤積。

3.2 提高泥沙監(jiān)測自動化程度

目前馮家山水庫入庫泥沙監(jiān)測依靠千陽水文站測報以及人工取沙樣，監(jiān)測資料有限。加之這種監(jiān)測方式受到自然環(huán)境、自身?xiàng)l件、水域面積、庫區(qū)水深等各種因素影響，關(guān)鍵時刻往往無法正常工作。為了解決這一難題，水庫在除險加固工程中建立了泥沙跟蹤測報系統(tǒng)，在壩前、庫區(qū)設(shè)置20個傳感器，跟蹤監(jiān)測各斷面不同水深泥沙分布和異重流運(yùn)行情況，為排沙調(diào)度提供技術(shù)支持。但系統(tǒng)運(yùn)行以來，由于軟件技術(shù)以及試驗(yàn)校正不足，功能沒有充分發(fā)揮。為全面監(jiān)測泥沙動態(tài)，應(yīng)加大對該系統(tǒng)的投入，開發(fā)系統(tǒng)軟件，將人工監(jiān)測與自動監(jiān)測融為一體，為泥沙運(yùn)行提供詳實(shí)的資料，指導(dǎo)水庫排沙減淤工作科學(xué)有序進(jìn)行。

3.3 加大政府投資力度，大力改善流域生態(tài)環(huán)境，減少水土流失

馮家山水庫流域面積較大，區(qū)域植被分布不均，水土流失嚴(yán)重。要解決泥沙淤積問題，必須逐步切斷泥沙來源，防治流域水土流失。這就涉及到深層次社會問題，需要各級政府加大投資力度，更關(guān)注生態(tài)環(huán)境，不斷加大植樹造林、退耕還林、植草固坡、移民搬遷等生態(tài)工程建設(shè)力度，大力改善流域生態(tài)環(huán)境，還河流一個自然、清澈的狀態(tài)，確保水庫工程健康有效運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.4 加大區(qū)域小流域治理及宣傳力度，全力維護(hù)流域周邊生態(tài)環(huán)境

馮家山水庫流域支流眾多，泥沙來源廣，這就需要加大小流域綜合治理力度，條塊結(jié)合，分片治理。通過生態(tài)治理工程以及建設(shè)山坡截流溝、攔沙壩等一系列措施，集中解決輸沙量較大的北河、大杜陽溝、草碧河、馮坊河等多泥沙河流輸沙問題，有效控制支流泥沙來源。與此同時要加大宣傳力度，禁止亂砍亂伐、毀林造田、傾倒垃圾、河道違章建設(shè)等活動，集全民之功全力維護(hù)生態(tài)環(huán)境，最大限度減少上游來沙，減少水庫泥沙淤積。

4 結(jié)語

解決水庫淤積問題是一項(xiàng)長期而艱巨的任務(wù)。馮家山水庫自投入運(yùn)行以來，在排沙減淤技術(shù)探索方面取得了一定的成績，但是與源源輸送的泥沙相比，仍然有很大的差距，這就需要工程管理單位不斷加大監(jiān)測力度，提高排沙減淤水平，盡最大限度減少泥沙淤積。與此同時更需要各級政府加大投資力度，不斷改善流域生態(tài)環(huán)境，從源頭切斷泥沙來源，從根本上解決泥沙淤積問題。 ■

[1]謝金明,吳保生,毛繼新,劉孝盈.泥沙淤積對水庫影響的評估模型研究[J].水利發(fā)電學(xué)報,2012,31(6):137-142.

[2]陳宗科,段衛(wèi)忠.陜西地方志水利志叢書，馮家山水庫志[M].2004.

This paper introduced the application of density flow in sediment release of Fengjiashan res?ervoir.Further,the effect achieved and some problems were analyzed.Accordingly,some advices were advanced,for reference.

sedimentation;density flow;sediment release;Fengjiashan reservoir

TV697.1

B

1671-1092（2014）03-0012-03

2014-04-19

楊曉紅（1977-），女，陜西省寶雞市人，工程師，從事水庫工程管理工作。

Title:Sedimentation of Fengjiashan reservoir and its sediment release by density flow//by YANG Xiao?hong//Management Bureau of Fengjiashan Reservoir