二灘水庫多年泥沙淤積特征分析

閔四海，楊銀輝，宋明富

（雅礱江流域水電開發(fā)有限公司二灘水力發(fā)電廠，四川攀枝花，617000）

0 引言

二灘水電站位于雅礱江下游攀枝花市境內(nèi)，是雅礱江流域水電梯級(jí)開發(fā)的第一座電站。電站樞紐由混凝土雙曲拱壩、泄水建筑物、消能建筑物、輸水建筑物和地下廠房等組成。水庫正常蓄水位1 200 m，壩前最大水深約200 m，相應(yīng)庫容57.9億m3，死水位1 155 m，相應(yīng)調(diào)節(jié)庫容33.7億m3，水庫具有季調(diào)節(jié)性能。

壩址上游約19 km處有支流鳡魚河匯入，形成了雅礱江干流庫區(qū)和支流鳡魚河庫區(qū)兩部分水域，干、支流庫區(qū)平面形態(tài)均呈條帶狀，屬河道型水庫。

干流庫區(qū)的天然河道為卵石河床，平均比降1.54‰，正常蓄水位1 200m時(shí)，庫區(qū)長度約145 km，最大水面寬約910 m，平均水面寬500 m，干流庫區(qū)庫容占總庫容的82%。支流庫區(qū)的天然河道為卵石河床，平均比降4.58‰，正常蓄水位1 200m時(shí)，庫區(qū)長度約40 km，最大水面寬約1 500 m，平均水面寬約600 m，支流庫區(qū)庫容占總庫容的18%。

自1998年4月二灘蓄水前起，二灘水庫進(jìn)行了5次庫區(qū)河道斷面測量工作，積累了大量的泥沙斷面測量資料。根據(jù)二灘水庫實(shí)測水文和泥沙斷面測量資料，研究和分析二灘水庫的泥沙淤積特征，詳細(xì)掌握了二灘水庫蓄水運(yùn)行以來的泥沙淤積分布狀況，為水庫運(yùn)行和優(yōu)化調(diào)度提供了可靠的庫容特性，對(duì)充分發(fā)揮水庫的綜合效益是十分必要的。

1 泥沙監(jiān)測斷面測量情況

1998年4月，二灘蓄水前在庫區(qū)選定60條斷面并進(jìn)行了首次測量，其中主庫區(qū)43條，鱤魚河支流17條。2000年和2002年進(jìn)行了兩次復(fù)測。2004～2005年，進(jìn)行了第四次測量和首次庫容率定，為滿足庫容率定要求，新增加了120條斷面。2011年進(jìn)行了第五次測量工作，除了采用原60條固定斷面外，在2004年新增斷面中選擇了11條典型斷面，總斷面數(shù)量為71條。

2 水庫淤積量變化

歷次二灘庫區(qū)實(shí)測泥沙斷面統(tǒng)計(jì)成果見表1。從統(tǒng)計(jì)成果看，經(jīng)過1998年、1999年和2000年3個(gè)汛期，水庫淤積量2.28億m3，年平均增加淤積量0.76億m3；2000～2002年，增加淤積量0.67億m3，年平均增加淤積量0.34億m3；2002～2004年，增加淤積量0.62億m3，年平均增加淤積量0.31億m3；2004～2011年，增加淤積量2.68億m3，年平均增加淤積量0.38億m3。對(duì)比分析，2000～2011年水庫年平均增加淤積量較為接近，1998～2000年淤積速度較快，淤積量大于后來年份；主要原因?yàn)?998年、1999年的6～9月雅礱江全流域持續(xù)性強(qiáng)降雨，引發(fā)較大洪水，年輸沙量較多年平均值增加2～3倍，再加上水庫一般蓄水初期庫岸再造較后期要活躍，區(qū)間產(chǎn)沙量有所增加。

表1 二灘水庫淤積量統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistics of the sedimentation of Ertan reservoir

二灘水庫泥沙淤積主要來自兩個(gè)方面，一是上游入庫泥沙與下游出庫泥沙的差值，二是庫岸坍塌、滑坡及泥石流等地質(zhì)活動(dòng)的庫區(qū)區(qū)間產(chǎn)沙量。根據(jù)干流上游打羅水文站1998～2010年和下游小得石水文站1998～2009年的懸移質(zhì)泥沙資料系列統(tǒng)計(jì)，懸移質(zhì)淤積物容重采用設(shè)計(jì)假定的1.25 t/m3，計(jì)算得水庫蓄水至2011年第五次泥沙斷面測量前的入庫泥沙淤積量為4.3億m3（見表2）；根據(jù)蓄水初期庫區(qū)地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，整個(gè)庫區(qū)年輸沙量約為22×106m3，區(qū)間產(chǎn)沙量沿用該數(shù)據(jù)，截至2011年第五次泥沙斷面測量前的區(qū)間淤積量為2.86億m3，計(jì)算得到二灘水庫泥沙淤積總量約為7.16億m3，考慮到蓄水后庫區(qū)地質(zhì)活動(dòng)較前期有所減弱，2011年實(shí)測泥沙斷面所得的水庫淤積量6.25億m3是合理的，與計(jì)算值基本吻合。

表2 二灘水庫進(jìn)、出庫懸移質(zhì)年輸沙量統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistics of the annual sediment yield of Ertan reservoir

3 水庫淤積形態(tài)及沿程分布

根據(jù)歷次測量的水庫縱斷面高程，繪制二灘水庫淤積縱斷面圖（見圖1）。

圖1 二灘水庫淤積縱斷面圖Fig.1 Longitudinal profile of the sedimentation of Ertan reser?voir

從圖1可以看出，1998～2000年，水庫干流庫區(qū)淤積比較明顯；入庫泥沙隨著時(shí)間的推移，呈三角洲淤積形態(tài)向壩前推進(jìn)，河床逐漸抬高，2002年實(shí)測三角洲淤積洲頭距壩約84.4 km，2004年實(shí)測三角洲淤積洲頭距壩約76.8 km，2011年實(shí)測三角洲淤積洲頭距壩約66.0 km，且泥沙淤積主要分布于水庫中段，即距壩40.5～111.6 km約70 km的庫段。

4 河道深泓高程變化

對(duì)比二灘水庫干流五次測量河道深泓高程，見表3。

可得出如下結(jié)果：（1）2000年，水庫蓄水后經(jīng)過3個(gè)汛期，河道深泓高程較蓄水前抬高1.5～24 m，且壩前段和庫區(qū)中段（距壩以上111.6 km內(nèi)）深泓高程抬高較多，多在10 m以上。（2）2002年，壩前段深泓高程抬高較少，基本在0.9 m以下，距壩82.1～90.1 km庫段淤積抬高顯著，抬高值在6.4～12.5 m之間。（3）2004年，距壩60.7 km以下庫段深泓高程與2000年對(duì)應(yīng)斷面高程以降低為主；距壩65.7～82.1 km庫段淤積抬高顯著，抬高值多在10.7～22.0 m之間。（4）2011年，距壩10.6 km以下壩前段深泓高程較2004年測量對(duì)應(yīng)斷面高程有大幅降低，降低值在0.9～3.6 m之間；距壩10.6 km以上庫段深泓高程均較2004年測量對(duì)應(yīng)斷面高程呈現(xiàn)抬高趨勢，距壩58.5～80.0km段淤積抬高顯著，達(dá)到了9.3～29.8 m。

5 橫斷面淤積情況

壩前庫段，距壩0.74 km（二干01斷面）～距壩13.39 km（二干08斷面），蓄水至2000年，淤積較多，淤積厚度一般在9～22 m，2002年起淤積減少，該庫段淤積高程在1 030 m左右，見圖2、圖3。

圖2 二灘水庫泥沙測量（二干01）斷面圖Fig.2 Profile of the measured sedimentation of Ertan reservoir(on the main stream section No.01)

圖3 二灘水庫泥沙測量（二干08）斷面圖Fig.3 Profile of the measured sedimentation of Ertan reservoir(on the main stream section No.08)

庫中段，三角洲淤積前坡，距壩40.5 km（二干15斷面）～距壩65.7 km（二干21斷面，淤積洲頭），各斷面淤積基本表現(xiàn)為橫向平淤，灘槽分化不明顯，蓄水至2000年，淤積厚度一般在7～14 m之間；2000～2004年，淤積厚度增長一般在3 m以內(nèi)，2004～2011年，淤積厚度增加值約5～10 m，見圖4、

圖5。三角洲淤積洲面，距壩65.7 km（二干21斷面，淤積洲頭）～距壩111.6 km（二干34斷面），蓄水至2011年，各斷面主槽橫向平淤，灘槽不明顯，個(gè)別斷面出現(xiàn)主槽平移，隨著淤積年限增長，橫斷面淤積高程逐漸抬高，距壩65.7 km（二干21斷面）～距壩82.1 km（二干26斷面）淤積比較顯著，平均淤積厚度達(dá)20 m以上，最大平均淤積厚度達(dá)35 m以上，見圖6、圖7。

表3 二灘水庫下游各斷面深泓高程表Table 3 Elevation of the sectional thalwegs downstream the Ertan reservoir

圖4 二灘水庫泥沙測量（二干16）斷面圖Fig.4 Profile of the measured sedimentation of Ertan reservoir(on the main stream section No.16)

圖5 二灘水庫泥沙測量（二干19）斷面圖Fig.5 Profile of the measured sedimentation of Ertan reservoir(on the main stream section No.19)

圖6 二灘水庫泥沙測量（二干22）斷面圖Fig.6 Profile of the measured sedimentation of Ertan reservoir(on the main stream section No.22)

庫尾段，距壩111.6 km（二干34斷面）以上庫段為回水變動(dòng)區(qū)，淤積厚度較小，歷年來斷面隨著庫水位漲落有沖有淤，見圖8、圖9。

圖7 二灘水庫泥沙測量（二干26）斷面圖Fig.7 Profile of the measured sedimentation of Ertan reservoir(on the main stream section No.26)

圖8 二灘水庫泥沙測量（二干34）斷面圖Fig.8 Profile of the measured sedimentation of Ertan reservoir(on the main stream section No.34)

圖9 二灘水庫泥沙測量（二干35）斷面圖Fig.9 Profile of the measured sedimentation of Ertan reservoir(on the main stream section No.35)

根據(jù)以上分析可以看出，蓄水至2000年，各斷面淤積厚度增長較快，以淤河道主槽為主，兩岸邊坡略有淤積；2000年后，斷面淤積厚度相對(duì)減緩，并隨著淤積年限的增長，淤積高程逐漸抬高。

6 結(jié)語

根據(jù)二灘水庫蓄水運(yùn)行以來實(shí)測水文和泥沙斷面測量資料，對(duì)水庫泥沙淤積特征進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：

（1）二灘水庫1998～2011年泥沙淤積量約6.25億m3，其中淤積調(diào)節(jié)庫容1.92億m3、淤積死庫容4.33億m3，淤積大部分在死庫容以下，調(diào)節(jié)庫容損失率6.18%。1998～2000年蓄水初期淤積增加較快，年均淤積量約0.76億m3，2000～2011年淤積逐漸趨于穩(wěn)定，年平均淤積量近似0.36億m3。

（2）二灘水庫淤積主要來自水庫上游河流輸沙，其次是水庫庫岸崩塌、滑坡和區(qū)域產(chǎn)沙（含泥石流）等涌入庫內(nèi)。1998～2010年水庫多年平均入庫輸沙量約為4 420萬t，較初設(shè)階段的多年平均入庫輸沙量大，上游錦屏水庫建成后攔沙作用顯著，二灘水庫入庫輸沙量將大為減少，水庫泥沙淤積速率將大為減緩。

（3）二灘水庫泥沙淤積以三角洲形態(tài)逐漸向壩前推進(jìn)，河床逐漸抬高。從泥沙淤積縱向分布看，干流泥沙淤積主要分布于距壩40.5～111.6 km的庫中段，淤積顯著的河段抬高河床平均在20 m以上，最大抬高約50 m；從橫向分布看，淤積主要集中在主槽，表現(xiàn)為橫向平淤，灘槽分化不明顯。

（4）截至2011年，實(shí)測三角洲淤積洲頭距壩約66.0 km，壩前平均淤積高程為1 030.0 m，低于設(shè)計(jì)淤沙高程1 062.5 m，遠(yuǎn)低于泄洪建筑物進(jìn)口和機(jī)組進(jìn)水口底高程，不會(huì)出現(xiàn)壩前泥沙淤積問題，也不影響水庫運(yùn)行壽命。

[1]四川中水成勘院測繪工程有限公司.二灘水電站水庫泥沙斷面測量報(bào)告[R].2011.