葠窩水庫庫區(qū)淤積物來源分析

于佳華

(遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，沈陽110006)

1 水庫概況

葠窩水庫位于遼寧省遼陽境內(nèi)太子河干流上，壩址以上流域面積6175 km2，年徑流量22.85 億m3，是一座以防洪為主，兼顧灌溉、工業(yè)用水，并結(jié)合供水進(jìn)行發(fā)電等綜合利用的大(2)型水利樞紐?？値烊?.91 億m3。

葠窩水庫大壩為混凝土重力壩，由擋水壩段、溢流壩段、電站壩段3 部分組成，大壩全長532 m，共31個(gè)壩段，其中:

1)1#～3#(右側(cè))和22#～31#(左側(cè))壩段為擋水壩段，長217.3 m。

2)4#～18#為溢流壩段，長274.2 m。

3)19#～21#為電站壩段，長40.5 m。壩頂高程103.50 m，最大壩高50.3 m。

水庫原設(shè)計(jì)按100 a一遇洪水設(shè)計(jì)，1 000 a一遇洪水校核，相應(yīng)水位為101.80 m及102.00 m。上游觀音閣水庫建成后，葠窩水庫設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)由100 a一遇提高到300 a一遇，相應(yīng)水位為100.80 m;校核標(biāo)準(zhǔn)由1 000 a一遇提高到10 000 a一遇洪水，最高水位仍保持102.00 m。

水庫下游35 km為遼陽市、50 km為長大鐵路和沈大高速公路，共計(jì)保護(hù)人口140 萬人，耕地10.93 萬hm2。

水庫建成后，遼陽市防洪標(biāo)準(zhǔn)由20 a一遇提高到100 a(現(xiàn)接近200 a一遇)。農(nóng)田防洪標(biāo)準(zhǔn)由5 a一遇提高到20 a(現(xiàn)增加到50 a 一遇);有效灌溉面積8.133 萬hm2;工 業(yè) 供 水1.12 億m3，年 發(fā) 電量8 000 萬kW·h。

2 天然來沙特性

天然來沙特性主要包括3個(gè)方面的內(nèi)容:

2.1 實(shí)測泥沙資料

葠窩水庫位于太子河干流，庫區(qū)末端與本溪城市段相連，下游為遼陽城市段。太子河干流葠窩水庫上下游有泥沙資料的測站主要是本溪、葠窩及遼陽三站，支流蘭河、細(xì)河有泥沙資料的測站為梨庇峪、橋頭。本溪、葠窩、遼陽等3 站從1954年開始測沙，葠窩站至1993年停止測沙。葠窩水庫干、支流各主要站含沙量見表1。

表1 葠窩水庫干、支流各主要站含沙量資料來源表

2.2 水文站懸移質(zhì)泥沙資料系列延長

葠窩站至1993年停止測沙，需對(duì)其進(jìn)行插補(bǔ)延長。考慮到1973年以后，葠窩水庫投入運(yùn)行，將上游來的泥沙攔截在庫區(qū)內(nèi)，且葠窩站位于水庫下游，因此其泥沙資料的插補(bǔ)應(yīng)選擇葠窩水庫下游站進(jìn)行插補(bǔ)才有代表性［1－2］。

葠窩水庫以下距葠窩水文站最近的水文站為遼陽站，本次采用遼陽站的泥沙資料對(duì)葠窩站進(jìn)行插補(bǔ)延長。采用遼陽站及葠窩站1954年—1993年的年輸沙量做相關(guān)關(guān)系，具體成果見圖1?？梢钥闯?，葠窩與遼陽站年輸沙量相關(guān)關(guān)系較好，因此本次葠窩站1993年至今的年輸沙量采用該相關(guān)關(guān)系進(jìn)行插補(bǔ)。具體成果詳見表2。

2.3 水庫來沙分析

葠窩水庫于1973年建成，至2011年已運(yùn)行39 a，其系列長度能夠滿足設(shè)計(jì)要求。葠窩水庫庫區(qū)匯入3 條較大河流，分別是太子河及其支流蘭河、細(xì)河。

水庫上游太子河上有本溪站，蘭河上有梨庇峪站，細(xì)河上有橋頭站，以上3 站作為水庫的入庫站，其控制面積分別為4192 km2、417 km2、1023 km2，1973年—2011年本溪站、梨庇峪站及橋頭站多年平均輸沙量分別為36.77 萬t、16.13 萬t、48.09 萬t。

葠窩水庫入庫沙量按面積比推求，匯入庫區(qū)位置以上流域面積分別為4535 km2、514 km2、1126 km2， 其 入 庫 沙 量 分 別 為 39.78 萬t、19.87 萬t、52.94 萬t。

圖1 1954—1993年葠窩與遼陽年輸沙量相關(guān)關(guān)系

葠窩站1954年開始測沙，1993年停測，除1960年大水需插補(bǔ)外，其余年份有實(shí)測沙量。葠窩水庫于1973年正式建成，經(jīng)統(tǒng)計(jì)1973—2011年葠窩站、本溪站、橋頭站、梨庇峪站年均輸沙量分別為11.98 萬t、36.77 萬t、48.09 萬t、16.13 萬t。根據(jù)本溪站、橋頭站、梨庇峪站年均輸沙量成果，按照面積比計(jì)算葠窩水庫年均入庫沙量為111.38 萬t，則葠窩水庫年均淤積量為99.40 萬t。

葠窩站位于葠窩水庫壩下，采用該站作為葠窩水庫的出庫站。

表2 本溪、葠窩、橋頭、梨庇峪四站年輸沙量成果表單位 萬t

根據(jù)水庫庫區(qū)地勘取樣成果，葠窩水庫實(shí)際淤積物顆粒較細(xì)，多為細(xì)沙及粉砂，基本無推移質(zhì)入庫，因此本次僅考慮懸移質(zhì)淤積量，淤積物干容重采用1.3 t/m3［3－4］。

1973—2011年系列水庫年均懸移質(zhì)淤積量體積為77.39 萬m3。水庫建成后至2011年已經(jīng)運(yùn)行了39 a，因此天然來沙總淤積量為3 018.21 萬m3。

3 庫區(qū)淤積量計(jì)算

由于葠窩水庫建設(shè)時(shí)間較早(1973年建成)，當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)并未普及，因此所采用的基礎(chǔ)資料均無電子版［5］?，F(xiàn)在還保留的地形資料僅有1964年實(shí)測的1∶1萬紙版軍委圖。

2012年，進(jìn)行了橫斷面測量，共40 條庫區(qū)橫斷面，其中太子河干流27 條，細(xì)河7 條，蘭河6 條。

為了分析葠窩水庫庫區(qū)的淤積部位，需要對(duì)庫區(qū)內(nèi)橫斷進(jìn)行套繪。但是由于葠窩水庫設(shè)計(jì)年代較早，原設(shè)計(jì)采用庫區(qū)橫斷面圖已經(jīng)丟失，僅有設(shè)計(jì)時(shí)采用的1964年實(shí)測的1∶1萬紙版地形圖。

因此本次套繪分析對(duì)1964年實(shí)測1:1 萬地形圖進(jìn)行矢量化處理，將其做成電子版地形圖。并在電子版軍委圖上，利用等高線及高程點(diǎn)在2012年實(shí)測的40 條橫斷位置割出橫斷，后將用2年橫斷面進(jìn)行套繪［6－7］。

結(jié)合各斷面間面積差及上下游斷面的間距，計(jì)算蓡窩水庫各斷面間從1964年—2012年的總淤積量。并分別計(jì)算出死水位、汛限水位、正常蓄水位、校核洪水位等各特征水位下淤積庫容，詳細(xì)成果見表3。從表3 中可以看出，葠窩水庫總淤積量為1.27億。

表3 葠窩水庫各斷面特征水位下淤積庫容成果表

4 淤積物來源分析

葠窩水庫庫區(qū)附近現(xiàn)有礦點(diǎn)總數(shù)為664個(gè)，破壞地表面積5 126.59 hm2。

現(xiàn)排放廢棄巖土總量57328.64 萬m3，年排放廢棄巖土總量1 947.98 萬m3，現(xiàn)排放尾礦沙總量1 8244.16 萬m3，年 排 放 尾 礦 沙 總 量2 294.85 萬m3，年水土流失量127.43 萬t。

按編制水土保持方案情況來劃分，有172個(gè)礦點(diǎn)編制了水土保持方案，492個(gè)礦點(diǎn)未編制水土保持方案。

按礦點(diǎn)運(yùn)行狀態(tài)劃分，廢棄礦點(diǎn)270個(gè)，正在運(yùn)行礦點(diǎn)394個(gè)，已經(jīng)廢棄礦點(diǎn)全部分布在本溪。101個(gè)礦點(diǎn)分布在入庫河流沿岸，這101個(gè)礦點(diǎn)破壞地表面積423.23 hm2，現(xiàn)排放廢棄巖土總量279.46 萬m3，年排放廢棄巖土總量71.40 萬m3，現(xiàn)排放尾礦沙總量2 858.88 萬m3，年排放尾礦沙總量520.94 萬m3，年水土流失量11.99 萬t。

根據(jù)以上分析，葠窩水庫淤積物主要有兩部分組成:

1)河道天然泥沙進(jìn)入庫區(qū)，根據(jù)計(jì)算該部分共有0.3 萬m3。

2)另一部分為礦場棄渣，根據(jù)計(jì)算，葠窩水庫庫區(qū)已淤積1.27 億m3庫容，有0.3 萬m3為天然來沙，其余部分為礦渣，礦渣共淤積約0.97 億m3。

［1］孔令志，孫小東，呂艷. 潘家口水庫泥沙淤積來源及淤積現(xiàn)狀分析［J］. 海河水利，2013(05):40－41.

［2］隋麗君. 葠窩水庫庫區(qū)淤積測量及成果分析［J］. 東北水利水電，2014(02):35－37.

［3］袁晶，許全喜，童輝. 三峽水庫蓄水運(yùn)用以來庫區(qū)泥沙淤積特性研究［J］. 水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2013，32(02):15－22.

［4］許全喜，張小峰，袁晶. 長江上游河流輸沙量時(shí)間序列躍變現(xiàn)象研究［J］. 長江流域資源與環(huán)境.2009，18(06):555－562.

［5］姜乃森，傅玲燕. 中國的水庫泥沙淤積問題［J］. 湖泊科學(xué).1997，09(01):28－35.

［6］浦承松，謝波. 水庫泥沙淤積計(jì)算方法及其在工程中的應(yīng)用［J］. 人民珠江.2002(02):14－17.

［7］朱蘇云，李松，金冶，趙培穎. 東港市水庫泥沙淤積的初步分析［J］. 東北水利水電.2003(01):24－25.