石門水庫泥沙淤積對樞紐建筑物的影響探討

高嵩（漢中市石門水庫管理局　陜西　漢中　723000）

石門水庫泥沙淤積對樞紐建筑物的影響探討

高嵩
（漢中市石門水庫管理局陜西漢中723000）

本文論述了石門水庫泥沙淤積形態(tài)及過程特征，分析了泥沙淤積對水庫樞紐建筑物的影響。提出了加強(qiáng)流域內(nèi)的水土保持工作、加強(qiáng)水庫管理的科學(xué)研究以及采取工程處理措施等方法，以控制和減少水庫的泥沙淤積，以期為同類工程提供借鑒。

泥沙；建筑物；影響；處理措施；石門水庫

1　工程概況

石門水利樞紐工程位于陜西省漢中市，漢江支流褒河峽谷出口以上1.8km處，是以灌溉為主、兼顧發(fā)電、防洪、城市供水等綜合利用的大型水利樞紐工程。石門水庫灌溉51.5萬畝稻田，占漢中地區(qū)稻田的1/4，電站總裝機(jī)容量4.05萬kw，平均年發(fā)電量1.21億度。大壩為混凝土拱壩，最大壩高88m，壩頂高程620m，壩身中部開設(shè)六個7m×8m泄洪孔口，底檻高程596m，并設(shè)有2m×2m底孔一個，底檻高程550m。大壩于1973年基本建成，水庫開始發(fā)揮效益。褒河流域系長江水系漢江上游較大支流之一，屬山溪性河流，全長130km，河床平均比降4.3%，流域面積3864km2，水庫面積3.2km2，水庫回水長度17km，平均水庫寬度180m，最大寬度250m，是典型的峽谷式河道型水庫，總庫容1.098億m3，其中有效庫容0.607億m3。石門水庫根據(jù)工程修建前的水文記載，多年平均流量43.6m3/s，年徑流13.8億m3，徑流的主要補(bǔ)給是降雨，庫區(qū)多年平均降雨量905.6mm，多集中在7月～9月份，占全年雨量3/4，洪水陡漲陡落，峰高量小，匯流快，歷時短，多年平均含沙量0.934kg/m3，多年平均輸沙量（懸移質(zhì)）148萬t。石門水庫1972年蓄水后，在庫區(qū)共布設(shè)了25個測淤斷面，采用橫斷面法測量。

2　泥沙淤積形態(tài)及過程特征

2.1泥沙淤積形態(tài)

根據(jù)水文資料褒河汛期（6月～9月）泥沙含量為全年的85.2%，淤積也多在汛期生成。石門水庫壩高水深，庫面狹長，庫容相對較小，汛期容易造成淤積，形成三角洲的淤積性態(tài)。

汛期泥沙的造床質(zhì)部分 （泥沙粒徑大于0.02mm部分），全淤在三角洲上并逐年向壩前推移，河沙粒徑小于0.02mm沖瀉質(zhì)部分淤在三角洲前坡至壩前之間，并在拱壩底孔前形成沖刷漏斗。

在水庫的上游尾部段和頂坡段，較粗顆粒泥沙迅速落淤，粒徑0.01mm～1mm，當(dāng)水庫泄洪時尤其當(dāng)降低水位泄洪時，就以推移質(zhì)的形式向下游運(yùn)動，在這部分的庫底形成河槽、轉(zhuǎn)彎河段岸邊形成灘地形態(tài)。三角洲前坡逐年向壩前推移，已從1980年距壩10km的12號斷面推移到1994年距壩5km的7～8號斷面。處于三角洲頂坡的9號斷面淤積面高程已達(dá)死庫容水位595m。

細(xì)顆粒泥沙多以異重流的形態(tài)運(yùn)動擴(kuò)散直至壩前，受壩阻擋在壩前大量落淤，其特點是全斷面平均落淤，沖寫質(zhì)淤積段也是主要的淤積部分。壩前初期淤積很快，至1980年壩前淤積高程就達(dá)553m，淤積厚度10m，平均年淤積2m。特別是漢中“81.8”洪水加速了石門水庫的淤積程度，河道底部已由原來的V型變成較平坦的U型。

2.2泥沙淤積過程特征

石門水庫每年大約有9.8億m3水量挾帶泥沙入庫，而有效庫容僅有0.6億m3，大量洪水下泄，這個過程是水庫主要泥沙的淤積成因。

水文特征對水庫落淤的影響：石門水庫壩高水深，水庫所在的褒河，系漢江上游較大支流之一，發(fā)源于秦嶺南麓崇山峻嶺之中，河道短，坡降大。故洪水集流甚快，洪峰陡漲陡落，易造成表土沖刷。

另外，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，一些開礦、耕種活動增加，植被破壞，加之庫區(qū)森林覆蓋率不高，從而造成水土流失嚴(yán)重，加劇了水庫淤積。

3　泥沙淤積現(xiàn)狀

3.1歷年淤積量測量結(jié)果

石門水庫1972年建成，蓄水后在庫區(qū)共布置了25個測淤斷面，采用斷面法測量并計算歷年水庫淤積量及淤積分布。

石門水庫歷年淤積量計算統(tǒng)計見表1。

根據(jù)2012年淤積測量成果，至2012年累積淤積量已達(dá)4291.42萬m3，占總庫容的40.87%，9號斷面以上淤積面均超過了死水位595m高程。死水位595m高程以上有效庫容淤積1282.48萬m3，占有效庫容6070萬m3的 21.13%。石門水庫淤積大部分在死庫容水位595m以下，達(dá)3008.94萬m3，占死庫容4430 萬m3的67.92%，其主河道淤積增加主要分布在2號斷面至14號斷面。由石門水庫歷年淤積量表可知，2012年11月所測淤積量比2007 年10月所測淤積量增加了403.65萬m3，近五年淤積速度有所加快，主要原因在于沿庫區(qū)多項工程建設(shè)棄渣經(jīng)雨水沖入庫區(qū)，加之2007年至2012年間降水較多，多次發(fā)生洪水。但庫區(qū)整體淤積速率保持下降，這主要得益于近年來流域內(nèi)退耕還林，水土保持良好。石門水庫自1972年建成蓄水運(yùn)行已經(jīng)40年，水庫多年平均淤積速率為1.02%。

由壩前水下地形圖測量數(shù)據(jù)得知，2012年壩前淤積最低高程為563.82m，已高出底孔底檻550m高程13.82m；河床電站進(jìn)水口淤積最低高程為565.34m，與河床電站進(jìn)水口底檻567m高程相差1.66m。淤積已對東干渠進(jìn)水口（588.5m）、西干渠進(jìn)水口（592m）、河床電站進(jìn)水口（567m）的正常引水造成威脅，由于大量淤積，曾多次造成石門東電站事故停機(jī)，1990年9月迫降庫水位，對東干渠進(jìn)水口進(jìn)行了清淤。

3.2泥沙淤積對工程設(shè)施的影響

（1）淤積對水庫效益的影響

由于石門水庫沒有有效的排砂減淤設(shè)施，水庫建成至2012年，已有4291.42萬m3的泥沙淤積，其中，有效庫容淤積已超過1282.48 萬m3，使灌溉、發(fā)電受到影響，從而造成水庫效益銳減。

（2）淤積對底孔的運(yùn)行影響。

由淤積測量結(jié)果可知，2012年壩前淤積高程已達(dá)563.82m，已高出底孔底檻550m高程13.82m。如1981年的一次開底孔時，提升0.3m還不見出水，提升到0.4m時才突然涌出泥漿水，因此有堵塞底孔進(jìn)口的可能性。

（3）淤積對東電站的影響。

1990年7月6日大洪水后，由于大量污物進(jìn)入機(jī)組，直接影響了東電站正常發(fā)電，使東電站7、8兩個月被迫5次停機(jī)排除故障，由于故障頻繁，機(jī)組損壞嚴(yán)重，9月初東電站只好停機(jī)待命。

表1　　石門水庫歷年淤積量表

（4）淤積對攔污柵的影響。

由于庫區(qū)特有的地形地貌及進(jìn)水口所處的位置，加之淤積物的來源、種類比較復(fù)雜，使攔污柵的安全運(yùn)行受到影響。如1990 年9月18日當(dāng)庫水位降至586.5m，進(jìn)行攔污柵檢查時發(fā)現(xiàn)：進(jìn)水口前方淤積高程約594.5m，進(jìn)水口攔污柵前形成渦流坑，直徑約3m，坑深約4m～5m，攔污柵上伏著被沉入泥沙中的樹枝、木棍及少量石塊等淤積物，兩個柵片發(fā)生彎曲變形，柵片掛齒發(fā)生扭曲變形。也直接影響了東干渠灌溉引水和東電站正常發(fā)電。

4　控制泥沙淤積的對策

4.1采取工程措施

為解決石門水庫的淤積問題，確保工程設(shè)施的安全運(yùn)行，應(yīng)采取工程處理措施，如：對壩前100m以內(nèi)泥沙進(jìn)行清挖，以緩解目前泥砂對底孔、東干渠、河床電站引水口及攔污柵的淤堵，同時又可以恢復(fù)一定的有效庫容。

4.2加強(qiáng)上游流域內(nèi)的水土保持工作

依據(jù)《水法》、《水土保持法》等相關(guān)法律、法規(guī)，加大執(zhí)法力度，嚴(yán)禁在庫區(qū)和流域內(nèi)進(jìn)行采礦、耕種等活動。對跨庫區(qū)建設(shè)工程，要堅強(qiáng)監(jiān)督檢查，防止棄渣進(jìn)入水庫。

4.3加快研究和開發(fā)褒河上游梯級水庫

上游建庫將有效解決石門水庫的淤積問題，對延長水庫壽命和水庫效益的發(fā)揮都將起到積極作用，因此，應(yīng)積極向有關(guān)部門建議加快研究和開發(fā)褒河上游梯級水庫。

4.4加強(qiáng)水庫管理的科學(xué)研究

建立出庫入庫流量站，掌握洪水含沙量基本資料。建立準(zhǔn)確可靠的水情預(yù)報系統(tǒng)，制定有利于減淤排沙的調(diào)度運(yùn)行原則。開展水庫泥沙淤積形態(tài)及淤積過程特征的科學(xué)研究，為采取工程措施和制定水庫調(diào)度運(yùn)行原則減少泥沙淤積提供科學(xué)依據(jù)。

5　結(jié)語

石門水庫地處陜西省漢中地區(qū)，是一座重要的大（二）型水利樞紐工程，石門水庫壩高水深，庫面狹長，庫容相對較小，汛期容易造成淤積，形成三角洲的淤積性態(tài)，水庫運(yùn)行40多年，2012年實測淤積已達(dá)到4291.42萬m3。通過對石門水庫淤積現(xiàn)狀的分析，不難看出，石門水庫的淤積情況是嚴(yán)重的，已對工程設(shè)施的安全運(yùn)行構(gòu)成威脅，因此，除應(yīng)加強(qiáng)對淤積的監(jiān)測及其運(yùn)動規(guī)律的分析研究外，采取工程處理措施是十分必要的，已確保水庫效益的正常發(fā)揮。陜西水利

［1］趙克玉，藍(lán)俊東，湯建斌.石門水庫排沙減淤技術(shù)研究 ［J］.水資源與水工程學(xué)報，2006，（5）：46-49.

［2］中國水利學(xué)會泥沙專業(yè)委員會.泥沙手冊［M］.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，1992.4.

（責(zé)任編輯：唐紅云）

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