小浪底水庫運(yùn)用以來庫區(qū)泥沙淤積分析

王婷 王遠(yuǎn)見 曲少軍 任智慧 馬為民

摘要：為了提高小浪底水庫排沙效果，延長水庫攔沙壽命，對水庫運(yùn)用以來庫區(qū)的淤積情況進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：①小浪底庫區(qū)干流仍為三角洲淤積形態(tài)，三角洲頂點(diǎn)距壩16.39km，高程為222.59m。遠(yuǎn)離大壩的支流溝口淤積面均高于支流內(nèi)部，支流畛水出現(xiàn)明顯的攔門沙坎，高度為9.9m。②汛期庫區(qū)年均淤積2.117億t，占總淤積量的92%。高程235m以下淤積泥沙33.983億m³，是淤積的主體。大壩—HH20、HH20—HH38庫段是淤積的主要庫段，分別淤積19.972億m³、11.101億m³，占總淤積量的61%、34%。干流淤積量為26.136億m³，占總淤積量的80%。③淤積物中，細(xì)沙、中沙、粗沙分別占總量的39.7%、28.9%、31.4%。中細(xì)泥沙，尤其是不會造成下游大量淤積的細(xì)沙淤積在水庫中，減少了攔沙庫容，降低了水庫的攔沙效益，縮短了水庫的攔沙壽命。

關(guān)鍵詞：淤積形態(tài);淤積分布;泥沙;小浪底水庫

中圖分類號：TV856;TV882.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 前言

小浪底水庫是一座以防洪（防凌）、減淤為主，兼顧供水、灌溉、發(fā)電，除害興利、綜合利用的樞紐工程，在黃河治理開發(fā)的總體布局中具有重要的戰(zhàn)略地位[1]。自運(yùn)用以來，水庫在保障下游防洪及生活、生產(chǎn)、灌溉和生態(tài)用水安全、減小洪水漫灘概率、擴(kuò)大下游主河槽過流能力、改善河流生態(tài)環(huán)境及電網(wǎng)供電質(zhì)量等方面發(fā)揮了巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益[2-3]。由于小浪底水庫運(yùn)用以來遇黃河枯水少沙系列，主要來沙期水庫攔沙運(yùn)用較多，因此庫區(qū)泥沙淤積相對較多。至2016年10月，用沙量平衡法計(jì)算的庫區(qū)淤積量為38.990億t，用斷面法計(jì)算的庫區(qū)淤積量為32.573億m³（達(dá)到設(shè)計(jì)攔沙庫容72.5億m³的45%）。為了提高水庫排沙效果，延長水庫攔沙壽命，需要對庫區(qū)淤積情況進(jìn)行分析。

2 庫區(qū)淤積形態(tài)

2.1 干流淤積形態(tài)

小浪底水庫運(yùn)用初期以攔蓄泥沙、下泄清水為主，至2000年10月，干流縱剖面呈三角洲淤積形態(tài)[4]（見圖1）。之后受入庫水沙、水庫運(yùn)用調(diào)度方式以及庫區(qū)地形等影響，三角洲淤積形態(tài)不斷發(fā)生調(diào)整。如2003年、2005年，由于距壩70km以上庫段河寬較窄，因此洪水期運(yùn)用水位的升高使該河段發(fā)生一定的淤積，次年汛前調(diào)水調(diào)沙時，當(dāng)三門峽水庫下泄清水大流量過程時，淤積在該庫段的泥沙發(fā)生沖刷，淤積形態(tài)發(fā)生調(diào)整。水庫淤積形態(tài)發(fā)展的趨勢：三角洲洲面段不斷抬高，三角洲頂點(diǎn)不斷向壩前推進(jìn)（見圖2）。至2016年10月，三角洲頂點(diǎn)已由距壩69.39km （2000年10月）的HH40斷面移至距壩16.39km的HH11斷面，向下游推進(jìn)53km，三角洲頂點(diǎn)高程為222.59m。

2.2 支流淤積形態(tài)

小浪底庫區(qū)支流淤積主要為干流來沙倒灌所致，支流淤積形態(tài)取決于溝口處干流的淤積位置和倒灌流態(tài)以及支流地形條件[5-7]。支流溝口淤積面與干流同步抬升，當(dāng)支流位于干流三角洲頂點(diǎn)以下主要為異重流倒灌時，支流內(nèi)部與溝口基本保持一致;當(dāng)支流位于三角洲頂坡段主要為明流倒灌時，支流內(nèi)部抬升相對較慢，出現(xiàn)明顯的攔門沙坎。當(dāng)支流溝口寬度較小時，干流水沙倒灌進(jìn)入支流時的寬度小、沙量少;而支流內(nèi)部較寬時，進(jìn)入支流的水沙隨寬度增加，流速下降，挾沙能力減弱，泥沙落淤;倒灌距離越長，挾帶的沙量越少，淤積厚度越小。如支流畛水（距壩18km），2016年10月溝口對應(yīng)干流灘面高程為223.6m，而畛水內(nèi)部最低淤積6斷面高程僅為212.8m，高差達(dá)到10.8m（見圖3）?？傮w來說，至2016年10月，庫區(qū)大部分支流溝口淤積面高程高于支流內(nèi)部（見圖4），具有較為明顯的倒坡。

3 庫區(qū)淤積分布

3.1 沖淤量年內(nèi)年際分配

小浪底庫區(qū)泥沙淤積主要集中在汛期，2000-2016年（上年11月至次年10月，下同）汛期年均淤積泥沙2.117億t，占年淤積量的92%;非汛期淤積主要集中在汛前調(diào)水調(diào)沙期。

受黃河泥沙年際變化及小浪底水庫汛期運(yùn)用水位的影響，淤積量年際變化較大（見圖5）。水庫運(yùn)用初期以蓄水?dāng)r沙為主，運(yùn)用水位較高，泥沙淤積較多。如小浪底運(yùn)用以來來沙量最大的2003年，入庫水量217.61億m³、沙量7.564億t，庫區(qū)淤積泥沙6.358億t，為運(yùn)用以來淤積量的最大值，淤積比為84%。水庫進(jìn)人攔沙后期第一階段，洪水期水庫排沙機(jī)會增多，淤積比減小。如來水最豐的2012年進(jìn)行過3次調(diào)水調(diào)沙，入庫水量358.24億m³、沙量3.327億t，淤積量2.032億t，淤積比為61%。2015年和2016年屬嚴(yán)重枯水少沙年，小浪底入庫水量分別為183.80億、158.01億m³，沙量分別0.501億、1.115億t，全年未排沙。

3.2 泥沙淤積高程分布

泥沙淤積高程分布與來沙時段運(yùn)用水位密不可分。汛期是主要來水時段，汛限水位的高低直接影響到汛期淤積分布。小浪底水庫運(yùn)用至2016年，隨著水庫淤積量增大，汛限水位逐步抬升，經(jīng)歷了4次調(diào)整：2000年汛限水位為215m;2001年開始實(shí)行兩階段汛限水位，前汛期汛限水位為220m，后汛期為235m;2002年開始前汛期汛限水位為225m，后汛期汛限水位為248m;2013年開始前汛期汛限水位為230m：2016年開始進(jìn)行汛限水位動態(tài)試驗(yàn)，汛期主要來沙時段運(yùn)用水位為238.5m左右。水庫運(yùn)用初期水位較低，三角洲洲面段有所沖刷，泥沙淤積主要集中在淤積面相對較低的壩前淤積段。隨著汛期運(yùn)用水位的不斷抬升，淤積部位不斷向上游發(fā)展，淤積面不斷抬升。至2016年10月，汛期主要來沙時段小浪底水庫運(yùn)用水位一般低于235m。因此，泥沙淤積主要集中在235m高程以下，至2016年10月235m高程以下淤積量為33.983億m³，245m以上發(fā)生少量沖刷（見圖6）。

3.3 泥沙淤積位置分布

小浪底水庫總體處于峽谷地帶，平面形態(tài)狹長彎曲，人匯支流較多，且均分布在HH38斷面（距壩64.83km）以下。根據(jù)庫區(qū)平面形態(tài)，將水庫劃分為3段[8]：大壩-HH20斷面（距壩33.48km）、HH20-HH38斷面和HH38-HH56斷面（距壩123.41km），前兩段總體較為寬闊，河谷寬度多在1000m以上，最寬處為2800m，后一段為峽谷段，河谷寬度多在500m以下。

小浪底水庫運(yùn)用初期，為了增加壩前泥沙淤積厚度以增強(qiáng)抗?jié)B漏能力，運(yùn)用水位較低，下閘蓄水至2003年7月，最高水位為240.87m[9]，利用異重流排沙出庫較少。在此期間，淤積主要集中在壩前-HH20斷面（見圖7）。隨著庫區(qū)淤積以及洪水期水庫運(yùn)用方式的變化，泥沙淤積位置不斷發(fā)生變化。總體來講，2000-2016年泥沙淤積主要集中在HH38斷面以下的兩個區(qū)間，即大壩-HH20、HH20-HH38庫段，淤積量分別為19.972億、11.101億m³，分別占總淤積量的61%、34%。

就干支流分布來講，泥沙淤積主要集中在干流，支流淤積相對較少（見圖8），且集中在溝口附近。2000-2016年，干、支流淤積量分別為26.136億、6.437億m³，分別占庫區(qū)淤積總量的80%、20%。

3.4 淤積物組成

2000-2016年小浪底庫區(qū)累計(jì)淤積泥沙38.990億t，其中細(xì)沙（粒徑d≤0.025mm，下同）、中沙（0.025mm0.05mm，下同）分別為15.493億、11.243億、12.254億t（見圖9），分別占39.7%、28.9%和31.4%。中細(xì)泥沙占總淤積量的68.6%，尤其對下游不會造成大量淤積的細(xì)沙淤積在水庫中，減少了攔沙庫容，降低了水庫的攔沙效益，水庫排沙較少，縮短了水庫的攔沙壽命[10]。

4 結(jié)論

（1）小浪底庫區(qū)干流淤積形態(tài)仍為三角洲淤積，三角洲頂點(diǎn)距壩16.39km，高程為222.59m。遠(yuǎn)離大壩的支流溝口淤積面均高于支流內(nèi)部，支流畛水出現(xiàn)明顯的攔門沙坎，高度為9.9m。

（2）汛期庫區(qū)年均淤積2.117億t，占總淤積量的92%。高程235m以下淤積泥沙33.983億m³，是淤積的主體。大壩—HH20、HH20-HH38庫段是淤積的主要庫段，分別淤積19.972億m³、11.101億m³，占總淤積量的61%、34%。干流淤積量為26.136億m³，占總淤積量的80%。

（3）淤積物中，細(xì)沙、中沙、粗沙分別占總量的39.7%、28.9%和31.4%。中細(xì)泥沙，尤其是不會造成下游大量淤積的細(xì)沙淤積在水庫中，減少了攔沙庫容，降低了水庫的攔沙效益，水庫排沙較少，縮短了水庫的攔沙壽命。

參考文獻(xiàn)：

[1]張俊華，陳書奎，李書霞，等.小浪底水庫攔沙初期水庫泥沙研究[M].鄭州：黃河水利出版社，2007：1-5.

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[3]陳建國，周文浩，孫平.論小浪底水庫近期調(diào)水調(diào)沙在黃河下游河道沖刷中的作用[J].泥沙研究，2009（3）：1-7.

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[5]張俊華，陳書奎，馬懷寶，等.小浪底水庫攔沙后期防洪減淤運(yùn)用方式研究：小浪底水庫模型試驗(yàn)研究[R].鄭州：黃河水利科學(xué)研究院，2010：52-57.

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[9]屈章彬，臺樹輝.小浪底壩前泥沙淤積對大壩基礎(chǔ)滲流影響分析[J].人民黃河，2009，31（10）：94-95.

[10]王婷，李刁評，任智慧，等.2016年前汛期中小洪水調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)研究[R].鄭州：黃河水利科學(xué)研究院，2016：7-9.