黃河小峽水電站水庫淤積及庫容特性分析

王銳

（國投甘肅小三峽發(fā)電有限公司，甘肅白銀，730900）

1 概述

小峽水電站位于甘肅蘭州皋蘭縣什川鎮(zhèn)境內(nèi)的黃河干流上，為徑流式電站，總裝機容量4×57.5 MW，保證出力93 MW，多年平均發(fā)電量9.56億kW·h。

樞紐建筑物由右岸三孔泄洪閘、巖坎壩段、河床廠房及左岸副壩組成，主壩為混凝土重力壩，最大壩高50.7 m，壩頂高程1 502.00 m，壩頂全長249 m。

水庫淤積測量是為長期保持小峽電站良好的發(fā)電效益、解決水庫泥沙問題而必須進行的一項基礎(chǔ)性工作。其目的是掌握水庫淤積特性、庫容特性、水庫沖淤動態(tài)發(fā)展，有效控制水庫泥沙淤積，延長水庫使用壽命，提高水庫的發(fā)電效益，為水庫調(diào)度運行提供科學(xué)依據(jù)。水庫運行管理部門在水庫建成后的運行過程中陸續(xù)進行了定期與不定期復(fù)測工作。

2 水庫概況

2.1 水文特性

小峽水電站距黃河源頭2 155 km，壩址以上流域面積22.513萬km2，占黃河流域面積的30%。電站正常蓄水位1 499.00 m，正常死水位1 495.00 m，極限死水位1 492.00 m，汛期排沙運行水位1 495.00 m。1 500.00 m水位下，原始總庫容為5 209萬m3，為日調(diào)節(jié)水庫。多年平均流量1 059 m3/s，多年平均年輸沙量7 200萬t。大壩按重現(xiàn)期50年洪水設(shè)計，相應(yīng)洪峰流量6 350 m3/s；按重現(xiàn)期500年洪水校核，相應(yīng)洪峰流量7 170 m3/s。

2.2 水庫概況

小峽水庫為山區(qū)河道型，全長25.8 km，共布設(shè)20條淤積測驗斷面（編號為庫00～庫19），大壩至峽口包蘭橋（庫15斷面）22 km為峽谷，兩岸山體陡峭，水面較窄。包蘭橋（庫15斷面）以上至庫尾段（庫19）約4 km，庫面較寬，水淺，平均河寬約184 m，河道比降為0.76‰。設(shè)計多年平均入庫流量1 059 m3/s，入庫沙量7 200萬t，多年平均含沙量2.16kg/m3，水沙年內(nèi)分配很不均勻，汛期6～9月來水量占年水量的60%，輸沙量占年輸沙量的90.6%。大壩下游29 km處為大峽水電站。

3 水庫淤積分析

水庫淤積測量定期進行，分為全斷面測量或部分特征斷面測量。其內(nèi)容包括庫區(qū)控制網(wǎng)點全面復(fù)測、斷面淤積測量、壩前水下地形測量和壩后尾水水下地形測量。

2016年小峽水電站水庫淤積復(fù)測施測橫斷面20條，縱斷面2條，每條斷面要求測點20個，基本為每條斷面上的深泓和同時水位線。2016年沖淤測量成果與2014年的測量成果對比見表1。水庫斷面雖有沖刷段，但從整體來看，淤積量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于沖刷量，因此水庫呈現(xiàn)淤積趨勢，兩岸護堤建設(shè)侵占河道，對應(yīng)斷面水面寬度變窄。

3.1 壩前“漏斗”段

上述成果與2015年壩前水下地形圖的對比表明，壩前“漏斗”段泄洪閘前淤積最為明顯，平均淤積深度達2.8 m，淤積長度約310 m，寬度約60 m，為壩前淤積最嚴(yán)重區(qū)域。壩前主河槽150 m長度內(nèi)既有淤積又有沖刷，但淤積面積大于沖刷面積，淤積深度大于沖刷深度。其余部位均以淤積為主，淤積深度介于0.3～0.6 m之間。

3.2 壩前～庫19段

從表1可以看出：與2014年相比，庫01～庫02、庫02～庫03為主要淤積區(qū)，淤積量分別為336.1萬m3、190.4萬m3，合計淤積量為526.5萬m3，庫06～庫09為次要淤積區(qū)，淤積量為89.2萬m3；壩前～庫01沖刷量最大，為25.6萬m3；庫13～庫15區(qū)沖刷量為14.1萬m3；水庫全段淤積量值遠(yuǎn)大于沖刷量，淤積總量為671.8萬m3，沖刷總量為48.4萬m3。

上述分析判斷說明：（1）庫01～庫03淤積量較其他河段為最大，庫段長占測量庫段的26.1%，淤積量占測量庫段庫容的62.3%；庫06～庫09淤積量次之,庫段長占測量庫段的18.7%，淤積量占測量庫段庫容的10.3%。（2）壩前～庫01沖刷量最大，該庫段長占測量庫段的4.5%，沖刷量占測量庫段庫容的8.7%；庫13～庫15區(qū)段沖刷量次之,該庫段長占測量庫段的8.9%，沖刷量占測量庫段庫容的5.7%。（3）在1 500.0 m水位以下淤積量623.3萬m3。（4）庫01～庫03、庫06～庫09區(qū)段長度占河段總長的44.8%，淤積量占縮減后庫容的98.7%，由此可見，此段為該水庫的主要淤積區(qū)域。

表1 小峽水庫淤積量分布計算成果表Table 1 Calculated results of sedimentation distribution in Xiaoxia reservoir

3.3 壩后尾水淤積

該壩后水下地形測量成果與2015年測量成果的對比表明，尾水監(jiān)測河段基本處于淤積狀態(tài)。右岸溢洪道口向下游155 m的范圍以沖刷為主，平均沖刷深度約0.4 m，溢洪道出水與尾水主河槽出水交匯處形成沖刷，平均沖刷深度0.2 m。壩后250 m以下主河槽及兩岸出現(xiàn)淤積，兩岸淤積深度大于主河槽。分析本次測量結(jié)果發(fā)現(xiàn)，距尾水出水口15 m以內(nèi)的范圍出現(xiàn)0.5 m深度的淤積，可能由于機組發(fā)電減少或以過水為主，造成尾水出口淤積，應(yīng)間歇性地調(diào)節(jié)機組發(fā)電進行排沙，避免發(fā)電機尾水區(qū)域淤積。

4 水庫淤積特性

4.1 橫向淤積特性

小峽庫區(qū)屬于典型的河槽式地形，峽谷段兩岸皆巖石地貌，呈現(xiàn)U型窄深式河道。兩岸處于穩(wěn)定狀態(tài)，庫尾段地勢開闊，兩岸未發(fā)現(xiàn)明顯建設(shè)區(qū)，河道的水流形態(tài)改變可能較小。但本次測驗期內(nèi)，正常蓄水位以下，河道沖淤變化主要發(fā)生在主河26槽內(nèi)。綜合比較斷面套繪圖發(fā)現(xiàn)河槽底部較平緩，河底主槽未見明顯沖刷偏移，峽谷段個別斷面最低高程變化較大，但不存在規(guī)律性。斷面橫向沖淤變化形態(tài)與上次測量成果相比較，主河槽相對穩(wěn)定，庫01～庫03、庫06～庫09區(qū)段處于淤積狀態(tài)，庫底高程抬高；壩前～庫01斷面間處于沖刷狀態(tài)；水庫正常蓄水位以下河槽寬度變化不大，仍為U型；沖淤變化主要在河槽內(nèi)進行；與2014年相比總體呈淤積狀態(tài)。

4.2 縱向淤積特性

從平均庫底縱斷面套繪圖可以看出，與2014年平均庫底高程與最低高程相比，2016年縱向淤積深度為11.4 m，平均淤積0.8 m；沖刷深度為2.9 m，平均沖刷0.6 m；總體為淤積趨勢，累積為8.5 m，平均淤積為0.4 m。

5 庫容特性

根據(jù)斷面法計算的小峽水庫歷次庫容復(fù)測成果見表2。歷年庫容數(shù)據(jù)顯示，小峽水庫自2004年運行后，在校校洪水位1 499.0 m以下，2016年測驗庫容為3 730.8萬m3，比設(shè)計庫容減少1 069.2萬m3，小峽水庫庫容總量呈變小趨勢，2016年庫容基本接近2006年、2008年、2010年的庫容，淤積趨于平穩(wěn)，達到水沙平衡。從2012年起，連續(xù)兩個測次相對上一次庫容有所恢復(fù)，主要是由于這期間庫區(qū)挖沙等人為活動破壞庫區(qū)的原有水沙平衡，減緩淤積趨勢。

根據(jù)庫容計算成果表繪制的小峽水庫庫容曲線套繪圖見圖1?？梢钥闯觯：撕樗? 499.0 m的庫容逐年變小，形成淤積狀，蓄水前至2016年總共淤積1 069.2萬m3，2014～2016年淤積了626.1萬m3，庫容損失較大。

圖1 小峽水庫庫容曲線套繪圖Fig.1 Reservoir storage of Xiaoxia reservoir

6 結(jié)語

從2016年測驗結(jié)果看，庫容損失較大，達626.1萬m3，其中庫01～庫03、庫06～庫09區(qū)段為本次庫容損失最嚴(yán)重區(qū)段。壩前沖刷主要與水庫運行有關(guān)，尾水區(qū)域呈大面積淤積狀態(tài)，與河道的自然變化規(guī)律相悖。經(jīng)分析，其原因主要是：2016年測驗前，由于庫區(qū)人為挖沙活動的停止，加之水庫航運輸沙，壩前水位長期處于高水位運行，導(dǎo)致庫區(qū)水面比降大幅度降低，水流進入庫區(qū)后，沿程水流速度逐漸減緩，挾沙能力沿程逐漸降低，形成庫內(nèi)泥沙淤積。

表2 小峽水庫歷次庫容復(fù)測成果（單位：萬m3）Table 2 Survey results of reservoir storage of Xiaoxia reservoir(unit:ten thousand m3)

今后，為了有效控制后期庫區(qū)泥沙淤積，延長水庫使用壽命，最大限度發(fā)揮水庫作用和效益，在水庫運行方面做如下改進措施：

（1）上游有較大來沙過程時，應(yīng)適當(dāng)降低壩前水位排沙。相同流量下高含沙水流挾沙能力強，較大流量的高含沙水流動能大，能夠使河槽沿程產(chǎn)生逆源沖刷。

（2）加強壩前及庫區(qū)淤積測驗力度，適當(dāng)調(diào)整測驗周期，進行加密測驗或連續(xù)兩個周期內(nèi)對整個庫段進行水下地形測量，便于掌握沖淤變化規(guī)律。

（3）研究河床淤積物顆粒級配，掌握河床粒徑的大小及分布，特別是要在后期排沙時對水樣進行取樣分析，更全面地掌握泥沙顆粒粒徑變化規(guī)律。

（4）每年對水庫斷面樁點進行維護和保養(yǎng)，以便在今后進行淤積研究時使用。

（5）小峽尾水地形淤積會造成尾水位壅高，降低了尾水河段的行洪標(biāo)準(zhǔn)，不僅影響電站的出力，也威脅到電站的安全運行，建議對尾水河道進行疏挖清淤。