馮家山水庫淤積現(xiàn)狀分析

張 強(qiáng)

(寶雞市馮家山水庫管理局樞紐管理處，陜西 寶雞 721300)

就我國目前水庫現(xiàn)狀而言，水庫的運(yùn)行年限因其規(guī)模及運(yùn)行環(huán)境不同而有差異，其中大型水庫運(yùn)行年限最長，中型水庫次之，小型水庫運(yùn)行年限最小[1]。水庫作為水資源管理工作中的重要措施之一，是當(dāng)前水庫運(yùn)營管理的重點(diǎn)工作。在水庫的運(yùn)行過程中，水庫淤積是減少水庫壽命的第一殺手。如何有效地減少淤積，掌握水庫淤積動(dòng)態(tài)，成為當(dāng)前水庫運(yùn)行管理的重點(diǎn)研究課題之一[2]。

1 水庫概況

馮家山水庫位于陜西省寶雞市，始建于1970 年，是陜西省大型水利工程之一，距千河干流下游河口25.0 km,控制流域面積3232 km2，占全流域面積的92.5%[3]。多年平均徑流量4.85 億m3，年平均流量 15.4 m3/s，多年平均含沙量8.76 kg/m3，多年平均輸沙差469 萬噸。設(shè)計(jì)抗洪標(biāo)準(zhǔn)3400 m3/s,百年一遇;校核抗洪標(biāo)準(zhǔn)7200 m3/s,千年一遇,是一座以灌溉為主，兼有防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合利用的大型水利樞紐[4]。

2 淤積監(jiān)測(cè)

2.1 淤積監(jiān)測(cè)

結(jié)合工程實(shí)際情況，馮家山水庫于建庫初期在其庫區(qū)布置共計(jì)35 個(gè)淤積觀測(cè)斷面，之后又增設(shè)了1 個(gè)副4 號(hào)斷面以滿足淤積測(cè)量和計(jì)算需要，使庫區(qū)布設(shè)的觀測(cè)斷面達(dá)到36 個(gè)。通過這36 個(gè)監(jiān)測(cè)斷面開始進(jìn)行連續(xù)性的庫區(qū)淤積觀測(cè)，淤積測(cè)量工作在每年的汛期到來前完成，監(jiān)測(cè)頻率為兩年一次。目前可以進(jìn)行正常定期觀測(cè)水庫淤積量和顆粒組成分析的觀測(cè)斷面為 30 個(gè)[5]。

2.2 庫容計(jì)算方法

馮家山水庫采用斷面法[6]和南方CASS7.1 分別進(jìn)行庫區(qū)各個(gè)斷面上的淤積量觀測(cè)和現(xiàn)狀庫容計(jì)算。該方法首先將馮家山水庫劃分為若干斷面，再根據(jù)CASS 軟件和計(jì)算水位推算出交點(diǎn)的標(biāo)高與水位之差，即各角點(diǎn)的挖或填方，然后由CASS 軟件劃分的網(wǎng)格計(jì)算出整個(gè)區(qū)域的挖方和回填量，其中回填量即該水位下的庫容[4]。

3 監(jiān)測(cè)成果

3.1 水庫淤積情況

水庫總庫容3.89 億m3，有效庫容2.86 億m3，防洪庫容0.92 億m3，死庫容0.91 億m3。2013 年實(shí)測(cè)水庫淤積總量9837萬m3。1#～7#斷面為異重流堆積段，淤積量為3761 萬m3，占淤積總量的38.3%。8#～14#斷面為異重流過渡區(qū)段，淤積量為1329 萬m3，占淤積總量的13.5%。付14#～18#斷面為異重流細(xì)顆粒停留區(qū)段，該區(qū)段斷面寬度大，地勢(shì)平坦，淤積量為4117萬m3，占淤積總量的41.9%。19#～23#斷面為異重流過流區(qū)段，該區(qū)段河床比降大，以大顆粒淤積為主，淤積量為621 萬m3，占淤積總量的6.3%。水庫淤積特征值見表1。

表1 馮家山水庫淤積特征值

3.2 庫容損失情況

總淤積量（716.0 m）9837 萬 m3；總庫容（714.83 m）32967萬 m3，淤積量 9823 萬 m3；有效庫容（688.5 m～712 m）23650 萬 m3，淤積量 4955 萬 m3；死庫容（688.5 m 以下）4816 萬 m3，淤積量4282 萬 m3；調(diào)洪庫容（707 m～714.83 m）12697 萬 m3，淤積量415 萬 m3；攔洪庫容（707 m～708.8 m）2597 萬 m3，淤積量229 萬 m3；防洪庫容（707 m～708.8 m）2597 萬 m3，淤積量 229萬m3。其他特征水位對(duì)應(yīng)庫容如表2 所示，水庫年水位—庫容關(guān)系曲線見圖1。

表2 其他特征水位對(duì)應(yīng)庫容

圖1 水庫年水位—庫容關(guān)系曲線

4 成果分析

截止目前為止，馮家山水庫庫區(qū)淤積觀測(cè)共計(jì)完成了30次，河底高程692 m～716 m 處淤積總量實(shí)測(cè)為9837 萬m3，有效庫容淤積5306 萬m3，死庫容淤積4235 萬m3，其中年平均總淤積量151 萬m3，比設(shè)計(jì)年平均淤積量少104 萬m3。經(jīng)計(jì)算，各庫容損失率為總庫容24.6%，有效庫容18.5%，死庫容45.9%，年平均庫容0.8%。由觀測(cè)數(shù)據(jù)推測(cè)，馮家山水庫庫區(qū)沿程的淤積泥沙粒徑分布規(guī)律為由上游向下游逐漸遞減，且回水變化庫段的淤積泥沙以較粗為主，常年回水末端及以下的淤積泥沙以細(xì)沙為主[4]。

4.1 泥沙特征

根據(jù)觀測(cè)結(jié)果，馮家山水庫入庫泥沙以懸移質(zhì)為主，推移質(zhì)較少，其中推移質(zhì)約占懸移質(zhì)的16%。庫區(qū)流域內(nèi)表土的沖刷是入庫泥沙的主要來源，以細(xì)砂為主；同時(shí)，結(jié)合庫區(qū)泥沙顆粒分析結(jié)果，由于粗顆粒泥沙沉降速度快，一般淤積在庫區(qū)上游，而細(xì)顆粒泥沙沿程逐漸沉降，最終淤積在壩前的死庫容范圍內(nèi)，因此庫區(qū)淤積泥沙粒徑的沿程分布是由上游向下游逐漸遞減。

4.2 淤積形態(tài)

根據(jù)觀測(cè)結(jié)果分析，馮家山水庫的淤積形態(tài)屬于典型的三角形淤積[7]，淤積的泥沙主要分布在壩前錐體段、三角洲頂破段，且形態(tài)受地形與河床高度的影響呈現(xiàn)不同特征。（1）三角洲尾部段淤積形態(tài)主要是較粗的推移質(zhì)落淤，且淤積呈向上游延伸的趨勢(shì)，使得尾部段淤積量較少，比降相比于原河床較緩，淤積象限不是很嚴(yán)重；（2）三角洲頂坡段頂破較緩，前坡較陡，淤積發(fā)展趨勢(shì)呈現(xiàn)向上游延伸，伴隨高度增加現(xiàn)象。三角洲頂點(diǎn)隨水庫運(yùn)用水位抬高后上移至12#斷面附近已穩(wěn)定不變。由于推移質(zhì)沙量不多，末端“翹尾巴”現(xiàn)象不甚明顯；（3）三角洲前坡段水深陡然增加，且流速急劇下降，使得水流的挾沙能力驟減，伴有有大量泥沙落淤；（4）異重流過渡段的占庫段長度較短，產(chǎn)生的淤積數(shù)量不多，使得淤積面與河床基本保持平行狀態(tài)，長度穩(wěn)定；（5）壩前淤積錐體段大部分為死庫容，該段淤積物組成細(xì)淤積面幾乎呈水平狀態(tài)[8]。

5 結(jié)語

隨著水土保持工作的日益完善，流域生態(tài)問題不斷得到緩解，水庫運(yùn)行期的要求也不再嚴(yán)格，但水庫泥沙淤積仍然是不可忽視的問題，需要得到廣泛關(guān)注，為水資源保護(hù)提供可靠保障。結(jié)合馮家山水庫的淤積形態(tài)以及目前的自然條件，建議在水庫影響區(qū)范圍內(nèi)禁止肆意開槽取沙、加大生態(tài)流域治理、科學(xué)利用異重流排沙規(guī)律，從源頭防治水土流失，減少泥沙淤積量，有效延長水庫的運(yùn)行時(shí)間。