漫灣水庫(kù)泥沙淤積發(fā)展規(guī)律及對(duì)下游水沙情勢(shì)影響分析

石雨亮，何成榮，梅志宏

(中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南昆明650051)

1 漫灣水庫(kù)概況

漫灣水庫(kù)為河道型水庫(kù)，回水與上游小灣水電站銜接，長(zhǎng)約60 km，建庫(kù)前原河道縱比降為1.8‰。正常蓄水位994 m，建庫(kù)前相應(yīng)庫(kù)容9.20億m3，庫(kù)沙比24，屬泥沙問(wèn)題嚴(yán)重型水庫(kù)。小灣水電站投產(chǎn)前死水位為982 m(小灣水電站投產(chǎn)后為988 m)，死庫(kù)容6.63億m3(982 m)，調(diào)節(jié)庫(kù)容2.57億m3(以上庫(kù)容均為天然情況下庫(kù)容)；設(shè)置汛期(6月～9月)排沙限制水位985 m(2006年調(diào)整為988 m)，小灣水電站投產(chǎn)后取消汛期排沙限制水位。

漫灣水電站壩址流域面積為11.45萬(wàn)km2，流域內(nèi)徑流以降雨補(bǔ)給為主，冰雪融水補(bǔ)給較少。漫灣水電站壩址下游約14 km有戛舊水文站，該站流域面積11.46萬(wàn)km2，與漫灣壩址流域面積11.45萬(wàn)km2相比非常接近，是設(shè)計(jì)的基本依據(jù)站，該站的徑流、泥沙等成果可直接用于漫灣壩址。根據(jù)漫灣水電站初步設(shè)計(jì)，壩址徑流系列為1953年6月～1983年5月，壩址處多年平均流量為1 230 m3/s，汛期6月～10月水量占全年水量的71.32%，輸沙率系列為1953年～1982年，壩址多年平均懸移質(zhì)輸沙率1 491 kg/s，懸移質(zhì)沙量4 704萬(wàn)t，含沙量1.21 kg/m3。汛期6月～10月占全年來(lái)沙量的95.8%，平均含沙量1.60 kg/m3。多年平均推移質(zhì)量為150萬(wàn)t。

2 水庫(kù)淤積現(xiàn)狀及影響分析

根據(jù)1979年、1996年、2000年、2003年、2005年、2009年、2014年歷次庫(kù)區(qū)實(shí)測(cè)地形資料，從水庫(kù)庫(kù)容變化、干流淤積情況、支流淤積情況等方面分析水庫(kù)泥沙淤積發(fā)展情況，并從來(lái)水來(lái)沙情況、水電站運(yùn)行情況及小灣水電站施工、運(yùn)行影響等角度分析淤積發(fā)展原因。

2.1 庫(kù)容變化

根據(jù)歷年實(shí)測(cè)庫(kù)區(qū)地形成果，統(tǒng)計(jì)水庫(kù)歷年庫(kù)容變化情況，成果見(jiàn)圖1。

圖1 漫灣水電站歷年庫(kù)容變化

從圖1可以看出，漫灣水庫(kù)正常蓄水位以下庫(kù)容、死庫(kù)容和有效庫(kù)容都在逐年減小，并且正常蓄水位以下庫(kù)容和死庫(kù)容的損失幅度較大、基本同步，大部分淤積在死庫(kù)容以?xún)?nèi)，有效庫(kù)容損失幅度相對(duì)較?。粡亩f(shuō)明電站水庫(kù)采用“蓄清排渾”的運(yùn)行方式是比較有效的。自小灣水電站2009年投產(chǎn)以來(lái)，受小灣水庫(kù)攔沙影響，漫灣水庫(kù)庫(kù)區(qū)泥沙淤積明顯減緩，死庫(kù)容稍有減少。這主要是小灣水電站攔沙后，下泄沙量明顯減少同時(shí)均為細(xì)顆粒泥沙，僅僅在流速很小的水庫(kù)壩前段和中段才能落淤。這一點(diǎn)也反映在圖2和圖3中水庫(kù)淤積縱剖面變化中。

2.2 干流泥沙淤積分析

(1)干流淤積縱剖面。統(tǒng)計(jì)漫灣水庫(kù)歷年實(shí)測(cè)干流橫剖面深泓點(diǎn)，并繪制水庫(kù)干流淤積縱剖面圖(見(jiàn)圖2)。從淤積縱剖面看：水庫(kù)淤積形態(tài)為典型的三角洲淤積，洲頂逐年抬高并向壩前推進(jìn)；到2014年，三角洲頂坡比降約為0.115‰、前坡比降約為2.03‰、洲頂高程約為981.8 m，三角洲洲頂距離壩址約17 km，目前漫灣水庫(kù)尚未達(dá)到?jīng)_淤平衡。初設(shè)階段預(yù)測(cè)15年淤積縱剖面與2009年實(shí)測(cè)(電站實(shí)際運(yùn)行約15年)成果相差較大，在壩前段尤為明顯，除此段外實(shí)測(cè)淤積面要高于初設(shè)預(yù)測(cè)成果。這主要是受實(shí)際來(lái)水來(lái)沙條件及電站實(shí)際運(yùn)行水位的影響。

圖2 漫灣水庫(kù)歷年實(shí)測(cè)縱剖面

圖3 小灣投產(chǎn)后漫灣水庫(kù)實(shí)測(cè)縱剖面對(duì)比

(2)從來(lái)水來(lái)沙條件看(見(jiàn)圖4)，1993年后，由于漫灣水庫(kù)蓄水，戛舊站流量、沙量已不是天然狀況，計(jì)算過(guò)程中采用水量平衡以及水沙相關(guān)的方法對(duì)戛舊站1993年以后水沙成果進(jìn)行了還原。戛舊水文站1953年～2013年系列與1953年～1982年系列多年平均流量均為1 230 m3/s基本沒(méi)發(fā)生變化，沙量由4 704萬(wàn)t增加至5 284萬(wàn)t，增加12.3%；至2009年小灣投產(chǎn)前，漫灣水電站投產(chǎn)以來(lái)1993年～2008年多年平均入庫(kù)沙量6 467萬(wàn)t，較初設(shè)時(shí)壩址多年平均沙量4 704萬(wàn)t增加37.5%。這主要是由于從20世紀(jì)80年代開(kāi)始隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，流域的生態(tài)環(huán)境破壞日益嚴(yán)重。一方面地方經(jīng)濟(jì)為求發(fā)展，生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)往往以犧牲生態(tài)為代價(jià)，如過(guò)度開(kāi)荒、采礦等。另一方面，一些國(guó)家、省級(jí)重點(diǎn)工程的開(kāi)工建設(shè)，也不可避免加劇了水土流失，從而導(dǎo)致戛舊水文站沙量有所增加。沙量增加在2000年左右尤為明顯，這與大理—保山高速公路、大理—漾濞公路分別于1998年、1999年開(kāi)工建設(shè)有一定關(guān)系。小灣水電站的建成，將上游絕大部分來(lái)沙均攔截在其庫(kù)內(nèi)，漫灣水電站入庫(kù)沙量明顯減小。因此，自小灣水電站投產(chǎn)以來(lái)，漫灣水庫(kù)沖淤變化明顯減小。

圖4 戛舊水文站歷年水沙過(guò)程線

(3)從漫灣水電站運(yùn)行水位來(lái)看：其初設(shè)要求水庫(kù)采用“蓄清排渾”的運(yùn)行方式，汛期6月～9月降低庫(kù)水位至汛期運(yùn)行水位985 m(2006年抬高為988 m、2009年小灣投產(chǎn)后為正常蓄水位994 m)運(yùn)行，降低泥沙淤積面高程，在淤沙庫(kù)容大部分損失之后，將汛期主要沙峰的泥沙排出庫(kù)外；10月份開(kāi)始蓄水至正常蓄水位994 m。但是水電站實(shí)際運(yùn)行中歷年汛期運(yùn)行水位均較設(shè)計(jì)值高(見(jiàn)圖5)，水庫(kù)運(yùn)行水位的抬高，抬高了下游河床侵蝕基準(zhǔn)面，從而導(dǎo)致庫(kù)區(qū)實(shí)際淤積量較設(shè)計(jì)成果增加，淤積面高程也較設(shè)計(jì)成果有一定抬高。

圖5 漫灣水電站歷年運(yùn)行水位過(guò)程線

(4)干流典型橫剖面分析。從建庫(kù)前～2014年干流橫剖面的對(duì)比情況看，壩前段、庫(kù)中段剖面淤積嚴(yán)重，庫(kù)尾段剖面淤積相對(duì)較少；各剖面基本上為平淤，灘槽明顯的剖面主槽淤積厚度大于灘地淤積厚度；壩前段的剖面呈現(xiàn)逐年淤積且淤積層次分明，小灣投產(chǎn)后淤積明顯減輕(見(jiàn)圖6)；庫(kù)中段的剖面呈現(xiàn)逐年淤積，但近幾年開(kāi)始淤積高程變化不大，在981 m左右(見(jiàn)圖7)；庫(kù)尾段淤積相對(duì)較少，小灣投產(chǎn)后斷面稍有沖刷(見(jiàn)圖8)；靠近小灣壩址的剖面由于小灣施工影響變化較大(見(jiàn)圖9)。

圖6 壩前段歷年橫剖面(LM22)

圖7 庫(kù)中段歷年橫剖面(LM44)

圖8 庫(kù)尾段歷年橫剖面(LM72)

圖9 庫(kù)尾段歷年橫剖面(LM76)

2.3 支流泥沙淤積分析

漫灣水庫(kù)庫(kù)區(qū)支流較少、也較小，僅在庫(kù)中有一條稍大的支流公郎河，該支流匯口距離漫灣壩址約21 km。根據(jù)歷次實(shí)測(cè)剖面資料進(jìn)行了公郎河泥沙淤積分析。

公郎河歷年實(shí)測(cè)縱剖面見(jiàn)圖10。從圖10看：公郎河呈錐體淤積形態(tài)，錐體淤積末端位于LMG3剖面，淤積高程基本不變，河口處淤積高程逐年抬高，錐體淤積比降逐年變緩，建庫(kù)前～2009年依次為3.60%、2.64%、1.77%、1.24%、1.11%、1.00%(LMG1～LMG3河段)，2014年和2009年相比基本未發(fā)生變化；2005年淤積面對(duì)比2003年基本上沒(méi)有變化，說(shuō)明公郎河在2003年左右已基本達(dá)到平衡，但是2009年較2005年淤積面又發(fā)生了一定程度的抬高，分析其原因與2006年以后汛期運(yùn)行水位抬高有關(guān)、同時(shí)也受到了祥臨公路施工的影響；由于公郎河庫(kù)容較小，庫(kù)沙比較小，水庫(kù)很容易達(dá)到?jīng)_淤平衡，水平段淤積高程主要受近年水庫(kù)汛期運(yùn)行水位影響，而蓄水以來(lái)長(zhǎng)時(shí)段平均汛期運(yùn)行水位對(duì)水平段淤積高程影響較小，至2009年公郎河已經(jīng)達(dá)到?jīng)_淤平衡。

圖10 支流公郎河實(shí)測(cè)縱剖面

2.4 下游水沙情勢(shì)變化

以漫灣壩下戛舊水文站實(shí)測(cè)水沙資料，分析漫灣水電站運(yùn)行對(duì)下游河段水文、泥沙情勢(shì)的影響。

漫灣水電站僅具有不完全季調(diào)節(jié)能力，電站運(yùn)行對(duì)于河道年平均流量影響微乎其微，僅對(duì)水量年內(nèi)分配有影響，對(duì)徑流的影響主要體現(xiàn)在“蓄豐補(bǔ)枯”，在小灣水電站投產(chǎn)前，漫灣水電站對(duì)對(duì)水量年內(nèi)分配影響較?。恍乘娬居挟a(chǎn)后，由于水庫(kù)具有不完全多年調(diào)節(jié)能力，導(dǎo)致下游戛舊水文站水量年內(nèi)分配變化明顯，枯期水量增加、汛期水量減小、水量年內(nèi)分配更加均勻(見(jiàn)圖11)。

從戛舊站1964年～2014年歷年實(shí)測(cè)懸移質(zhì)沙量看，上游水電站運(yùn)行對(duì)沙量影響十分顯著，漫灣水電站投產(chǎn)前1964年～1992年戛舊水文站多年平均懸移質(zhì)沙量為4 714萬(wàn)t；漫灣水電站投產(chǎn)后，水庫(kù)攔沙作用比較顯著，截止至小灣水電站投產(chǎn)前，1993年～2008年戛舊水文站多年平均懸移質(zhì)沙量為1 732萬(wàn)t，期間漫灣水電站多年平均入庫(kù)懸移質(zhì)沙量6 467萬(wàn)t，水庫(kù)攔沙率約為73%；小灣水電站投產(chǎn)后，2009年～2014年戛舊站多年平均沙量進(jìn)一步減小為156萬(wàn)t，僅為漫灣投產(chǎn)前戛舊站沙量的3.3%(見(jiàn)圖12)，期間漫灣水電站總淤積量?jī)H659萬(wàn)m3，每年淤積量?jī)H為132萬(wàn)m3，可見(jiàn)大部分泥沙均被上游小灣水庫(kù)攔截。

圖11 上游水電站投產(chǎn)前后戛舊水文站水量分配變化

圖12 戛舊水文站歷年實(shí)測(cè)沙量分配變化

3 結(jié) 語(yǔ)

(1)小灣水電站投產(chǎn)前，由于入庫(kù)沙量增加、汛期運(yùn)行水位較高，漫灣水庫(kù)泥沙淤積速度較設(shè)計(jì)成果加快，壩前淤積高程以及庫(kù)區(qū)淤積縱剖面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)值。

(2)小灣水電站攔沙作用明顯，下泄基本為清水，對(duì)于緩解漫灣庫(kù)區(qū)淤積將起到積極影響；實(shí)測(cè)地形資料也顯示，小灣水電站投產(chǎn)以來(lái)，漫灣庫(kù)區(qū)泥沙淤積很少，小灣水庫(kù)攔沙作用明顯。

(3)瀾滄江中下游已建有功果橋、小灣、漫灣、大朝山、糯扎渡、景洪等6座水電站，實(shí)際排沙運(yùn)行時(shí)，上下游梯級(jí)水電站應(yīng)協(xié)調(diào)進(jìn)行；就漫灣水電站而言，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)緊密結(jié)合上游小灣水電站實(shí)際運(yùn)行情況，當(dāng)小灣水電站進(jìn)行排沙運(yùn)行，出庫(kù)含沙量較高時(shí)，漫灣水電站應(yīng)盡可能將低水位運(yùn)行。

(4)漫灣水電站僅具有不完全季調(diào)節(jié)能力，其運(yùn)行對(duì)河道年平均流量影響微乎其微，僅對(duì)水量年內(nèi)分配有影響，對(duì)徑流的影響主要體現(xiàn)在“蓄豐補(bǔ)枯”。在小灣水電站投產(chǎn)前，漫灣水電站對(duì)水量年內(nèi)分配影響較?。恍乘娬揪哂胁煌耆嗄暾{(diào)節(jié)能力，調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，其投產(chǎn)后導(dǎo)致下游戛舊水文站水量年內(nèi)分配變化明顯，枯期水量增加、汛期水量減小、水量年內(nèi)分配更加均勻。

(5)漫灣水庫(kù)攔沙作用比較顯著，小灣水電站投產(chǎn)前漫灣水庫(kù)攔沙率約為73%；小灣水電站投產(chǎn)后，上游大部分泥沙均被小灣水庫(kù)攔截，漫灣水庫(kù)淤積量及出庫(kù)沙量明顯減少，下游戛舊水文站來(lái)沙量?jī)H為漫灣水電站投產(chǎn)前戛舊站沙量的3.3%。