寧東能源化工基地供水工程鴨子蕩水庫黃河取水泥沙分析研究

田欣寧

(寧東水務(wù)有限責(zé)任公司，寧夏 銀川 750001)

1 概 述

寧夏回族自治區(qū)煤炭資源相對豐富，其中，寧東煤田已探明適宜開采煤炭儲量273億t，遠景儲量1394.3億t，是一個全國罕見的儲量大、煤質(zhì)好、地質(zhì)構(gòu)造簡單的整裝煤田，被列為國家13個重點開發(fā)的億噸級礦區(qū)之一。為促進寧夏經(jīng)濟的跨越式發(fā)展，寧夏2003年規(guī)劃開發(fā)利用寧東豐富的煤炭資源，建設(shè)寧東能源化工基地——寧東煤炭基地、寧東火電基地、寧東煤化工基地。規(guī)劃至2020年，形成煤炭生產(chǎn)能力1.1億t，電力裝機2000萬kW以上，煤炭間接液化生產(chǎn)能力1000萬t、煤化工產(chǎn)品500萬t，初步測算，項目全部建成后，將新增工業(yè)產(chǎn)值及拉動其他行業(yè)形成產(chǎn)值約1500億元，被列為“寧夏一號工程”。

基地開發(fā)，水資源是主要資源，因此，寧東供水一期工程于2003年規(guī)劃建設(shè)，工程包括水源工程和凈配水工程兩部分，其中，水源工程鴨子蕩水庫是該供水工程的心臟工程，工程位于黃河流域掛井子溝支流內(nèi)，壩型采用均質(zhì)土壩，一期工程壩高23.5m、壩頂長2330m、設(shè)計庫容2053萬m3，其中淤積庫容750萬m3、調(diào)節(jié)庫容1200萬m3，防洪庫容103萬m3。工程于2006年5月建成并通水運行，一期設(shè)計日供水規(guī)模40萬m3/d，2011年日供水量首次突破40萬m3，達到了一期供水規(guī)模的極限，根據(jù)園區(qū)發(fā)展規(guī)劃，必須盡快啟動二期供水工程設(shè)計及建設(shè)，因此，需要科學(xué)確定鴨子蕩水庫二期設(shè)計庫容、黃河水泥沙含量及水庫蓄水運行方案，為水庫二期加壩擴容提供指導(dǎo)及借鑒。

2 鴨子蕩水庫入庫泥沙分析研究

2.1 水庫一期設(shè)計入庫泥沙分析

2.1.1 庫區(qū)流域泥沙

根據(jù)《寧夏回族自治區(qū)水文手冊》，該區(qū)域平均侵蝕模數(shù)500t/(km2·a)，流域面積按15km2計算，相應(yīng)入庫年輸沙總量為0.75萬t/a。

2.1.2 設(shè)計黃河水?dāng)y帶泥沙分析及確定

一期工程設(shè)計中采用黃河青銅峽水文站1967—2000年各年逐日平均含沙量水文資料。據(jù)資料統(tǒng)計分析，1967—2000年各年逐日平均含沙量大于30kg/m3天數(shù)以1996年出現(xiàn)的最多(見表1)，故選作為典型年(該年度逐日平均含沙量和各級逐日平均含沙量天數(shù)的統(tǒng)計情況見表2～表4)。

表1 黃河青銅峽站日平均含沙量大于30kg/m3天數(shù)統(tǒng)計 單位：天

表2 黃河青銅峽站1996年各級逐日平均含沙量天數(shù)統(tǒng)計 單位：天

表3 黃河寧夏段下河沿、青銅峽、石嘴山水文站各時期徑流、泥沙統(tǒng)計

表4 黃河青銅峽站逐月平均含沙量

續(xù)表

從典型年的泥沙分布情況統(tǒng)計分析，汛期(6—9月份)含沙量為0.32～166kg/m3，非汛期一般為0.06～36.8kg/m3。多年平均含沙量4.133kg/m3。

據(jù)統(tǒng)計，含沙量大于5.0kg/m3的天數(shù)多出現(xiàn)在7、8月份，分別為21天和29天。全年含沙量小于5.0kg/m3的天數(shù)為323天，遠多于泵站運行308天的天數(shù)，因此，一期水庫設(shè)計黃河水入庫含沙量取4.133kg/m3能夠滿足工程建設(shè)要求。

2.2 鴨子蕩水庫一期運行泥沙分析

鴨子蕩水庫一期工程2006年建成并投入運營，其中2010—2017年(至9月)間測得了完整的水量、泥沙及水質(zhì)運行監(jiān)測資料(見圖1)。

綜合分析：圖1(a)統(tǒng)計分析了同一月份不同年份的泥沙含量，可以看出不同年份間同一月份的輸沙量差異較大，每一月的峰值年份都不盡一致，年內(nèi)基本上冬春季節(jié)含沙量少而夏秋季節(jié)含沙量大。

圖1 泥沙統(tǒng)計分析

圖1(b)統(tǒng)計分析了多年月平均含沙量，其變化趨勢與圖1(a)大致相同，可以明顯看出輸沙量多集中在5—11月，尤以8月份為峰值，其月平均泥沙含量達到3.4kg/m3，其余6個月的月平均泥沙含量均處于1.28kg/m3的區(qū)間內(nèi)，數(shù)值趨近于總的月平均泥沙含量1.08kg/m3。12月—4月的月平均泥沙含量相對較小，均低于1kg/m3，其中2月最小，約為0.38kg/m3。

圖1(c)結(jié)合日入庫流量、泥沙含量分析計算得到逐年的月輸沙量，可見入庫輸沙量在年內(nèi)和年際間均存在較大差異。逐年月輸沙量與月泥沙含量的大小及變化趨勢具有一致性，即多集中于夏秋季的5—11月，且峰值出現(xiàn)在8月，月平均輸沙量約為4.7萬t，遠高于多年月平均值1.2萬t。其余6個月的月平均輸沙量數(shù)值比較平穩(wěn)，數(shù)值接近多年月平均值。

圖1(d)更加清晰展示了年內(nèi)輸沙量的分布，可以看出冬春季的12月—4月的月輸沙量較小，低于逐年平均輸沙量，且多數(shù)低于0.5萬t，但各月間差異不大。累計計算每年的輸沙量得到逐年的年總輸沙量，多年平均輸沙量為14.3萬t，其中2016年的年輸沙量最高，約為12.3萬t，且集中于8、11、12月份，其原因在于2016年下半年在來流量增加不大的情況下月泥沙含量顯著提高，使得8月的輸沙量急劇增加。最低峰值是2010年，約為8.8萬t；2011—2015年則增量不大，接近多年平均值。

3 黃河青銅峽水文站泥沙分析

黃河青銅峽水文站龍(羊峽)劉(家峽)聯(lián)調(diào)以后1987—2016年共計30年的懸移質(zhì)泥沙實測資料，按30年系列統(tǒng)計分析，多年平均含沙量為3.54kg/m3；按近20年(1997—2016年)系列資料統(tǒng)計分析，年平均含沙量為2.88kg/m3。自2000年以后，黃河沿岸實施了退耕還林、生態(tài)保護，蓄水固沙效果顯著，青銅峽站含沙量呈下降趨勢(見表5)。

青銅峽站2007年平均含沙量為2.84kg/m3，與近20年(1997—2016年)平均含沙量2.88kg/m3比較接近，因此選取2007年為1997—2016年系列平均值的典型年(表6)。高含沙量主要發(fā)生在每年的7、8月，日均最大含沙量為72.3kg/m3(7月29日)，含沙量連續(xù)大于10kg/m3的天數(shù)有7天，出現(xiàn)時間為8月8—14日。

表5 黃河青銅峽水文站年月含沙量平均值統(tǒng)計

表6 2007年青銅峽站逐日含沙量

續(xù)表

4 結(jié) 論

鴨子蕩水庫一期工程黃河引水泥沙含量：設(shè)計采用黃河青銅峽水文站1967—2000年34年系列多年年平均含沙量4.133kg/m3為計算標(biāo)準(zhǔn)，2005年水庫建成蓄水運行以來，實際近10年的多年年平均含沙量小于2.0kg/m3。

鴨子蕩水庫二期工程黃河引水泥沙含量選?。狐S河青銅峽水文站龍(羊峽)劉(家峽)聯(lián)調(diào)以后，按近20年(1997—2016年)系列資料、2007年年均含沙量資料、鴨子蕩水庫一期運行近十年資料綜合分析，建議鴨子蕩水庫二期工程黃河引水泥沙含沙量取2.5kg/m3。