王瑤水庫淤積問題探析

余　蕾

(陜西省延安市王瑤水庫管理處,陜西 延安 716000)

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王瑤水庫淤積問題探析

余蕾

(陜西省延安市王瑤水庫管理處,陜西 延安 716000)

摘要：在水庫運行過程中，泥沙淤積是影響水庫使用年限的主要因素之一，為了保證水庫可以持續(xù)安全運行，必須認真分析水庫淤積問題，找出水庫淤積規(guī)律，通過對比基流排沙、泄空排沙、機械清淤的方式對水庫淤積問題進行治理。文章以王瑤水庫為例，對水庫調(diào)度過程中泥沙淤積問題進行了分析，然后結(jié)合工程措施和水土保持措施，制定了具體的排沙措施，有效保證了水庫運行的安全性，提高了水庫使用壽命。

關(guān)鍵詞：王瑤水庫；淤積；問題；措施；探析

1王瑤水庫的基本情況

王瑤水庫總庫容2.03 億 m3，設(shè)計灌溉567 hm2，保灌333 hm2，大壩為碾壓式均質(zhì)土壩，壩高55 m，壩頂高程1190.7 m，壩頂設(shè)0.9 m高的砌石防浪墻.輸水洞位于大壩左岸，由放水豎井和涵洞組成，全長392.3 m，其中涵洞長350 m，采用內(nèi)壁鋼板襯砌加固，直徑1.2 m。放水豎井高37 m，頂部高程1190.7 m，設(shè)計最底取水高程1161.7 m，為表面兩層孔取水，流量3.32 m3/s。出水末端設(shè)灌溉、發(fā)電引水岔管以閘閥控制流量，并設(shè)有退水管道。

Ⅰ#泄洪洞位于大壩左壩肩，距左壩肩水平距離90 m，工程由進口明渠段、壓力洞、放水塔、明流洞及出口挑流段組成。最大泄量79 m3/s。Ⅰ#放水塔位于壓力洞和明流洞之間，塔高72 m，塔頂高程1215.2 m，塔底閘室設(shè)2.21×2.21 m的檢修平板閘門和2×2 m弧形工作閘門各一道。

Ⅱ#泄洪洞(新洞)位于左壩肩，與舊泄洪洞在空間內(nèi)交叉，工程由進口明渠段、壓力洞、放水塔、明流洞及出口挑流段組成。最大泄量115.6 m3/s。放水塔位于壓力洞和明流洞之間，塔高65.2 m，塔頂高程1215.2 m，塔底閘室設(shè)2.5×2.5 m的檢修平板閘門和2.5×2.2 m弧形工作閘門各一道。灌溉渠首由輸水洞壓力管道左側(cè)岔管引水。渠首倒虹和王瑤渠連接，倒虹總長284 m，管徑1.0 m，最大流量1.5 m3/s。電站位于輸水洞末端右側(cè)，安裝400 kW水輪發(fā)電機組2臺，設(shè)計水頭35 m，單機引水流量1.15 m3/s，設(shè)計年發(fā)電量228.81×104kW·h。

2水庫調(diào)度運行情況

2.1蓄洪攔沙階段(1973年1月—1979年12月)

這7年間由于水庫沒有泄流排沙設(shè)施，只能采取蓄洪攔沙運用方式進行蓄水。這期間恰遇1977年特大洪水，全年來沙量為1937.5 萬 m3，最大洪峰流量2620m3/s，洪量為2640 萬 m3，致使水庫淤積十分嚴重。該時段總淤積量達5961 萬 m3，占總庫容的29.4%。

2.2蓄洪排沙階段(1980年1月—1987年12月)

該進段為8 a，雖然已建成泄洪排沙洞，并先后采取了低水位滯洪排沙、蓄清排渾的運用方式，但由于排沙洞進口圍堰未拆除，其高程高出排沙洞底坎高程8m，同時左岸排沙洞附近山巖石嘴阻水，限制了泄洪排沙洞排沙有效效果。如1985年汛期雖泄空水庫運行，全年排沙比較僅為10.7%，只能減緩水庫淤積，而不能從根本上控制水庫淤積發(fā)展，該時期水庫又淤積了3 026 萬 m3，累計淤積已達8 987 萬 m3,占總庫容44.3%，壩前淤積灘面高程達到了1172.5m。

2.3空庫運行階段(1988年1月—1990年12月)

該時段利用水庫拆除圍堰、泄洪排沙洞清障施工無法蓄水的有利時機，泄空水庫空庫運行，這期間共排出泥沙2502 萬 m3，3 a最大出庫含沙量分別為1096 kg/m3、1169 kg/m3、1108 kg/ m3,排沙比分別為230.1%、217.8%和219.5%。不僅排走了當年來沙，而且還沖出約1400 萬 m3糟庫容。

雖然水庫淤積物長達15 a之久，固結(jié)程度較高，但沖刷效果很好。水庫淤積由淤轉(zhuǎn)沖，庫區(qū)形成高灘深糟。沖刷縱剖面干流以排沙洞底坎高程為基準面呈扇形發(fā)展；支流岔路川以泄入干流入口槽高程為基準面向上游發(fā)展。橫斷面形成深槽及廣闊灘地，壩前段河槽灘面落差大，槽斷面寬度較大，庫中段斷面次之，庫尾段斷面近似天然河槽。沖刷比降逐漸變緩，1989年9月溯源沖刷河段縱比降為5%，沿程沖刷河段縱比降為3%，1990年11月溯源沖刷河段縱比降為4%，沿程沖刷河段縱比降為2.1%。水庫縱斷面淤積形態(tài)為錐體，比降為3%。橫向近似平淤。

2.4蓄洪排沙運行階段(1991年1月—1995年12月)

這期間水庫采用蓄洪排沙(異重流排沙)運用，歷時5 a，水庫一直未泄空，入庫近4000 萬 m3泥沙，其中近3000 萬 m3淤在庫內(nèi)，特別是1992年為豐沙年，入庫沙量為1780 萬 m3。入庫水量為3520 萬 m3。排沙比僅為25.7%，排水比為70.9%，1991—1992年2 a就把槽庫容淤滿，使水庫在一般洪水情況下，灘地庫容也要損失，灘面淤積抬高約2m，水庫淤積呈上升發(fā)展，該時段淤積3145 萬 m3，水庫累計淤積量達10750 萬 m3，占總庫容52.9%。

2.5汛期空庫運行階段(1996年1—12月)

1996年根據(jù)周期性空庫拉沙的審定意見，汛期7—9月采用了泄空排沙運行方式。該時段汛期空庫運行(1996年7—9月)，雖然只有2個多月，但排沙效果極好，汛期沖出泥沙1200 萬 m3，形成槽庫容630 萬 m3，減淤590 萬 m3，這與淤積物歷時短，固結(jié)程度不高有關(guān)。

2.6蓄洪排沙運用階段(1997年1月—2004年2月)

1998年王瑤水庫供水工程正式建成供水運行，該期間水庫采用蓄洪(異重流)排沙運用，歷時6年多，水庫一直未泄空，入庫水量3521.2 萬 m3/a,出庫沙量707.6 萬 m3/a。特別是2001年為豐沙年，入庫沙量為789.2 萬 m3,入庫水量為4073.8 萬 m3，排沙比僅21.1%，排水比為57.8%，淤積量較大。該時段淤積1533.8 萬 m3,水庫累計淤積量達11438.8 萬 m3，占總庫容56.3%。

2.7空庫運行階段(2004年3月—2006年8月)

該時段利用水庫除險加固工程施工無法蓄水的有利時機，泄空水庫空庫運行，年均入庫水量2548.4 萬 m3。這期間共排出泥沙1018.75 萬 m3，不僅排走了當年來沙，而且還沖出約927 萬 m3糟庫容。

2.8蓄洪排沙運用階段(2006年9月—2015年12月)

該期間水庫采用蓄洪(異重流)排沙運用，歷時8年多，水庫入庫沙量3433.5 萬 m3,出庫沙量1468.91 萬 m3。該時段淤積1964.59 萬 m3,不但淤滿了空庫時期形成的槽庫容，同時2015年新增淤積140.47萬 m3。致使水庫累計淤積量達13 870.59 萬 m3，占總庫容68.3%。

從王瑤水庫歷年來的運行情況可以看出，當前王瑤水庫庫容損失非常長，尤其是到2015年后，水庫泥沙淤積累計已經(jīng)達到了13870.59 萬 m3，庫容68.3%均被泥沙填滿，迫切需要對王瑤水庫進行清淤排沙處理，控制水庫泥沙淤積的進一步發(fā)展。

3王瑤水庫淤積問題的處理措施

3.1修建引洪蓄沙水庫

根據(jù)王瑤水庫歷年來的運行情況可以看出，水庫排沙清淤主要是利用水流作用實現(xiàn)的，可以使泥沙可以按照人們的意愿排到預(yù)先劃定的區(qū)域中。使用這種方法不僅排走的泥沙量比較小，而且還會使水庫的蓄水量降低[1]。結(jié)合王瑤水庫多年的排沙經(jīng)驗可以看出，使用深孔泄洪的方式進行排沙很難取得理想的排沙效果，并且還會影響下游河道。

另外，王瑤水庫是延安地區(qū)水資源的供應(yīng)源頭，泄洪排沙難度比較大。通過分析泥沙入庫之前的流動情況可以看出，淤泥會在變動回水區(qū)域中落下，然后在汛期循環(huán)運動，進而將淺水區(qū)的泥沙帶到深水區(qū)，如此往復(fù)直至填滿水庫。

根據(jù)以上情況，可以通過在水庫回水區(qū)的四周建設(shè)排水清淤工程，從而使流沙沒有進行到水庫區(qū)域之前就被去除[2]。通常情況下，引洪蓄沙水庫主要修建在通向庫區(qū)的溝谷中、河道旁等位置，另外還可以選擇庫存比較大、地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的山谷。水澄清后如果不流入主要的庫區(qū)，在選擇引洪蓄沙水庫時要將其布置到流域以外的的地方。參考王瑤水庫所在地區(qū)的地形環(huán)境可以看出，此水庫河道兩旁有很多的山谷，山谷縱橫交錯可以作為引洪蓄沙水庫的建設(shè)場地。在建設(shè)引洪蓄沙水庫時，引水口要結(jié)合泥沙運動的基本規(guī)律來進行布置[3]。比如流水從彎道流過后會產(chǎn)生離心力，此時凸岸為攜帶泥沙水流的流動方向，凹岸為表層水流的流動方向。

所以，王瑤水庫在建設(shè)排水清淤工程時，需要在凸岸的一側(cè)布置引水口，經(jīng)過這樣布置，出水的引水口就可以實現(xiàn)側(cè)面引水、正面排沙。在對引水口的位置進行布置時，需要綜合考慮下面2個方面的因素：

1)如果主要用于淤泥和細沙的排放，需要在回水區(qū)下部設(shè)置引水口。

2)如果需要將顆粒直徑比較大的淤積進行排放，需要在回水區(qū)布置引水口。

3.2攔、排、挖緊密結(jié)合

清理泥沙采用攔、排、挖相結(jié)合的方式來清理水庫的泥沙。在實際處理過程中，可以3種并用,也可以兩兩配合。在對王瑤水庫進行排水清淤處理時，主要使用排和攔2種處理措施[4]。如果水庫是建設(shè)在大型溝叉和庫區(qū)之間時，在汛期時，洪水可以在該位置進行回旋，洪水經(jīng)過回旋后可以將溝叉和分庫區(qū)水中所攜帶的淤泥落下。進入枯水期后，清理干凈所有的泥沙，為新汛期的到來作準備。

3.3清淤物質(zhì)的處理

對王瑤水庫淤積泥沙進行處理時，清淤物質(zhì)的清理是非常重要。在對清淤物進行清理時，要保證存放的安全性，不影響環(huán)境，并且可以長期規(guī)劃。清淤物要根據(jù)用途的不同分類進行存放，用于建筑工程建設(shè)等方面[5]。而對于回收區(qū)域，由于屬于山區(qū)，地形很復(fù)雜，只有很少一部分可以用來進行耕種，此時可以使用清淤出來的泥沙填充后進行耕種，不僅節(jié)省了淤泥存放成本，而且可以降低存放安全隱患。

4結(jié)論

總而言之，為了確保王瑤水庫可以持續(xù)穩(wěn)定的運行，延長水庫的使用年限，需要及時清理干凈水庫中的淤泥，清淤工作越早，取得的質(zhì)量效果也就越好，越利于行洪。此外，對于清淤物要充分利用，降低影響，促進社會經(jīng)濟發(fā)展。

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[3]呂敏.水庫泥沙淤積分析及庫容測量[J].水利技術(shù)監(jiān)督,2016(01):43-45.

[4]M.D.哈斯納維,董耀華.雨水收集在減緩洪水與泥沙淤積中的作用[J].水利水電快報,2016(02):76-78.

[5]趙定平,湯小云,何海濤.水庫泥沙淤積量計算方法探討[J].科技資訊,2008(35):276-279.

中圖分類號：TV697.3

文獻標識碼：B

[作者簡介]余蕾(1982-)，女，陜西延安人，工程師，從事水利工程設(shè)計工作。

[收稿日期]2016-01-18

文章編號：1007-7596(2016)03-0052-03