石佛寺水庫低水位蓄水帶來的泥沙淤積問題

2012-03-29 23:16:15柴曉利

東北水利水電 2012年6期

柴曉利

（遼寧省觀音閣水庫管理局，遼寧本溪 117100）

石佛寺水庫低水位蓄水帶來的泥沙淤積問題

柴曉利

（遼寧省觀音閣水庫管理局，遼寧本溪 117100）

解決石佛寺水庫低水位運行帶來的泥沙淤積問題，已經成為水庫可持續發展的重要研究內容，本文分析了石佛寺水庫入庫泥沙規律，結合近年來圍繞泥沙淤積問題開展的工作和水庫運行管理實際，給出了水庫低水位蓄水后，解決泥沙淤積問題的建議。

石佛寺水庫；泥沙淤積；低水位蓄水

1 概況

遼河石佛寺水庫是遼河干流上唯一的一座控制性水利工程。壩址左岸位于沈陽市沈北新區黃家鄉，右岸位于沈陽市法庫縣依牛堡鄉。水庫按100年一遇洪水標準設計，300年一遇洪水標準校核?？値烊轂?.85億m3，滯洪庫容為1.60億m3。水庫屬典型的河道型平原水庫，主副壩總長為42.396 km，泄洪閘16孔總寬248.5 m。其主要任務是完善遼河干流的防洪體系，解決遼河干流突出的防洪問題，通過左側三大支流上的南城子、清河、柴河、榛子嶺四座水庫和區間堤防，以及水庫自身的聯合調控，將石佛寺以下的防洪標準由現狀的30年一遇提高到100年一遇。保護人口235.4萬人、耕地28.74萬hm2，保護遼河油田、沈山鐵路、沈山公路、八三輸油管線、國內國際通訊干線等國家大型基礎設施和重要工礦企業，防洪效益十分顯著。

水庫基本運行方式為：當石佛寺壩址處流量小于5 500 m3/s時，閘門敞泄，空庫運行；發生超過下游堤防允許流量5 500 m3/s的洪水時，水庫控制放流，使其不超過下游堤防安全流量5 500 m3/s；當水庫遭遇100年一遇以上設計洪水和庫水位超過設計洪水位時，水庫控制其泄量不大于最大入庫洪峰流量。

2 問題的提出

2.1 泥沙基本情況

遼河是一條多泥沙河流，在遼河干流來沙中，西遼河是遼河干流的泥沙主要來源區。西遼河的支流老哈河是一條含沙量較高、輸沙量較大的多沙河流，是西遼河的泥沙主要來源，西拉沐倫河輸沙量占西遼河的第二位。由于1958年紅山水庫建庫后，攔截了老哈河大部分的來沙，僅在遭遇大洪水時水庫以上部分被帶到壩下；而且西遼河上又修建了舍利虎、道力歹等旁側水庫，分水較多，使西遼河進入遼河干流的泥沙量有明顯的減少。石佛寺水庫以上干流泥沙測站有鐵嶺和通江口兩站，其中鐵嶺站設立于1933年11月，測沙始于1953年至今，該站集水面積占石佛寺水庫控制流域面積123 766 km2的97.57%，資料系列為1954—2004年共51年系列。石佛寺水庫以上遼河干流控制站鐵嶺水文站位于清河、柴河下游，凡河上游，集水面積120 764 km2，統計1964—2004年懸移質實測資料，多年平均輸沙量 720.26×104t。

遼河石佛寺河段懸移質泥沙中值粒徑為0.035 3 mm，推移質泥沙中值粒徑為0.27 mm，分析顆粒級配曲線，可知推移質在斷面輸沙量中的比例約為3.74%。統計1964—2004年實測泥沙資料，1995年為豐水年，該年來水量為59.99×108m3，輸沙量為2 322.75×104t。連續枯水系列有兩個，分別是1976—1982年和1999—2004年，其中1976—1982年枯水系列來沙量為763.77×104t，年均輸沙量為 109.11×104t，1999—2004 年枯水系列來沙量為345.45×104t，年均輸沙量為 57.58×104t。

遼河具有北方河流輸沙量年際變化的特點，即輸沙量主要集中在幾個大水大沙年份，鐵嶺站最大年輸沙量與多年平均輸沙量比值為5.9∶1；鐵嶺站1954—1996年輸沙量值，1954，1957，1959年3年的輸沙量占43年的 33.71%，再加上1956，1962年共5年的輸沙量占43年的48.02%，輸沙量最大的年份是1959年，占43年的13.66%，輸沙量最小的年份是1982年，占43年的0.02%。可見，輸沙量的年際變化很大。

經歷年資料統計，遼河鐵嶺站多年平均懸移質輸沙量的年內分配很不均勻，6—9月輸沙量占全年沙量的90.04%，7—8月占69.32%，非汛期8個月輸沙量只占全年沙量的9.96%，可見，輸沙量集中在汛期的幾個月，甚至集中在汛期幾場洪水中。

2.2 模型成果

2007年12 月，石佛寺水庫委托中水東北勘測設計研究有限責任公司科學研究院完成了《石佛寺水庫泥沙數學模型分析報告》，根據二維數學模型計算，報告分析結論：

1）石佛寺水庫一期工程建成以后，成為河道上的一個節點，限制了河道主槽的自由擺動，水庫低水位運用后，水位壅高，流速減緩，水流挾沙力下降，河道將淤積抬高，其淤積特點是大洪水以灘地淤積為主，小洪水以主河槽淤積為主。

2）水庫低水位運用：水庫蓄水46.5 m運用15年，庫區淤積量1 981.16萬t，排沙比為83.13%，低水位運行15年后庫容比正常運行條件下減少140萬m3，運用30年庫區淤積量1 946.85萬t，排沙比為90.99%，水庫運行30年庫容比正常運行條件下減少168萬m3。

3）水庫低水位運用條件下，不會對水庫的原設計參數有新的要求，不會降低水庫的安全運行條件。

4）水庫低水位蓄水運用后，若遇1976—1982年連續枯水系列，在46.5 m下淤積量為1 384萬m3。為保證水庫排沙減淤、充分發揮水庫效益，建議水庫管理部門應根據每個水文年的來水來沙情況以及壩前的淤積情況在汛前及時進行清淤。

5）當水庫入庫流量在200 m3/s以上時，水庫應泄洪拉沙，建議泄洪閘開孔數3孔，當流量繼續增加，視來流情況再酌情增開泄洪閘。

2.3 問題提出

石佛寺水庫是一座純滯洪型平原水庫，也是沈陽市北部地區的重要水源地之一，盡管大伙房水庫輸水工程已建成通水，但由于其受水區地域上的限制和管網改造、產業布局等因素的影響，沈陽市北部地區的缺水問題還不能完全得到解決，必須盡早考慮石佛寺供水工程體系的建設。另外，為增強城市的供水保障程度和抗風險能力，也需要建設多水源的供水系統。因此，為保障沈陽市的供水安全和改善沈陽市水景觀、修復已遭破壞的水環境，加快沈陽老工業基地的振興和沈北新區宜居新城的建設，石佛寺水庫低水位蓄水、修建石佛寺供水工程體系、實現水資源優化配置最大化已迫在眉睫。然而，蓄水就有效益，蓄水就面臨泥沙淤積問題，淤積就影響防洪，如何解決水庫低水位運行帶來的泥沙淤積問題已經成為水庫可持續發展的重要研究內容。