水庫蓄清排渾的初步探討

李海斌 張文剛 康 鋒

(河南省豫北水利勘測設計院 安陽 455000)

1 概述

蓄清排渾運用就是在水庫主要來沙期降低水位運行，滯洪排沙，利用異重流排沙及渾水水庫排沙;少沙期攔蓄徑流，蓄水興利。現在一些多沙河流水庫多數已采用蓄清排渾運用方式，并取得了良好的效果。蓄清排渾運用在汛期到來時，要降低水位或泄空水庫，應盡可能結合灌溉或其他用水，即使有部分棄水，但換來的是水庫不被淤廢，所以還是合算的［1］。我國許多水庫，如:三門峽、黑松林等水庫，在運用期都是采用蓄水運用方式，后來發現淤積嚴重，改為蓄清排渾運用后，淤積速度大為減緩［2］。

2 水庫蓄清排渾的運用

2.1 頭屯河水庫淤積情況

頭屯河發源于天山北坡，是一條順坡發育的多泥沙山溪性河流，多年平均徑流量為2.39億m3，輸沙量為87.8萬t。由于頭屯河水庫建庫以來為了滿足新疆八一鋼鐵公司對水質的含沙量不超過5kg/m3的要求，頭屯河水庫一直處于高水位運行狀態，致使大量懸移質泥沙在壩前淤積。頭屯河水庫從1983年建庫運行以來到1998年泥沙淤積，庫容總量達1470萬m3，占總庫容的72%，有效庫容僅剩560萬m3。

1999年頭屯河管理處進行過一次泄空沖刷，恢復了大部分的庫容，但是由于頭屯河本身就屬于多沙河流，所以一旦正常蓄水運用，就又有可能產生嚴重的淤積。為了避免頭屯河水庫重新產生嚴重的淤積問題，我們采用了蓄清排渾的處理方式。

2.2 蓄清排渾的運用

頭屯河水庫以前是蓄水運用，自從2002年以后改為“蓄清排渾運用”，既調節水量，又調節沙量，淤積速度也會減緩或保持一個較大的長期使用的庫容。蓄清排渾的具體排沙方式又分為滯洪排沙、異重流排沙、渾水水庫排沙等方式［3］。

2.2.1 滯洪排沙

滯洪排沙為水庫進入汛期，結合引洪淤灌泄空水庫，空庫迎洪，對入庫洪水僅起緩滯作用。洪水過后隨即泄空，利用泄空過程水位降落產生的溯源沖刷和沿程沖刷，把汛前蓄水期和滯洪期淤在水庫中的泥沙排出庫外。滯洪排沙既在汛前泄空降低水庫水位過程中沖刷前期淤積，又在排洪過程中把洪水帶來的高含沙水流排出庫外。

2.2.2 異重流排沙

由于渾水進入水庫時與水庫清水相遇而潛入底部運動，形成異重流，在向壩址行進過程中易沿程發生淤積。利用異重流排沙，可以減少水庫淤積數量，對于多年調節的水庫或水電站來說，不失為一種經濟的減淤辦法。因異重流所挾泥沙極細，其干容重較小，所占庫容比干容重較大的粗粒泥沙的容積大，所以如果不采用異重流排沙，泥沙就會淤在庫內。由于此因素造成的水庫庫容的損失則更為嚴重。

利用異重流排沙，水庫合理科學調度、現場觀測非常重要。在頭屯河水庫進、出庫站均建有泥沙濁度觀測點，一方面監測汛期泥沙入庫情況，另一方面是監測八鋼工業供水水質狀況和出庫泥沙情況。

按照已建立的頭屯河水庫水情預測預報系統和進、出庫水沙檢測點提供的水沙信息，運用水利動能泥沙理論，通過多年分析總結出:頭屯河水庫異重流排沙運用，當上游監測到有高含沙渾水入庫時，即入庫水流濁度達到1500NTU，流量達到12m3/s時，可先打開底洞按洪峰來水量開始小流量排沙，避免異重流抵達壩前的過程中形成渾水擴散;當入庫水流以異重流形式出庫后，再根據入庫洪峰流量調節出庫流量，確保庫水位沒有大的變化，控制在灘槽內。入庫流量增大，則調整涵洞閘門加大出庫流量，入庫流量減少，則調閘減少出庫流量，合理控制庫水位。

異重流排沙為“蓄清排渾”運用排沙的主要形式之一，因為它具有一定的徑流和泥沙調節能力，在排沙中又不需要泄空水庫，因此在目前中小型水庫防淤保庫中得到廣泛的應用。頭屯河水庫運行以“蓄清排渾”方式為主，既調節水量，又調節沙量，調水調沙能保持一個較大的長期使用庫容，對水庫可持續利用具有重大意義。

2.2.3 渾水水庫排沙

到達壩前的異重流，經常不能及時地全部排出庫外，結果在清水下面滯蓄成渾水水庫。異重流含沙量高，泥沙粒徑細，渾水水庫內的泥沙沉淀很慢，所以渾水水庫內有相當長的時間保持較高的含沙量。即使在異重流消失以后，仍能延續排泄較長時間的渾水。這種現象叫作渾水水庫排沙。

對于頭屯河這種多泥沙水庫在調度運用中既對徑流進行調節，以滿足用水需要，同時也對來沙進行調節，以防止水庫產生新的淤積。

2.3 蓄清排渾的成果

蓄清排渾的運用在近四年的時間里，頭屯河水庫減淤效果明顯，恢復庫容321萬m3。2005年底水庫有效庫容達到1388萬m3，調蓄防洪能力大幅提升。

3 水庫蓄清排渾的重要意義

干旱區不僅水資源寶貴，壩址資源也十分寶貴，而且壩址資源愈用愈少，有些流域甚至只有一個或者根本就沒有壩址資源［4］。然而由于水庫設計中的工程泥沙問題，往往存在水庫使用年限問題。本次排沙清淤實踐的成功使即將淤廢的頭屯河水庫恢復了活力，說明只要采取科學的運用方式，完全可以在短期內，使水庫重新獲得和恢復較大的庫容。本次清淤實踐打破了水庫以往設計中的“使用年限”的觀念，為實現水庫永續利用開創了前景。

新疆有水庫485座，總庫容約為70.24億m3，由于泥沙問題，約1/4庫容已被泥沙淤積，許多水庫的險情也均是因泥沙問題引起。頭屯河水庫蓄清排渾技術的成功運用為新疆相似水庫的排沙清淤提供了范例，一些淤積嚴重的水庫，可以結合其實際情況，制定清淤方案進行排沙實踐［5］。

4 結論

頭屯河水庫近幾年采用的蓄清排渾技術是基于水庫工程狀況、灌區供用水特點和入庫水沙特性提出來的，其實施是依靠人為控制而進行的，短期內可恢復一定庫容，且不影響水庫供水、防洪等效益的發揮。這種行之有效的排沙運用方式投資少、省勞力、見效快，具有廣泛的推廣應用前景。若能在其他相似水庫上盡快推廣應用，其效益也將是很突出的。◆

1 于進江．頭屯河水庫排沙減淤的措施及效益分析［J］．西北水力發電，2005(6)．

2 韓其為．水庫淤積［M］．北京:科學出版社，2003．

3 涂啟華，楊賚婓．泥沙設計手冊［M］．北京:中國水利水電出版社，2006．

4 康鋒，侍克斌，陶春潔．水庫橫向沖蝕的初步研究［J］．長江科學院院報，2010(5)．

5 康鋒，孔繁新，許杰庭，侍克斌．關于頭屯河水庫泄空沖刷的研究［J］．人民黃河，2009(12)．

6 陶春潔，趙海波，康鋒．水庫排沙影響因素的初步研究［J］．中國農村水利水電，2010(12)．

7 白玉川，顧元棪，邢煥政．水流泥沙水質數學模型理論及應用［M］．天津:天津大學出版社，2005(10)．

8 姜乃森，傅玲燕．中國的水庫泥沙淤積問題［J］．湖泊科學，1997(3)．