減少石佛寺水庫泥沙淤積的非工程措施

柴曉利，何興梅，尚春旭，范雪芬

（1.遼寧省觀音閣水庫管理局，遼寧 本溪 117100；2.遼寧省石佛寺水庫工程建設(shè)管理局，遼寧 沈陽 110129；3.遼寧省江河流域管理局，遼寧 沈陽 110003）

1 水庫概況

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(qū)黃家鄉(xiāng)，右岸位于沈陽市法庫縣依牛堡鄉(xiāng)。水庫按100年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，300年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)校核。總庫容為1.85億m3，滯洪庫容為1.60億m3。

2 問題的提出

遼河是一條多泥沙河流，自石佛寺水庫泄洪閘投入運(yùn)行后，閘前、閘后淤積明顯，2006年汛后實(shí)測(cè)，閘前淤積量約13萬m3（詳見表1），閘后淤積量約18萬m3（詳見表2）。泥沙問題給水庫工程的工程運(yùn)用、水庫壽命、庫區(qū)淹沒，壩下游的河床演變及其對(duì)防洪、生態(tài)環(huán)境帶來負(fù)影響，是水庫運(yùn)行管理中的關(guān)鍵技術(shù)問題之一。

3 入庫泥沙特點(diǎn)

遼河是一條多泥沙河流，在全國七大江河中，泥沙含量僅次于黃河、海河，位于第三位。在遼河干流來沙中，東遼河、清河、凡河輸沙量之和占鐵嶺站的17.25%，西遼河則占了82.82%，是遼河干流的泥沙主要來源區(qū)。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(shí)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(cè)水庫，分水較多，使西遼河進(jìn)入遼河干流的泥沙量有明顯的減少。石佛寺水庫以上遼河干流泥沙測(cè)站有鐵嶺站和通江口站，其中鐵嶺站設(shè)立于1933年11月，測(cè)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。鐵嶺水文站位于清河、柴河下游，范河上游，集水面積 120 764 km2，統(tǒng)計(jì) 1964—2004年懸移質(zhì)實(shí)測(cè)資料，多年平均輸沙量720.26×104t。

表1 泄洪閘上游（閘前）淤積方量計(jì)算表

表2 泄洪閘下游（閘后）淤積方量計(jì)算表

遼河石佛寺河段懸移質(zhì)泥沙中值粒徑為0.035 3 mm，推移質(zhì)泥沙中值粒徑為0.27 mm，分析顆粒級(jí)配曲線，可知推移質(zhì)在斷面輸沙量中的比例約為3.74%。統(tǒng)計(jì)1964—2004年實(shí)測(cè)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(xù)枯水系列有兩個(gè)，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(diǎn)，即輸沙量主要集中在幾個(gè)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。分析鐵嶺站1954—1996年輸沙量值可知，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(jīng)歷年資料統(tǒng)計(jì)，遼河鐵嶺站多年平均懸移質(zhì)輸沙量的年內(nèi)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(gè)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(gè)月，甚至集中在汛期幾場(chǎng)洪水中。

4 非工程措施

4.1 通過優(yōu)化水庫調(diào)度削減泥沙淤積量

為削減泥沙淤積，2007年4月24日起，結(jié)合清、柴河水庫春灌放水，配合遼干及區(qū)間來水，石佛寺水庫開始蓄水，做沖沙試驗(yàn)。

為檢測(cè)沖沙效果，2007年12月6日，對(duì)閘上泥沙淤積情況進(jìn)行實(shí)測(cè)，淤積方量見表3，從實(shí)測(cè)成果與2006年淤積情況比較，可見在2006年汛后實(shí)測(cè)閘前淤積12.7萬m3區(qū)域范圍內(nèi)，經(jīng)沖沙實(shí)驗(yàn)，淤積量為9.9萬m3，較試驗(yàn)前少3.8萬m3，說明在閘前這一區(qū)域沖沙有一定效果，但出現(xiàn)的問題是在遠(yuǎn)離泄洪閘區(qū)域產(chǎn)生了新的淤積，淤積量至少為4.6萬m3。可見，沖沙效果不盡理想，分析原因：

表3 2007年12月6日實(shí)測(cè)閘上淤積方量計(jì)算表

1）試驗(yàn)水頭偏低，水位落差較小，僅在4 m以內(nèi)，出庫流量僅在30～200 m3/s之間，

2）閘上水域開闊，僅在閘前小范圍內(nèi)有一定流速，水流挾沙能力不強(qiáng)，閘上沖沙效果不是很明顯。

4.2 洪水發(fā)生時(shí)全力宣泄

在主汛期，河道流量較大時(shí)，在不影響水庫防洪運(yùn)用的情況下，建議水庫以敞泄方式運(yùn)用，這樣一方面可以減少在原有淤積方量基礎(chǔ)上再次續(xù)淤新的泥沙，另一方面，對(duì)泄洪閘上下游淤積的泥沙會(huì)起到較好的沖沙效果。2010年石佛寺水庫發(fā)生中等量級(jí)洪水，入庫洪峰流量達(dá)2 930 m3/s。2010年7月21日20時(shí)水庫入庫流量達(dá)到2 000 m3/s，水庫開始以敞泄方式泄洪，歷時(shí)45 h，到2010年7月23日17時(shí)止。水庫大流量宣泄，對(duì)泄洪閘閘上、閘下沖於效果明顯。2011年汛前實(shí)測(cè)，閘前淤積量減少到70 223 m3，沖沙效果明顯。

5 建議

1）沙問題是石佛寺水庫工程運(yùn)行管理中的關(guān)鍵技術(shù)問題之一，需要進(jìn)行長期的試驗(yàn)、研究與驗(yàn)證。建議對(duì)水庫泥沙淤積問題進(jìn)行立項(xiàng)研究。

2）開展淤積測(cè)量，比較沖沙前后的淤積變化，了解沖沙效果。

3）河道流量較大時(shí)，在不影響水庫防洪運(yùn)用的情況下，建議水庫以敞泄方式運(yùn)用，這樣可以減少在原有淤積方量基礎(chǔ)上，再次續(xù)淤新的泥沙。

4）加強(qiáng)流域水土保持、河道生態(tài)治理和恢復(fù)工作。通過植樹造林、封山育林和退耕還林、改造耕地、推行多種水保措施等減少入庫河流含沙量。