水庫淤積分析與多年輸沙總量推求

王學良，陳學林

(1.甘肅省水文水資源局，甘肅 蘭州 730000;2.甘肅省張掖水文水資源勘測局，甘肅 張掖 734000)

水庫淤積分析與多年輸沙總量推求

王學良1，陳學林2

(1.甘肅省水文水資源局，甘肅 蘭州 730000;2.甘肅省張掖水文水資源勘測局，甘肅 張掖 734000)

河流上修建的控制性工程—水庫除具備灌溉、發(fā)電、防洪、航運功能外，還有攔蓄泥沙的功能。而泥沙淤積程度大小又是衡量水庫使用期限的一個重要指標。通過水庫淤積測量和分析工作，對淤積來源、產(chǎn)生原因、測量、計算、庫容修正方法的體會和認識進行闡述。同時介紹一種利用淤積量推求多年輸沙總量的方法。

水庫淤積;庫容曲線修正;輸沙總量推求;方法

1 淤積來源與產(chǎn)生

1.1 來源

在干旱半干旱地區(qū)，森林覆蓋率不高，植被條件差，水土流失嚴重;遇局部暴雨常發(fā)生高含沙量的山洪、泥石流、山體滑坡現(xiàn)象，以及水流對河床、邊坡的沖刷引起的懸移質(zhì)和推移質(zhì)含沙量都是水庫淤積的主要來源。

1.2 產(chǎn)生

水流挾帶著泥沙流入水庫，由于入庫洪水容重比庫內(nèi)存水大，入庫洪水一般從水下底層到達庫區(qū)，在底部摩擦阻力、周圍水的粘滯、壩體回攔作用下靜止。洪水中泥沙容重大于水的容重，從而使泥沙很快沉降于庫底產(chǎn)生淤積。

2 淤積測量與計算

2.1 測量

水庫經(jīng)過多年運行，淤積達到一定限度，就改變了庫容，使水位庫容關系與實際情況不相符合，反推入庫流量與實際來水量出現(xiàn)矛盾，反推入庫洪水過程線呈鋸齒狀。來水較小時，反推入庫流量出現(xiàn)負值現(xiàn)象。這種情況的出現(xiàn)，嚴重影響了水庫的調(diào)度運行，就得對庫區(qū)地形重新測量。

2.1.1 淤積范圍確定

未了減輕繁重的重測地形工作任務，通過高程測量或庫區(qū)內(nèi)淤積上限水位留下的等水位線痕跡就可確定水庫的大致淤積范圍，可以只對發(fā)生淤積部分進行測量。

2.1.2 水上部分測量

考慮到導線點互相通視，導線邊長，視距影響，地形狀況，平面控制測量需布設閉合導線或符合導線，有時遇到庫區(qū)面積不大，地形條件復雜，導線量距工作十分困難，多采用小三角平面控制測量方法。高程控制測量多采用三、四等水準測量方法，在山區(qū)地形起伏變化較大的情況下也可采用三角高程測量方法，碎部測量方法這里不在贅述。

2.1.3 水下部分測量

進行淤積地形測量時常遇到?jīng)]有庫干的情況，這時就需解決庫區(qū)內(nèi)水下部分測量問題。測船在水面移動，配合現(xiàn)代水深測量儀器，在岸上用經(jīng)緯儀交會定位，用碎部測量方法先計算船底(水面)高程，減去測深儀器測得的水深，就可確定測船上水尺所處位置的庫底高程。

隨著科學技術的不斷發(fā)展，利用現(xiàn)代測量技術，平面控制測量中各導線點高程、坐標可用GPS全球定位系統(tǒng)測取，碎部測量用全站儀配合棱鏡，有計算機和地形成圖軟件，就可快速完成淤積部分地形測量、繪圖工作，結(jié)合實地地形、地貌特征對繪制出的地形圖進行必要的修改、修飾。

2.2 計算

用淤積部分地形測量成果，勾繪等高線，用求積儀或方格法量算各條等高線包圍的面積，再用近似圓錐、圓臺體計算各等高線間的體積，這就是相鄰等高線間的庫容，累計后得到不同水位級的新測庫容。同水位級下原測庫容與新測庫容之差，就是該水位級下的淤積量。淤積量隨水位不同而發(fā)生變化，水位越高淤積范圍越大，淤積量就相對越大，到達或超出淤積范圍后淤積量就趨于常數(shù)，這個常數(shù)就是水庫的最大淤積量。

3 庫容關系修正

淤積測量的目的就是修正庫容曲線。從我國現(xiàn)行的站網(wǎng)布設密度看一般中小型水庫最多布設一個水庫站或壩下站，入庫水量、沙量控制站布設較少，而庫容修正方法一般有兩種:一是在庫區(qū)上游設水文測驗斷面控制時段入庫水量，和水庫壩前水位對應的庫容反推而得的時段入庫洪水量比較而得。此法耗資較大，需設測驗斷面，斷面水位次數(shù)要能控制住其連續(xù)變化過程，流量測驗精度要求也高;花費時間較長，需積累很長時間的資料才能完成。二是對淤積部分地形測量成果整理后重新制定淤積范圍內(nèi)新測水位庫容關系或不同水位級的原測庫容減去對應的淤積量后得到修正后的水位庫容關系曲線。

4 算例

以雙樹寺水庫為例進一步說明淤積量計算與庫容修正方法。雙樹寺水庫位于甘肅省民樂縣誠南9 km的洪水河峽谷地帶，建于1975年，壩高58.5 m，流域面積 578 km2，庫曲面積1.2 km2，多年平均入庫徑流量 1.20億 m3，總庫容 2 530萬 m3，相應水位 2 480.00 m，死庫容 150萬 m3，相應水位2 442.00 m，興利庫容 2 380萬 m3，電站裝機容量 0.252萬kw，下游洪水河灌區(qū)有效灌溉面積22.48萬畝，屬大型灌區(qū)，也是張掖市節(jié)水型社會建設試點灌區(qū)之一。準確推算和測量入庫流量和下泄水量是水資源科學調(diào)度、合理配置和高效利用的需要。1994年對水庫淤積進行一次測量，淤積測量成果和淤積計算結(jié)果列表1。

表1 雙樹寺水庫淤積測量成果和淤積計算結(jié)果表

表 1中 VS=V－V'，庫水位(Z)由 2 438.00 m到2 450.00 m，淤積量(VS)由 21.00×104m3增至 132.00×104m3，由此可確定最大淤積量為 Vsmax=132.00×104m3。

庫容關系曲線修正方法如下:在原庫容關系曲線上查得庫容 V，減去對應淤積量 VS，就得到修正后庫容 V'(即新測庫容)，繪制Z－V'關系就得到淤積范圍內(nèi)的修正庫容曲線，將淤積范圍上限水位的原庫容關系曲線系統(tǒng)向左移動最大淤積量數(shù)值(Vsmax)，才算得到完整的水位庫容關系修正曲線圖，見圖1。

5 多年輸沙總量的推求

5.1 推求公式

用計算而得的水庫最大淤積量(Vsmax)乘以泥沙干容重(γs)，就得到水庫建成之日到淤積測量之時這較長時段的輸沙總量(Ws)。用公式表示:

用(1)式可求得算例中雙樹寺水庫所在河流1975—1994年間的輸沙總量

圖1 雙樹寺水庫原測和淤積(新測)庫容關系曲線

5.2 討論

1)由于水庫泄洪時挾帶部分泥沙和低水時沖沙影響、水庫蓄水后兩岸邊坡崩塌、考慮入庫推移質(zhì)沙量影響，用(1)式推求的多年輸沙總量僅是一個近似值。

2)多年輸沙總量推求的泥沙干容重與泥沙顆粒大小、淤積厚度、淤積歷時有關，選定干容重存在經(jīng)驗性，有待試驗驗證。

3)有了(1)式推求的多年輸沙總量，可以粗略彌補河流泥沙資料的空白。

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1004－1184(2012)05－0151－02

2012－04－23

王學良(1982－)，男，甘肅靖遠人，工程師，主要從事水資源研究調(diào)查評價工作。