沈家河水庫設計泥沙淤積量計算分析

摘 要：水庫泥沙淤積量的計算是水庫設計中的一項重要內容，文章對幾種主要計算方法進行簡要介紹、計算、分析，對方法選擇提出了建議， 為水庫設計淤積量合理選用提供了依據。

關鍵詞：泥沙淤積量；計算；分析

沈家河水庫為清水河上游一座多年調節的中型水庫，是原州區最大的灌區之一，也是原州區糧油生產及蔬菜供應基地，灌區設計最大灌溉面積3.3萬畝，水庫于1959年建成，總庫容4749萬立方米，至2012年55年總淤積量2315萬立方米，年平均淤積42.1萬立方米，有效庫容2434萬立方米，現庫容無法滿足下游工農業生產的需求，固原市原州區規劃對沈家河水庫進行提升改造，而水庫的設計淤積量是水庫設計中一項重要內容，對水庫的壽命至關重要，直接影響水庫的設計壩高、投資，因此合理計算分析水庫的淤積量非常必要。

1 概況

沈家河水庫位于原州區頭營鎮沈家河村，東經106°15′32.8"，北緯36°06′11.4"，距固原市12km，集水面積313km2，河長約39.5km，水庫流域系典型黃土丘陵區，地勢基本走向為南高北低、西高東低，地貌以黃土覆蓋的丘陵和河谷平原，海拔高程在1652～2480m之間。

上游建有中莊中型水庫，賀家灣、大馬莊、郭廟、青石峽、清溪溝5座小（一）型水庫，黑刺溝、飲馬河、柯莊3座小（二）型水庫，除中莊水庫在建、賀家灣水庫新建，其它水庫均已除險加固，上游水庫面積占沈家河水庫面積的29.4%，水庫基本情況見表1。

表1 區域水庫基本情況一覽表

水庫流域設有青石咀、開城、郭廟、柯莊、二十里鋪、青石峽、呂家莊、沈家河8處雨量站，在清水河干流設有原州、固原、什里鋪水文站，站網密度相對較大，資料系列較長，具有代表性。

（1）固原水文站1966年設立，集水面積210km2，2009年4月撤銷。主要觀測項目有水位、流量、泥沙、降水量、水化學等，實測最大流量為491m3/s（1978年7月10日）。

（2）原州站2009年4月設立，集水面積105km2，主要觀測項目有水位、流量、泥沙、降水量、水化學等，設站以來實測最大流量為48.1m3/s（2013年6月6日）。

（3）什里鋪水文站設立于1959年8月，1966年5月停測，集水面積277km2，主要觀測項目有水位、流量、泥沙、降水量、水化學等，設站期間，實測最大洪峰流量320m3/s（1959年8月17日）。

2 水庫泥沙淤積量的計算分析

2.1 水庫淤積成因分析

水庫的泥沙主要來源于流域內地表沖蝕，其次為河床沖刷，沈家河水庫流域中坡耕地123km2、河谷平原面積27km2，表層為黃土覆蓋，地質松軟，易沖刷，遇到較大的地表徑流易侵蝕、崩塌，形成水土流失的地質特殊性。水庫流域降雨主要以暴雨為主，其特點是歷時短、強度大，徑流集中，是構成土壤侵蝕的主要動力，暴雨主要集中在6小時以內，占日降水量的90%以上，1小時降水量占50%以上，汛期暴雨強度大，雨期集中，加快了水土流失。

2.2 年際年內變化

水庫流域泥沙的年際分配極不平衡，固原站1966～2013年（2009年以后采用原州站插補）實測平均輸沙量31.8萬噸，計算得輸沙模數1510t/km2，最大年輸沙量97.9萬噸（1968年），最小年輸沙量0.02萬噸（1997年）。

年內變化極大，主要集中在7、8兩月的幾場大洪水中，其中8月份輸沙量占年輸沙量的49.9%。多年平均含沙量36.8kg/m3，年最大含沙量141kg/m3（1973年），最小年平均含沙量0.1kg/m3（2007年）。最大一日輸沙量85.9萬噸（1976年8月29日）。固原站站多年平均輸沙量月分配比見表2。

表2 固原站多年平均輸沙量月分配比

2.3 水庫設計淤積量的計算分析

2.3.1 用輸沙模數分區圖推算水庫輸沙模數

輸沙模數分區圖是長系列、全站點的綜合成果，反映了輸沙模數在地域上的時空分布規律，是查算輸沙模數最基本最常用的方法。

水庫流域輸沙模數由南到北遞增，在1700～4200t/km2之間，沈家河水庫以上流域多年平均輸沙模數2600t/km2。

2.3.2 水文站實測值推算水庫輸沙模數

固原站1966～2013年（2009年以后采用原州站插補）實測平均輸沙量31.8萬噸，計算得輸沙模數1510t/km2。

由于實測系列流域水庫工程較多，對流域來沙量影響大，故需對實測資料進行還原。

用固原水文站流域面積減去上游水庫及骨干壩控制面積求得實際產沙面積，然后用逐年輸沙量除以實際產沙面積求得輸沙模數，最后再用輸沙模數乘于固原水文站流域面積求得天然輸沙量，經推算固原站輸沙量為46.1萬噸，輸沙模數為2200t/km2。

2.3.3 水庫實測淤積量推算輸沙模數

據實測資料統計，見表3，沈家河水庫1958年建成至2012年，55年總淤積量2315萬立方米，年平均淤積42.1萬立方米，1974年以前年均淤積76.9萬立方米，接近流域多年平均年來沙量，隨著上游水保治理工程的實施，水庫淤積量逐年減少，1980～2000年水庫年均淤積31.7萬立方米，2000年以來為干旱年份，來水少來沙也少，2000～2012年水庫年均淤積4.6萬立方米，根據淤積量推算各時段平均輸沙模數，采用面積加權法計算得多年平均輸沙模數2330t/km2。

表3 沈家河水庫實際淤積量統計表

2.3.4 水庫輸沙模數合理性分析

采用輸沙模數分區圖查算值、固原水文站還原輸沙模數及水庫實測淤積量三種方法推算的輸沙模數分別為2600t/km2、2200t/km2、2330t/km2，輸沙模數分區圖查算值比其它兩種方法推算值相差較大，水文站推算輸沙模數最小，固原站還原輸沙模數及水庫實測淤積量推算輸沙模數接近。

輸沙模數分區圖偏大的原因是資料系列為1980～2000年，2000年以后上游種樹種草、平整梯田等水保措施使水土流失有所減輕，本次沒有將資料系列延長到2013年；固原水文站實測值系列長，水文站面積占水庫面積的67%，且水文站至水庫區間植被條件比較差，故本次沈家河水庫輸沙模數取水庫實測值較為合理，即2330t/km2。

2.3.5 水庫設計淤積量的計算

由于水庫流域上游建有多座小（一）型、小（二）型水庫，水庫都已除險加固，采用常年蓄水的運行方式，泥沙被攔蓄在庫中，故應扣除上游水庫面積，水庫區間輸沙模數取2330t/km2，區間面積為221.1km2，水庫多年平均年輸沙量為51.5萬噸，泥沙容重按1.4t/m3考慮，水庫設計淤積量為36.8萬立方米。

3 結束語

文章通過用輸沙模數分區圖查算值、固原水文站還原輸沙模數及水庫實測淤積量三種方法推算出沈家河水庫的多年平均輸沙模數，并進行了對比分析，提出了不同方法存在的問題，確定了水庫設計淤積量采用實測淤積量值推算的輸沙模數。三種方法計算應用為水庫設計淤積量合理選用提供了依據。

作者簡介：田志貴（1962-），男，回族，寧夏固原人，工程師，從事水文測驗、整編工作、水文分析計算。