鬧德海水庫泥沙淤積問題及對策探析

蘇秀穎

(遼寧省鬧德海水庫管理局，遼寧阜新 123000)

鬧德海水庫泥沙淤積問題及對策探析

蘇秀穎

(遼寧省鬧德海水庫管理局，遼寧阜新 123000)

我國是一個多泥沙河流的國家，泥沙淤積問題一直是困擾河流治理和水庫正常發揮效益的主要問題。本文針對鬧德海水庫泥沙淤積問題，從排沙減淤和優化調度入手，提出開展河工模型試驗和調水調沙試驗、加強水情沙情監測、增加異重流觀測、開展分流量級運用方式研究等對策來解決水庫泥沙淤積問題，從而有效延長水庫使用壽命，實現水庫效益最大化。

泥沙淤積;河工模型;調水調沙;異重流觀測;分流量級

1 水庫概況

1.1 工程概況

鬧德海水庫位于遼寧彰武縣滿堂紅鄉，與內蒙古自治區庫倫旗毗鄰。工程建成于1942年，歷經四次改建或加固，防洪標準達到百年設計、千年校核，最大庫容2.17億m3。水庫自建成以來曾經抵御了20余次大洪水，削減洪峰達70%以上，保障了下游彰武、新民兩縣縣城、鐵路、公路、農田和沿岸人民生命安全;1970年以后，每年向下游提供農田灌溉用水約5000萬m3，1994年底，鬧德海水庫又成為了阜新市重要供水水源地之一，為促進地區經濟健康穩定發展發揮了重要作用。

1.2 流域概況

鬧德海水庫是柳河上唯一一座大(2)型控制性水利工程，壩址以上河長155km，占柳河全長的52%，控制流域面積4051km2，占柳河流域面積的59%。鬧德海以上流域屬于半干旱地區，多年平均降雨量419mm，多年平均徑流量2.76億m3。柳河上游主要有三條支流，南支扣河子河發源于內蒙古奈曼旗境內;中支烏根稿河發源于內蒙古庫倫旗境內，在鬧得海水庫上游注入扣河子河;北支養畜牧河發源于庫倫旗，流經科左后旗，至烏蘭火燒附近與扣河子河匯流后，注入鬧得海水庫。柳河上游地處科爾沁沙地南緣，是一條多泥沙河

流，流域內沙丘、溝壑、漫崗、坨甸等地形復雜多變，各地產匯流條件各異，洪水特點為水少沙多、暴漲暴落，多年平均含沙量47kg/m3，多年平均輸沙量1034萬t。

1.3 庫區地形特征

鬧德海水庫為河道型水庫，壩址以上4km范圍內為曲折型峽谷，兩岸巖石陡立，谷寬50～100m。峽谷上游為復式河槽，河寬300～800m，灘坎高1～3m，再向上河道呈S形彎，灘坎高1～3m，兩岸灘坎間距可達1200～1500m，是“大肚子”河段，匯合口以上干流(扣河子河)河道有三處大彎道，河寬200～250m;養畜牧河河道較順直，河寬300～400m。為準確掌握水庫泥沙淤積情況，在庫區內布設了67個橫斷面。見下圖。

鬧德海水庫測淤斷面分布示意圖

2 問題的提出

建庫初期，鬧德海水庫是典型的滯洪水庫，隨著水庫除險加固或改建工程完工，其運用方式相應改變，從全年無閘門控制的自由泄流到“蓄清排渾”、從“延長蓄水”到汛期低水位運行，經歷了四個運用階段，水庫作用也由單一的滯洪變為具有防洪、灌溉、供水等綜合利用功能。由于柳河為多泥沙河流，鬧德海水庫每年進行庫區淤積測量工作，通過對歷年實測資料的分析，發現目前庫區泥沙淤積情況嚴重，而且呈逐年上升趨勢，據統計，2000年以來新增淤積體已達480萬m3(累計淤積670萬m3)，已大大減少了水庫有效庫容。分析其原因，主要有以下三點:?水庫調度運用方式的改變，致使水庫沖淤無法達到多年平衡;?2000年以來多年干旱少雨，致使洪水資源短缺，雖然來沙減少但是水量也相應減小，如果不能充分利用有限洪水資源進行調水調沙，上游來沙將逐年在水庫落淤，淤積體必然會逐年增加;?由于庫區確權劃界工作還沒有完成，水庫上游右岸內蒙古庫倫旗百姓多年耕種河灘地，致使淤積體固結，無法利用水庫調蓄作用進行有效排沙。為了延長水庫使用壽命，實現水庫可持續發展，應研究切實可行的排沙減淤對策，從而達到水庫防洪和興利效益最大化。

3 對策探析

為解決鬧德海水庫泥沙淤積問題，提出以下對策:

3.1 開展實驗室河工模型試驗，建立河流數學模型

水庫淤積主要包括淤積的數量、部位和形態三個

方面的問題。經過多年的發展，河工模型的實際運用已逐漸趨于成熟，并取得了廣泛認同，尤其是對于某些復雜問題進行物理模型試驗一直是研究和解決該類問題最重要和最有效的方法，在實踐中已經得到長期應用和發展。隨著計算機技術的發展，河流數學模型近年來得到了較快的發展，并在三門峽、小浪底、三峽等重大水庫得到了應用。因此，開展實驗室河工模型，也應成為鬧德海水庫泥沙淤積研究的一個重要手段。

3.2 利用河工模型試驗結果或水庫泥沙研究成果，開展調水調沙實踐

所謂水庫調水調沙，就是在充分考慮水庫下游河道輸沙能力和水庫排沙能力的情況下，利用水庫的調節庫容對河流的徑流和泥沙作適時的蓄存和泄放，使目前不協調的水沙關系變為相對協調的水沙關系，有利于河道輸沙，減輕水庫庫區及其下游河道泥沙淤積，同時兼顧水庫興利效益的發揮。在鬧德海水庫實際調度工作中，應利用河工模型成果或水庫泥沙淤積研究成果，進行調水調沙實踐，以積極探尋水庫水沙規律，建立相適應、相協調的水沙關系，為水庫科學調度提供依據。

3.3 加強水情和沙情觀測

鬧德海水庫流域內水沙特點為暴漲暴落、沙峰尖瘦。水庫上游有3個入庫控制站，還有13.44%的未控區，入庫的洪水泥沙過程很難得到準確的觀測和預報，直接影響了水庫的合理調度。而水沙過程的準確觀測是水庫精準調度、高效排沙的基礎，因此建議建立水沙因子觀測站，增加匯流后的流量和含沙量觀測，完善出庫和下游河道水沙觀測，做到協調統一，為水庫合理調度、科學分析水庫輸沙規律提供基礎支撐。

3.4 增加異重流觀測

鬧德海水庫庫區比降大、洪水期入庫含沙量大，容易形成異重流。根據異重流排沙比與庫區地形的關系，鬧德海水庫平均排沙比可達40%。長期以來庫區缺少異重流觀測，直接影響了水庫調度和異重流排沙效果。因此，應該:?盡快建立水沙因子觀測站，恢復同步水位觀測站，進行汛期特別是洪水期回水末端和壩前段含沙量垂向分布觀測，觀測異重流潛入條件，積累異重流觀測基礎資料，研究鬧德海水庫異重流形成、輸移規律，為確定閘門開啟時機、及時進行異重流排沙提供技術依據;?開展回水變動區河床沖淤變化分析，及時掌握水庫淤積上延發展情況。

3.5 開展水庫調度運用方式研究

對于多泥沙河流上的水庫，調度運用方式將直接影響水庫的使用壽命。由于水庫流域內2000年以來超過100m3/s的洪水很少，且持續時間短(多在3h之內)，所以水庫調度運用多采用入庫等于出庫泄流方式(當入庫流量小于100m3/s時，入庫等于出庫)，泄流設備全開情況幾乎沒有發生過(當入庫流量大于100m3/s時，全開泄流設備)。因此，應進一步開展水庫調度運用方式研究，以探討更加科學有效的調度運用方式，從而解決排沙與興利的矛盾。建議:?開展分流量級運用方式研究，將水庫上游來水進行分級，再根據來水的不同量級確定壩前運用水位(目前應用分流量級來解決水庫淤積的水庫較多，如:嘉陵江東西關水庫、龔嘴水庫);?進一步分析2000年以來入庫水沙規律，合理確定敞泄控制條件(流量級、敞泄時間等)。

3.6 開展水庫排沙和攔沙設施研究

通過分析，當洪水期流量大于90m3/s敞泄時水庫仍然為淤積，長期下去可能會影響水庫的興利庫容。為減輕庫區淤積，確保水庫興利效益的發揮，建議在適當位置增建排沙洞，將泥沙直接排出水庫。為此，建議:?開展排沙設施研究，可選擇合適位置進行排沙洞的位置、形式、布局、排沙效果、實施可行性等方面的研究和論證;?開展多沙支流修建子水庫研究，攔截洪水期泥沙的同時也可作為儲備水庫，對于鬧德海水庫更具有現實意義。

3.7 其他措施

積極爭取實現上下游水庫聯合調度，人為增加有效洪峰歷時，提高排沙效率;加強柳河流域降雨、產流、產沙、洪水傳播等分析，為鬧德海水庫洪水期調度提供科學依據;開展淤積極限研究。根據柳河流域水沙變化發展趨勢，研究低限庫容和下游河道允許淤積高程紅線，以及維持該極限的減淤措施;工程措施和生物措施相結合，加強柳河流域水土保持，從根本上解決柳河泥沙問題。 4 結語

作為柳河上唯一已建的控制性水利工程，鬧德海水庫運用70余年對促進地方經濟發展、保護上下游沿岸百姓生命安全發揮了重要作用。柳河是一條多泥沙河流，因此在研究探討鬧德海水庫泥沙淤積問題的同時，也應綜合考慮下游河道減淤問題。

［1］遼寧省鬧德海水庫管理局．鬧德海水庫加固期排沙技術研究［R］．2009．

［2］遼寧省鬧德海水庫管理局．鬧德海水庫泥沙問題研究［R］．2011．

［3］楊極，等．泥沙研究［M］．北京．中國水利水電出版社，2005．4．

［4］謝鑒衡，等．河床演變及整治［M］．北京:水利水電出版社，1987．

［5］沙玉清．泥沙運動學引論［M］．北京:中國工業出版社，1965．

On sediment deposition problem and countermeasure in Naodehai Reservoir

SU Xiuying
(Liaoning Naodehai Reservoir Administration，Fuxin 123000，China)

China is a country with many sediment rivers．Sediment deposition problem has always plagued river control and normal benefits of reservoirs．In the paper，reservoir sediment deposition problem is solved through measures of implementing river engineering model experiment and water-sediment regulation experiment，strengthening water and sand condition monitoring，increasing density flow observation，carrying out shunt scale application mode research，etc．from the perspective of sand sediment reduction and optimal operation aiming at sediment deposition problem in Naodehai Reservoir，thereby effectively prolonging service life of reservoir and realizing maximization of reservoir benefits．

sedimentation;river engineering model;water-sediment regulation;density flow observation;shunt scale

TV697.3+1

A

1005-4774(2015)06-0067-03