石門水庫泥沙淤積對樞紐建筑物的影響探討

高嵩（漢中市石門水庫管理局　陜西　漢中　723000）

石門水庫泥沙淤積對樞紐建筑物的影響探討

高嵩
（漢中市石門水庫管理局陜西漢中723000）

本文論述了石門水庫泥沙淤積形態及過程特征，分析了泥沙淤積對水庫樞紐建筑物的影響。提出了加強流域內的水土保持工作、加強水庫管理的科學研究以及采取工程處理措施等方法，以控制和減少水庫的泥沙淤積，以期為同類工程提供借鑒。

泥沙；建筑物；影響；處理措施；石門水庫

1　工程概況

石門水利樞紐工程位于陜西省漢中市，漢江支流褒河峽谷出口以上1.8km處，是以灌溉為主、兼顧發電、防洪、城市供水等綜合利用的大型水利樞紐工程。石門水庫灌溉51.5萬畝稻田，占漢中地區稻田的1/4，電站總裝機容量4.05萬kw，平均年發電量1.21億度。大壩為混凝土拱壩，最大壩高88m，壩頂高程620m，壩身中部開設六個7m×8m泄洪孔口，底檻高程596m，并設有2m×2m底孔一個，底檻高程550m。大壩于1973年基本建成，水庫開始發揮效益。褒河流域系長江水系漢江上游較大支流之一，屬山溪性河流，全長130km，河床平均比降4.3%，流域面積3864km2，水庫面積3.2km2，水庫回水長度17km，平均水庫寬度180m，最大寬度250m，是典型的峽谷式河道型水庫，總庫容1.098億m3，其中有效庫容0.607億m3。石門水庫根據工程修建前的水文記載，多年平均流量43.6m3/s，年徑流13.8億m3，徑流的主要補給是降雨，庫區多年平均降雨量905.6mm，多集中在7月～9月份，占全年雨量3/4，洪水陡漲陡落，峰高量小，匯流快，歷時短，多年平均含沙量0.934kg/m3，多年平均輸沙量（懸移質）148萬t。石門水庫1972年蓄水后，在庫區共布設了25個測淤斷面，采用橫斷面法測量。

2　泥沙淤積形態及過程特征

2.1泥沙淤積形態

根據水文資料褒河汛期（6月～9月）泥沙含量為全年的85.2%，淤積也多在汛期生成。石門水庫壩高水深，庫面狹長，庫容相對較小，汛期容易造成淤積，形成三角洲的淤積性態。

汛期泥沙的造床質部分 （泥沙粒徑大于0.02mm部分），全淤在三角洲上并逐年向壩前推移，河沙粒徑小于0.02mm沖瀉質部分淤在三角洲前坡至壩前之間，并在拱壩底孔前形成沖刷漏斗。

在水庫的上游尾部段和頂坡段，較粗顆粒泥沙迅速落淤，粒徑0.01mm～1mm，當水庫泄洪時尤其當降低水位泄洪時，就以推移質的形式向下游運動，在這部分的庫底形成河槽、轉彎河段岸邊形成灘地形態。三角洲前坡逐年向壩前推移，已從1980年距壩10km的12號斷面推移到1994年距壩5km的7～8號斷面。處于三角洲頂坡的9號斷面淤積面高程已達死庫容水位595m。

細顆粒泥沙多以異重流的形態運動擴散直至壩前，受壩阻擋在壩前大量落淤，其特點是全斷面平均落淤，沖寫質淤積段也是主要的淤積部分。壩前初期淤積很快，至1980年壩前淤積高程就達553m，淤積厚度10m，平均年淤積2m。特別是漢中“81.8”洪水加速了石門水庫的淤積程度，河道底部已由原來的V型變成較平坦的U型。

2.2泥沙淤積過程特征

石門水庫每年大約有9.8億m3水量挾帶泥沙入庫，而有效庫容僅有0.6億m3，大量洪水下泄，這個過程是水庫主要泥沙的淤積成因。

水文特征對水庫落淤的影響：石門水庫壩高水深，水庫所在的褒河，系漢江上游較大支流之一，發源于秦嶺南麓崇山峻嶺之中，河道短，坡降大。故洪水集流甚快，洪峰陡漲陡落，易造成表土沖刷。

另外，隨著經濟的發展，一些開礦、耕種活動增加，植被破壞，加之庫區森林覆蓋率不高，從而造成水土流失嚴重，加劇了水庫淤積。

3　泥沙淤積現狀

3.1歷年淤積量測量結果

石門水庫1972年建成，蓄水后在庫區共布置了25個測淤斷面，采用斷面法測量并計算歷年水庫淤積量及淤積分布。

石門水庫歷年淤積量計算統計見表1。

根據2012年淤積測量成果，至2012年累積淤積量已達4291.42萬m3，占總庫容的40.87%，9號斷面以上淤積面均超過了死水位595m高程。死水位595m高程以上有效庫容淤積1282.48萬m3，占有效庫容6070萬m3的 21.13%。石門水庫淤積大部分在死庫容水位595m以下，達3008.94萬m3，占死庫容4430 萬m3的67.92%，其主河道淤積增加主要分布在2號斷面至14號斷面。由石門水庫歷年淤積量表可知，2012年11月所測淤積量比2007 年10月所測淤積量增加了403.65萬m3，近五年淤積速度有所加快，主要原因在于沿庫區多項工程建設棄渣經雨水沖入庫區，加之2007年至2012年間降水較多，多次發生洪水。但庫區整體淤積速率保持下降，這主要得益于近年來流域內退耕還林，水土保持良好。石門水庫自1972年建成蓄水運行已經40年，水庫多年平均淤積速率為1.02%。

由壩前水下地形圖測量數據得知，2012年壩前淤積最低高程為563.82m，已高出底孔底檻550m高程13.82m；河床電站進水口淤積最低高程為565.34m，與河床電站進水口底檻567m高程相差1.66m。淤積已對東干渠進水口（588.5m）、西干渠進水口（592m）、河床電站進水口（567m）的正常引水造成威脅，由于大量淤積，曾多次造成石門東電站事故停機，1990年9月迫降庫水位，對東干渠進水口進行了清淤。

3.2泥沙淤積對工程設施的影響

（1）淤積對水庫效益的影響

由于石門水庫沒有有效的排砂減淤設施，水庫建成至2012年，已有4291.42萬m3的泥沙淤積，其中，有效庫容淤積已超過1282.48 萬m3，使灌溉、發電受到影響，從而造成水庫效益銳減。

（2）淤積對底孔的運行影響。

由淤積測量結果可知，2012年壩前淤積高程已達563.82m，已高出底孔底檻550m高程13.82m。如1981年的一次開底孔時，提升0.3m還不見出水，提升到0.4m時才突然涌出泥漿水，因此有堵塞底孔進口的可能性。

（3）淤積對東電站的影響。

1990年7月6日大洪水后，由于大量污物進入機組，直接影響了東電站正常發電，使東電站7、8兩個月被迫5次停機排除故障，由于故障頻繁，機組損壞嚴重，9月初東電站只好停機待命。

表1　　石門水庫歷年淤積量表

（4）淤積對攔污柵的影響。

由于庫區特有的地形地貌及進水口所處的位置，加之淤積物的來源、種類比較復雜，使攔污柵的安全運行受到影響。如1990 年9月18日當庫水位降至586.5m，進行攔污柵檢查時發現：進水口前方淤積高程約594.5m，進水口攔污柵前形成渦流坑，直徑約3m，坑深約4m～5m，攔污柵上伏著被沉入泥沙中的樹枝、木棍及少量石塊等淤積物，兩個柵片發生彎曲變形，柵片掛齒發生扭曲變形。也直接影響了東干渠灌溉引水和東電站正常發電。

4　控制泥沙淤積的對策

4.1采取工程措施

為解決石門水庫的淤積問題，確保工程設施的安全運行，應采取工程處理措施，如：對壩前100m以內泥沙進行清挖，以緩解目前泥砂對底孔、東干渠、河床電站引水口及攔污柵的淤堵，同時又可以恢復一定的有效庫容。

4.2加強上游流域內的水土保持工作

依據《水法》、《水土保持法》等相關法律、法規，加大執法力度，嚴禁在庫區和流域內進行采礦、耕種等活動。對跨庫區建設工程，要堅強監督檢查，防止棄渣進入水庫。

4.3加快研究和開發褒河上游梯級水庫

上游建庫將有效解決石門水庫的淤積問題，對延長水庫壽命和水庫效益的發揮都將起到積極作用，因此，應積極向有關部門建議加快研究和開發褒河上游梯級水庫。

4.4加強水庫管理的科學研究

建立出庫入庫流量站，掌握洪水含沙量基本資料。建立準確可靠的水情預報系統，制定有利于減淤排沙的調度運行原則。開展水庫泥沙淤積形態及淤積過程特征的科學研究，為采取工程措施和制定水庫調度運行原則減少泥沙淤積提供科學依據。

5　結語

石門水庫地處陜西省漢中地區，是一座重要的大（二）型水利樞紐工程，石門水庫壩高水深，庫面狹長，庫容相對較小，汛期容易造成淤積，形成三角洲的淤積性態，水庫運行40多年，2012年實測淤積已達到4291.42萬m3。通過對石門水庫淤積現狀的分析，不難看出，石門水庫的淤積情況是嚴重的，已對工程設施的安全運行構成威脅，因此，除應加強對淤積的監測及其運動規律的分析研究外，采取工程處理措施是十分必要的，已確保水庫效益的正常發揮。陜西水利

［1］趙克玉，藍俊東，湯建斌.石門水庫排沙減淤技術研究 ［J］.水資源與水工程學報，2006，（5）：46-49.

［2］中國水利學會泥沙專業委員會.泥沙手冊［M］.北京:中國環境科學出版社，1992.4.

（責任編輯：唐紅云）

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