甫牙水庫(kù)工程擋水壩壩前泥沙沖淤分析

胡德保

（中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510220）

我國(guó)河流含沙量地區(qū)差別較大，水工建筑物設(shè)計(jì)應(yīng)考慮泥沙帶來(lái)的不利影響。近年來(lái)，玉鳳鎮(zhèn)持續(xù)干旱，已對(duì)民生造成了極大影響。2014年廣西水利廳下發(fā)了《關(guān)于加快推進(jìn)廣西2014年～2016年抗旱規(guī)劃實(shí)施方案建設(shè)項(xiàng)目前期工作的通知》，甫牙水庫(kù)被正式列入防汛抗旱規(guī)劃重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。本文針對(duì)能帶河流域上游的甫牙水庫(kù)工程擋水壩壩前泥沙沖淤展開(kāi)分析。

1 流域概況

玉鳳鎮(zhèn)位于廣西西部，2005年獲國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)撤縣建鎮(zhèn)，屬田陽(yáng)縣管轄，行政區(qū)域面積583 km2，是全縣土地面積最大的鄉(xiāng)鎮(zhèn)。玉鳳鎮(zhèn)包括17個(gè)行政村，144個(gè)自然屯，是田陽(yáng)縣縣域北部的經(jīng)濟(jì)區(qū)中心，是以政治、經(jīng)濟(jì)、旅游、林化等產(chǎn)業(yè)為輔的農(nóng)貿(mào)型城鎮(zhèn)。

甫牙水庫(kù)位于玉鳳河的支流——能帶河上游，壩址位于玉鳳鎮(zhèn)甫牙村附近，距田陽(yáng)縣城區(qū)約52.0 km。水庫(kù)集雨面積10.38 km2，主河流長(zhǎng)度5.46 km，河床平均比降為37‰。

2 淤積量計(jì)算

2.1 洪水

本次洪水復(fù)核采用瞬時(shí)單位線法推求水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水[1～2]。瞬時(shí)單位線計(jì)算時(shí)，根據(jù)《廣西暴雨徑流查算圖表》（1984年），甫牙水庫(kù)庫(kù)區(qū)產(chǎn)流分區(qū)屬于第5區(qū)（Wm=80 mm，K=0.9，b=2），匯流分區(qū)屬于第三分區(qū)（m1=0.87，n=2.86），退水分區(qū)屬于第5區(qū)，穩(wěn)滲f取10 mm/h。根據(jù)以上方法計(jì)算得甫牙水庫(kù)洪水成果見(jiàn)表1。

表1 甫牙水庫(kù)洪水計(jì)算成果表

2.2 泥沙

因甫牙水庫(kù)流域無(wú)實(shí)測(cè)泥沙資料，故參考《廣西水文圖集》和《地表水資源》，可得水庫(kù)壩址處的懸移質(zhì)多年平均輸沙模數(shù)為180 t/km2，懸移質(zhì)年輸沙量W＝年輸沙模數(shù)×集雨面積。經(jīng)計(jì)算，甫牙水庫(kù)W=180×10.38＝0.19萬(wàn)t[3]。推移質(zhì)由于缺乏實(shí)測(cè)資料只能粗略估算，即認(rèn)為一定地區(qū)和河道的推移質(zhì)和懸移質(zhì)在數(shù)量上存在一定的關(guān)系:

β為系數(shù)，是推移質(zhì)與懸移質(zhì)的比值，本流域取用0.2。據(jù)此推算，甫牙水庫(kù)推移質(zhì)輸沙量為0.2×0.19＝0.04萬(wàn)t。故甫牙水庫(kù)壩址處年輸沙量為0.23萬(wàn)t。

3 擋水壩壩前泥沙沖淤分析

3.1 淤積形態(tài)判別

根據(jù)陜西省水利科學(xué)研究院和清華大學(xué)水利系研究的經(jīng)驗(yàn)公式:

式中:V為正常蓄水位以下庫(kù)容，V=78萬(wàn)m3；WS為入庫(kù)沙量，多年平均入庫(kù)沙量取0.23萬(wàn)t；J0為庫(kù)區(qū)原河床平均比降，取值37‰。

K＜2.2為錐體，K＞2.2 為三角洲或帶狀。經(jīng)計(jì)算，甫牙水庫(kù)在其工程設(shè)計(jì)使用期限內(nèi)壩址K=0.92，為錐體淤積形態(tài)。

3.2 泥沙淤積量計(jì)算

根據(jù)泥沙分析與計(jì)算成果，泥沙容重取1.3 t/m3。甫牙水庫(kù)屬小（1）型水庫(kù)，正常運(yùn)行的淤積年限為50年，采用多年平均排沙比法確定水庫(kù)泥沙淤積量[4～5]:

式中:V沙為水庫(kù)泥沙T年淤積庫(kù)容，萬(wàn)m3；（1-η）為水庫(kù)攔沙率，按照《泥沙設(shè)計(jì)手冊(cè)》中Brune攔沙率曲線，本工程攔沙率按85%計(jì)；G為多年平均輸沙模數(shù)，t/km2；F為集水面積，km2；T為泥沙淤積年限，年；γs為泥沙容重，t/m3。

泥沙淤積平衡坡降按下式進(jìn)行計(jì)算:J=0.79J0（HQJ0）0.17

式中:J為泥沙淤積平衡比降；J0為庫(kù)區(qū)原河道比降；H為水庫(kù)壅水高度，取27 m；Q為多年平均入庫(kù)流量，取0.171 m3/s。計(jì)算得J=21.45‰。

利用水庫(kù)的水位庫(kù)容曲線，推算出相應(yīng)庫(kù)容對(duì)應(yīng)的水位高程。然后結(jié)合以上計(jì)算出的泥沙淤積量、泥沙淤積平衡坡降以及水庫(kù)淤積形態(tài)，采用經(jīng)驗(yàn)面積減少法（經(jīng)驗(yàn)面積減少法是由美國(guó)博蘭和米勒建立，后經(jīng)萊拉修正，用來(lái)對(duì)水庫(kù)淤積分析做出粗略預(yù)估的一種方法，適用于某些資料相對(duì)較少和泥沙設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單的水庫(kù)泥沙計(jì)算）分別查出各淤積年限的水平淤積高程并分析其壩前淤積高程（淤積年限10年、20年、30年、40年、50年的計(jì)算距離分別取 1.0 km、1.1 km、1.2 km、1.35 km、1.5 km），成果見(jiàn)表 2。

表2 甫牙水庫(kù)泥沙淤積計(jì)算成果表（不考慮排沙情況下）

由表2可知，不考慮排沙情況下，采用多年平均排沙比法算得甫牙水庫(kù)建壩后50年淤沙量為6.10萬(wàn)m3，泥沙淤積對(duì)水庫(kù)運(yùn)行存在一定影響，需設(shè)置沖砂孔進(jìn)行沖砂。根據(jù)水工布置，甫牙水庫(kù)沖砂孔設(shè)在左壩段，結(jié)合現(xiàn)狀河床高程以及受其上生態(tài)放水孔底高程558.00 m限制，沖砂孔底高程選取553.00 m，沖砂孔尺寸2 m×2 m。

甫牙水庫(kù)有效庫(kù)容V為74萬(wàn)m3，多年平均來(lái)水量為541萬(wàn)m3=0.14，查水工設(shè)計(jì)手冊(cè)蓄水水庫(kù)多年平均攔沙率經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，得甫牙水庫(kù)多年攔沙率為85%。因此，甫牙水庫(kù)下泄排沙量為0.0345萬(wàn)t/a，運(yùn)行50年年排沙量約為1.73萬(wàn)m3，減少水庫(kù)淤積庫(kù)容1.73萬(wàn)m3。考慮沖砂后，水庫(kù)運(yùn)行50年淤積庫(kù)容為4.37萬(wàn)m3，查水平淤積高程并分析壩前淤積高程為557.14 m，而本次確定的死水位為560.00 m，相應(yīng)死庫(kù)容為4.5萬(wàn)m3，可減少泥沙淤積對(duì)水庫(kù)的運(yùn)行影響。

4 結(jié)論

（1）甫牙水庫(kù)懸移質(zhì)年輸沙量為0.19萬(wàn)t，推移質(zhì)泥沙取值為懸移質(zhì)泥沙的20%，則推移質(zhì)泥沙年輸沙量為0.04萬(wàn)t。甫牙水庫(kù)多年平均年輸沙總量為0.23萬(wàn)t。

（2）甫牙水庫(kù)在使用期限內(nèi)壩址K=0.92，為錐體淤積形態(tài)。

（3）在不考慮排沙情況下，甫牙水庫(kù)建壩后50年淤沙量6.15萬(wàn)m3，泥沙淤積對(duì)水庫(kù)運(yùn)行存在一定影響，需設(shè)置沖砂孔進(jìn)行沖砂。