寶雞金渭湖泥沙淤積成因分析

陳煥榮

(寶雞市渭河攔河閘工程管理中心，陜西 寶雞 721000)

1 工程概況

渭河寶雞市區(qū)段地處陜西渭河河谷盆地的最西端，以上是山區(qū)河流，河道較窄，河床平均比降約3.10‰，水流較快；以下是平原河流，河道較寬，河床比降和水流流速明顯變緩。渭河市區(qū)段屬山區(qū)河流向平原河流的過渡段。該段上游10 km處有寶雞峽渠首樞紐水庫，從上到下，南岸有太寅河、塔稍河、清姜河、石壩河等，北岸有硤石河和金陵河等較大支流匯入。

寶雞市金渭湖，是在寶雞市區(qū)渭河主河床上修建全斷面攔河閘，攔蓄河道形成水面140萬m2，回水長度1.65 km，蓄水238萬m3的人工湖泊。攔河閘位于市區(qū)馬營橋下350處，為大(1)型I等工程，為開敞式平底閘，由上游連接段、閘室段和下游消能段組成。閘室總跨度626 m，共29孔，每孔凈寬19 m。閘室底板高程為579.9 m，閘門頂高程583.9 m。閘門設(shè)計總過水流量7590 m3/s，單孔設(shè)計過水流量216.4 m3/s。工程于2003年修建，2004年10月下閘蓄水。

經(jīng)統(tǒng)計，攔河閘至投入運行至2020年底，年均蓄水254天，年最多蓄水338天。金渭湖水面形成，促進(jìn)了人水和諧共處，改變了區(qū)域小氣候，帶動了兩岸經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

2 動床模型物理試驗結(jié)果

2000年，原建設(shè)單位委托西北農(nóng)林科技大學(xué)水利水電科學(xué)研究院進(jìn)行動床模型試驗，通過模型實驗研究生態(tài)治理工程河段泥沙沖淤變化情況，提出在保障寶雞市度汛安全的前提下，合理可行的生態(tài)治理工程布置及運行方案。

金渭湖庫區(qū)泥沙來源由二部分組成。(1)渭河寶雞峽渠首以上流域所產(chǎn)的、經(jīng)過寶雞峽樞紐攔截后下泄的渭河沙量。(2)林家村水文站以下至攔河閘之間的區(qū)間來沙。

建閘后的金渭湖河段的泥沙淤積分為兩部分，一是主槽淤積，二是低漫灘淤積。當(dāng)打開主槽閘孔敞泄，同時流量大于1000 m3/s時，淤積在主槽寬約200 m范圍內(nèi)的泥沙，在溯源沖刷和沿程沖刷的共同作用下，即可全部被沖走。淤積在低漫灘上的泥沙，其分布與蓄水深度成正比，即閘前段較厚，庫尾段較薄，呈三角體。

當(dāng)庫區(qū)通過流量2350 m3/s時，臨護(hù)灘的部分低漫灘淤積物將被沖走。當(dāng)出現(xiàn)流量3000 m3/s時，水流將覆蓋全部灘面，沖走全部灘面的淤積物。

3 運行觀測泥沙淤積結(jié)果及分析

1)運行觀測

為詳細(xì)了解運行中金渭湖庫區(qū)泥沙淤積變化，運行管理單位結(jié)合金渭湖庫區(qū)實際，布設(shè)了8條觀測斷面，斷面布置見圖1，對金渭湖庫區(qū)泥沙淤積，分別于2005年9月、2007年3月、2009年9月、2014年10月、2018年9月進(jìn)行了5次觀測測量。

圖1 金渭湖湖區(qū)斷面布置圖

2)淤積結(jié)果

經(jīng)過測量結(jié)果的比對，2004年建成運行到2018年，金渭湖庫區(qū)泥沙淤積量41.58萬m3，沖刷量16.14萬m3，總淤積25.44萬m3。其中2004年～2005年泥沙淤積量46.98萬m3，沖刷量29.26萬m3，總淤積17.72萬m3。2005年～2007年泥沙淤積69.44萬m3，沖刷量9.01萬m3，總淤積60.43萬m3。2007年～2009年泥沙淤積量22.87萬m3，沖刷量49.36萬m3，總淤積-26.49萬m3。2009年～2014年泥沙淤積量22.64萬m3，沖刷量47.23萬m3，總淤積-24.59萬m3。2014年～2018年泥沙淤積量15.34萬m3，沖刷量16.00萬m3，總淤積-0.66萬m3。金渭湖淤積測量結(jié)果見表1。

表1 金渭湖淤積測量結(jié)果統(tǒng)計表

3)泥沙淤積結(jié)果分析

從測量計算結(jié)果可看出，從運行蓄水到2018年，金渭湖庫區(qū)總體是呈現(xiàn)淤積狀態(tài)，但淤積沖刷處于動態(tài)變化之中，可明顯分為3個階段。第一階段2004年～2006年，淤積大于沖刷，處于淤積狀態(tài)。第二階段2007年～2014年，沖刷大于淤積，處于沖刷狀態(tài)。2015年～2018年，沖刷與淤積基本平衡，處于穩(wěn)定狀態(tài)。

從淤積測量斷面變化分析，2004年～2018年，淤積主要集中在渭河公園子堤至主河槽段北灘地、親水平臺至閘前南灘地、金陵河入渭口處，灘地淤積明顯，閘前400 m范圍內(nèi)槽灘分明。主河槽總體為沖刷狀態(tài)，蓄水末端主河槽靠右岸大堤，局部沖刷下切較大，寬度增大。親水平臺至閘前段河槽出現(xiàn)分叉，變化明顯。蓄水區(qū)親水平臺上游段河道縱向出現(xiàn)北(灘地)高南(主槽)低態(tài)勢，下游段出現(xiàn)南(灘地)高北河床低態(tài)勢。其中2004年～2006年，淤積主要集中在灘地、河床、金陵河入渭口處，閘前至上游400 m段灘槽分明，主河槽也有淤積。2007年～2014年，河床和灘地總體處于沖刷狀態(tài)，上游主河槽寬度增加，沖刷嚴(yán)重。2015年～2018年，灘地和河槽有淤有沖變化不大，處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)。

4 淤積成因分析

1)上游水情影響。小水淤積大水沖刷是多泥沙河道泥沙變化特性。經(jīng)統(tǒng)計，從2004年10月下閘蓄水至2018年，攔河閘過閘流量大于1000 m3/s只有3次，分別是2005年7月2日1750 m3/s、2013年7月22日2455 m3/s、2018年7月11日2610 m3/s。過閘流量大于500 m3/s小于1000 m3/s，共有5次，其余均小于500 m3/s。因此，上游來水量級小，大水發(fā)生頻率少，造成金渭湖總體處于淤積狀態(tài)。但兩次出現(xiàn)超過2300 m3/s洪水，河槽和灘地沖刷效果明顯，驗證了動床模型試驗結(jié)果。

2)調(diào)度運行影響。影響調(diào)度運行因素很多，主要因素是在上游來水處于高泥沙(泥沙含量大于10 kg/m3)小流量(流量小于1000 m3/s)時，無法完全做到空庫運行。2005年、2006年運行初期，為配合各種參觀和考察，有時高泥沙狀態(tài)下蓄水，造成庫區(qū)淤積。2005年以后，攔河閘下游相繼建成沙河、茵香河、代家灣橡膠壩，與攔河閘聯(lián)合調(diào)度，考慮到泄水程序和橡膠壩安全，受限于寶雞峽渠首水庫泄水至攔河閘時間短(1 h)，泄水不及時，導(dǎo)致庫內(nèi)出現(xiàn)雍水，洪水在通過金渭湖時受阻，流速降低，懸移質(zhì)泥沙沉淀在漫灘。特別是下游橡膠壩、跨渭河大橋、穿河管道、親水平臺等工程修建，攔河閘按照上級要求配合調(diào)節(jié)下泄流量，也對調(diào)度運行造成一定影響，造成庫區(qū)淤積。

3)工程影響。渭河公園修建，導(dǎo)致主河槽從鐵橋下改道，偏向南河堤堤腳，主河槽與灘地高差近2 m，處于下切狀態(tài)。金渭湖庫區(qū)南岸碼頭修建，位于主河槽頂沖段，造成主河槽在此改道，碼頭下游河道形成低漫灘，小洪水不上灘，大洪水流速降低，洪水沖刷效果很微，造成漫灘淤積逐步增加。

4)植被影響。小流量洪水大部分時間不漫灘，即使漫灘由于洪水量級小，流速慢，導(dǎo)致泥沙在漫灘淤積。淤積物中含有豐富的植物生長營養(yǎng)，致使植被生長茂盛，植被根系加固了淤積層，不利于洪水沖刷。

5 結(jié)論與建議

綜上所述，寶雞金渭湖泥沙總體是淤積的，目前庫區(qū)沖淤基本處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)。淤積成因也是多方面的，為減少金渭湖淤積，增加蓄水景觀效果，確保安全防洪，對以后管理運行提出以下建議。

1)進(jìn)一步做好淤積觀測分析，及時掌握庫區(qū)淤積變化狀態(tài)，為下一步清淤疏浚提供技術(shù)支持。

2)加強(qiáng)聯(lián)合調(diào)度研究，加大對上游水情、雨情、汛情研判，嚴(yán)格執(zhí)行度汛預(yù)案合理蓄泄。

3)開展排沙減淤課題研究，探索和實踐金渭湖排沙減淤方法，如低水頭小流量的自生成螺旋流排沙、束水沖沙、挖槽沖砂等。

4)定期清理移植灘區(qū)礙洪植物，恢復(fù)灘地自然功能。