小浪底水庫(kù)的泥沙問(wèn)題

1、小浪底水庫(kù)的泥沙問(wèn)題 摘要：通過(guò)分析小浪底水庫(kù)泥沙觀測(cè)手段及觀測(cè)成果，結(jié)合水庫(kù)這幾年的調(diào)度運(yùn)用情況，文中就水庫(kù)泥沙淤積的觀測(cè)方法、泥沙淤積層的確定、排沙洞運(yùn)用、淤積量比較以及泥沙淤積形態(tài)共5個(gè)方面的問(wèn)題進(jìn)行了分析和探討 關(guān)鍵詞：泥沙 泥沙淤積層 泥漿層 小浪底水庫(kù) 1 前言 黃河是一條舉世矚目的多沙河流，小浪底水庫(kù)承接來(lái)自黃河三門峽及小浪底庫(kù)區(qū)的全部來(lái)沙量，泥沙淤積將是水庫(kù)運(yùn)用面臨的突出問(wèn)題之一。加強(qiáng)對(duì)水庫(kù)水文泥沙測(cè)驗(yàn)及泥沙調(diào)度運(yùn)用，控制庫(kù)區(qū)泥沙沖淤變化，關(guān)系到小浪底水庫(kù)的使用壽命及社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益發(fā)揮，因此，小浪底水庫(kù)的泥沙問(wèn)題備受國(guó)內(nèi)外水利專家的關(guān)注。 小浪底庫(kù)區(qū)泥沙淤積測(cè)驗(yàn)常設(shè)斷面174個(gè)

2、，其中干流布設(shè)56個(gè)，左岸21條支流布設(shè)65個(gè)，右岸19條支流布設(shè)53個(gè)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，干流上的斷面在高程275m以上左、右岸埋設(shè)端點(diǎn)樁、控制樁各1個(gè)，在高程250m以下各埋設(shè)地形樁1個(gè)；支流上部分較窄斷面，左、右岸埋設(shè)端點(diǎn)樁、控制樁各1個(gè)，而地形樁則視具體情況酌情埋設(shè)，同時(shí)，為找樁定線的方便，在端點(diǎn)樁附近加埋了指示樁。 小浪底水庫(kù)蓄水至275m時(shí)，形成東西長(zhǎng)130km，南北寬3003000m的狹長(zhǎng)水域，斷面法實(shí)測(cè)總庫(kù)容為126.5億m3，其中，支流庫(kù)容占總庫(kù)容的41.1%。通過(guò)近幾年的泥沙淤積觀測(cè)，結(jié)合樞紐近幾年來(lái)的調(diào)度運(yùn)用情況，這里對(duì)小浪底水庫(kù)的泥沙問(wèn)題進(jìn)行了初步的分析與探討。 2 水庫(kù)泥

3、沙運(yùn)用的設(shè)計(jì)原則 按小浪底水庫(kù)泥沙運(yùn)用的設(shè)計(jì)思想，小浪底水庫(kù)泥沙運(yùn)用應(yīng)遵循的主要原則是： （1）攔粗排細(xì)，且初期以攔沙運(yùn)用為主。 （2）采用蓄清排渾運(yùn)用方式，利用水庫(kù)75.5億m3的攔沙庫(kù)容和10.5億m3的調(diào)水調(diào)沙庫(kù)容，在50年運(yùn)用期內(nèi)相當(dāng)于約25年內(nèi)下游河床不再抬升。 3蓄水四年來(lái)水庫(kù)泥沙沖淤情況 通過(guò)對(duì)下閘蓄水4年來(lái)水庫(kù)泥沙淤積觀測(cè)資料的整編，我們得到： （1）蓄水后第一年即2000年，水庫(kù)入庫(kù)沙量3.61億t，出庫(kù)沙量0.042億t，排沙比僅為1.2%。 （2）蓄水后第二年即2001年，水庫(kù)入庫(kù)沙量2.94億t，出庫(kù)沙量0.29億t，排沙比為9.9%。 （3）蓄水后第三年即2002年，

4、水庫(kù)入庫(kù)沙量2.71億t，出庫(kù)沙量0.634億t，排沙比為23.4%。 （4）蓄水后第四年即2003年，水庫(kù)入庫(kù)沙量7.10億t，出庫(kù)沙量1.07億t，排沙比為15.1%。 在泥沙淤積形態(tài)方面，從2003年12月的觀測(cè)結(jié)果看，回水末端的淤積三角洲其頂點(diǎn)位置大約在距壩74.5km處，較汛前的頂點(diǎn)上延了26.8 km，其頂點(diǎn)高程為244.9m。洲面段在距壩74.5km 113.1km之間，前坡段延伸到距壩49.6km，形成了一個(gè)長(zhǎng)達(dá)63.5km的淤積三角洲。洲面段和前坡段的比降分別為0.28和1.43。通過(guò)計(jì)算，該三角洲泥沙淤積量為3.23億m3，占2003年水庫(kù)干流淤積量的93.3%。 在淤積泥

5、沙的顆粒組成上，測(cè)驗(yàn)范圍內(nèi)淤積泥沙的粒徑普遍較細(xì)，d50一般在0.0040.016m之間，屬于粉沙類。2003年汛后觀測(cè)結(jié)果顯示，在距壩40.9km以下，淤積泥沙其d50在0.0040.008mm之間，屬極細(xì)的粉沙類。 4有關(guān)問(wèn)題分析 4.1 觀測(cè)手段的變革 傳統(tǒng)的水庫(kù)泥沙淤積觀測(cè)，特別是大型水庫(kù)泥沙淤積觀測(cè)一般均采用斷面法進(jìn)行，其根本原因在于觀測(cè)儀器一個(gè)周期只能采集一個(gè)水深數(shù)據(jù)。如采用地形法觀測(cè)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且觀測(cè)成本較高。2003年小浪底建管局引進(jìn)了具有世界先進(jìn)水平的條帶測(cè)深儀，使庫(kù)區(qū)淤積觀測(cè)從傳統(tǒng)的斷面法觀測(cè)轉(zhuǎn)變?yōu)榈匦畏ㄓ^測(cè)，在提高測(cè)驗(yàn)精度、降低勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，又使庫(kù)區(qū)水下地形實(shí)現(xiàn)了可視化

6、演示，為實(shí)現(xiàn)水庫(kù)數(shù)字化管理奠定了基礎(chǔ)。該成果受到水利部有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的重視，并在長(zhǎng)江提防工程水下部分復(fù)測(cè)中引進(jìn)應(yīng)用，效果良好。 條帶測(cè)深儀的引進(jìn)，一方面降低了庫(kù)區(qū)泥沙淤積觀測(cè)的成本，經(jīng)對(duì)比測(cè)算，每年按2個(gè)測(cè)次計(jì)算，每年可節(jié)省測(cè)驗(yàn)費(fèi)用在80萬(wàn)元左右。另一方面，條帶測(cè)深儀的引進(jìn)使大型水庫(kù)水下采用地形法測(cè)量變?yōu)榭赡?，這將帶來(lái)水庫(kù)泥沙淤積觀測(cè)的一場(chǎng)變革，其意義及影響將是深遠(yuǎn)的。 4.2 泥沙淤積層的確定 在清水狀態(tài)下，水庫(kù)庫(kù)底泥沙淤積層的觀測(cè)一般容易實(shí)現(xiàn)，但在異重流形成渾水水庫(kù)后，利用聲波測(cè)深儀一般會(huì)測(cè)出兩個(gè)界面即清渾水界面與泥漿層界面，而庫(kù)底泥沙淤積層面卻無(wú)法測(cè)出。在這種情況下，泥沙淤積層的觀測(cè)是困擾水庫(kù)

7、泥沙觀測(cè)人員的一道難題。在有些時(shí)候，為了準(zhǔn)確測(cè)出泥沙淤積層的深度，觀測(cè)人員不得不冒險(xiǎn)將重達(dá)150kg的鉛魚下放到庫(kù)底，以便弄清泥沙淤積層的位置。 通過(guò)這幾年對(duì)小浪底渾水水庫(kù)的觀測(cè)，筆者發(fā)現(xiàn)泥沙淤積層與泥漿層之間存在如下關(guān)系： hy =hn-k 式中：hy為庫(kù)底泥沙淤積層高度；hn為渾水層內(nèi)泥漿層高度；k為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。 根據(jù)小浪底水庫(kù)來(lái)水來(lái)沙情況以及這幾年的泥沙觀測(cè)實(shí)際，在利用12khz的測(cè)深儀進(jìn)行汛期渾水水庫(kù)觀測(cè)時(shí)，經(jīng)驗(yàn)系數(shù)k一般在 0.65m1.85m之間。因此，當(dāng)渾水水庫(kù)出現(xiàn)時(shí)，在利用12khz的測(cè)深儀很容易測(cè)出泥漿層高度hn的前提下，進(jìn)行泥沙淤積層hy的推算則變的容易的多。 4.3 排沙洞

8、運(yùn)用問(wèn)題 在小浪底工程設(shè)計(jì)中，排沙洞主要用于汛期排沙，在汛期屬于經(jīng)常開(kāi)啟的洞室。通過(guò)對(duì)這幾年水庫(kù)調(diào)度運(yùn)用情況的分析，筆者發(fā)現(xiàn)排沙洞的運(yùn)用受到一定的限制。2002年汛期異重流形成達(dá)到壩前后，為了使排沙洞投入拉沙運(yùn)用，小浪底建管局經(jīng)請(qǐng)示主管部門后才得以解決。從這幾年排沙洞運(yùn)用情況看，存在如下值得商榷的問(wèn)題。 （1）從設(shè)計(jì)思路看，汛期特別是異重流到達(dá)壩前形成渾水水庫(kù)后，排沙洞關(guān)閉，很容易使發(fā)電機(jī)組的過(guò)機(jī)含沙量增大，造成水輪機(jī)葉片磨蝕，于機(jī)組的使用壽命不利。有時(shí)，為了停機(jī)避沙還影響到發(fā)電效益的發(fā)揮。 （2）調(diào)度部門決策排沙洞是否啟用主要是控制出庫(kù)含沙量，以免下游河道淤積抬升。從渾水水庫(kù)泥沙顆粒組成看，

9、其d50一般在0.0040.008mm之間，此類泥沙在一定水流強(qiáng)度的作用下很容易挾沙入海，一般不會(huì)造成下游河道的淤積，2003年后汛期的防洪運(yùn)用就說(shuō)明了這一點(diǎn)，同時(shí)，細(xì)紗攔在庫(kù)內(nèi)，這與設(shè)計(jì)“攔粗排細(xì)”的指導(dǎo)思想也存在一定的矛盾。 （3）長(zhǎng)期的排沙洞關(guān)閉，容易使排沙洞進(jìn)口段被泥沙淤堵封死。另外，當(dāng)塔前泥沙淤積高程較高時(shí)，也不利于塔前泥沙沖刷漏斗的形成，同時(shí)將威脅進(jìn)水塔閘門的啟閉安全。 4.4 淤積量比較 截止2003年12月，小浪底水庫(kù)累計(jì)淤積泥沙13.91億m3，平均每年淤積泥沙3.48億m3。而設(shè)計(jì)當(dāng)初預(yù)測(cè)，小浪底水庫(kù)平均每年的泥沙淤積量為3.02億m3。兩者相比，小浪底水庫(kù)這幾年所攔泥沙特

10、別是細(xì)紗明顯偏多。何況這幾年黃河來(lái)水來(lái)沙屬偏枯年份，特別是2002年入庫(kù)沙量?jī)H2.71億t，較多年小浪底實(shí)測(cè)平均輸沙量少9.40億t。 因此，從維護(hù)水庫(kù)正常使用壽命出發(fā)，建議汛期多利用異重流進(jìn)行排沙，將水庫(kù)淤沙庫(kù)容的使用壽命與下游河道的不抬高有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，以便探索出一條水庫(kù)調(diào)度運(yùn)用方式雙贏之路。 4.5 淤積形態(tài)塑造 根據(jù)2003年汛后測(cè)驗(yàn)結(jié)果，小浪底水庫(kù)縱向淤積形態(tài)在距壩49.6km以上呈三角洲淤積形態(tài)，這種形態(tài)屬不利的三角洲淤積形態(tài)。如若處理不當(dāng)，可能形成庫(kù)中二級(jí)壩泥沙淤積型式，這將給未來(lái)的水庫(kù)調(diào)度運(yùn)用帶來(lái)被動(dòng)，因此，在小浪底水庫(kù)以后的調(diào)度運(yùn)用中進(jìn)行改善或調(diào)整已迫在眉睫。 今年汛期，黃河

11、水利委員會(huì)組織了第3次調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)，其最大的不同之處就在于在小浪底水庫(kù)的回水末端進(jìn)行人工泥沙擾動(dòng)，此舉也正是為了改善水庫(kù)上游不利的三角洲淤積形態(tài)。 5結(jié)語(yǔ) 通過(guò)以上分析，初步認(rèn)為： （1）條帶測(cè)深儀的引進(jìn)使大型水庫(kù)采用地形法進(jìn)行水下泥沙淤積觀測(cè)變?yōu)榭赡?，這無(wú)疑給水庫(kù)泥沙淤積測(cè)驗(yàn)的手段注入了新的活力。小浪底的實(shí)踐表明：由條帶測(cè)深系統(tǒng)給出的水下淤積形態(tài)直觀逼真，且可動(dòng)態(tài)演示，其在提高觀測(cè)精度、降低觀測(cè)成本的同時(shí)也為水庫(kù)的數(shù)字化管理奠定了基礎(chǔ)。 （2）由泥漿層推算泥沙淤積層只是一種嘗試，但它可有效地解決渾水水庫(kù)條件下泥沙淤積層觀測(cè)難的問(wèn)題。建議感興趣的專家學(xué)者就此問(wèn)題做進(jìn)一步的探討和分析。 （3）小浪底水庫(kù)這幾年的調(diào)度運(yùn)用表明，排沙洞的調(diào)度一直是個(gè)敏感的話題。建議樞紐調(diào)度、管理及運(yùn)用各方友好協(xié)商，在尊重科學(xué)的基礎(chǔ)上，使排沙洞發(fā)揮其應(yīng)有的作用。 （4）泥沙淤積量是衡量水庫(kù)有效使用壽命的關(guān)鍵指標(biāo)。結(jié)合小浪底水庫(kù)實(shí)測(cè)泥沙淤積量和設(shè)計(jì)