水電站庫(kù)區(qū)泥沙淤積問(wèn)題的解決

水電站庫(kù)區(qū)泥沙淤積問(wèn)題的解決

江河水庫(kù)儲(chǔ)水區(qū)主要來(lái)自柳江和古沂河流域的上游沉積物。儲(chǔ)沙主要是河流的懸浮質(zhì)和向上流動(dòng)性質(zhì)。泥沙主要是隨暴雨洪水帶入庫(kù)區(qū),因庫(kù)區(qū)流速變緩,使較粗的泥沙在重力的作用下停滯或部分沉積。泥沙隨洪水季節(jié)性變化明顯,非汛期10月～次年3月,含沙量很小,汛期4～9月含沙量較大,年輸沙量主要產(chǎn)生在汛期。輸沙量的大小不僅與洪水的大小有關(guān),還與暴雨中心位置、范圍、強(qiáng)度、歷時(shí)、洪水來(lái)源地及場(chǎng)次數(shù)有關(guān),與流域植被等下墊面因素的好壞密切相關(guān)。因此,影響輸沙量大小的因素極其復(fù)雜。但麻石電站上下游各江河泥沙變化情況,可以反映出電站庫(kù)區(qū)泥沙淤積的大致情況。本文以融江長(zhǎng)安水文站和都柳江涌尾水文站和古宜河古宜水文站歷年實(shí)測(cè)懸移質(zhì)輸沙量資料為依據(jù),并根據(jù)電站庫(kù)容復(fù)測(cè)成果,通過(guò)電站建成前后輸沙量變化規(guī)律的分析,論證融江麻石水電站庫(kù)區(qū)泥沙淤積的趨勢(shì)。1流域總結(jié)1.1古宜河河流水系融江是珠江流域西江水系柳江的干流,融江發(fā)源于貴州省獨(dú)山縣更頂山。都柳江自源頭流經(jīng)貴州省獨(dú)山、三都、榕江,從江縣進(jìn)入廣西省三江縣,在老堡口與支流古宜河匯合后稱融江,又流經(jīng)融安、融水、柳城縣,在鳳山與龍江匯合后稱柳江。支流古宜河發(fā)源于桂林地區(qū)龍勝縣的貓兒山以北,流經(jīng)廣西省龍勝、三江縣,在老堡口與干流都柳江匯合后入融江麻石水電站庫(kù)區(qū),都柳江全長(zhǎng)376.9km,流域面積13724km2;古宜河全長(zhǎng)227km,流域面積5098km2;融江全長(zhǎng)178.8km,流域面積26752km2,流域大部分為山區(qū),干流坡降2‰左右,流域形狀近似扇形,上游寬,下游狹小。1.2融江山洪洪水特征融江流域處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),流域內(nèi)有九萬(wàn)大山、大苗山、大南山、天平山等主要山脈。暴雨天氣系統(tǒng)有靜止鋒、低渦、切變線等,這些天氣系統(tǒng)在地形的抬升擾動(dòng)下,易在羅城、融水、融安、三江、龍勝一帶形成暴雨中心,是廣西著名的暴雨中心,“96.7”融江特大洪水期間,融水縣元寶山的再老雨量站實(shí)測(cè)24h最大降雨量和最大3d雨量均為廣西第一。主要雨季多發(fā)生在5～7月,流域平均年降雨量1300～2400mm。受北方冷空氣南下的影響,流域內(nèi)的天氣系統(tǒng)往往來(lái)回?cái)[動(dòng),形成幾次暴雨過(guò)程疊加,因而產(chǎn)生較大洪水。流域形狀近似扇形,坡面和河道坡降大,有利于洪水匯集,往往洪水漲勢(shì)猛,來(lái)得快,洪峰流量大。融江歷史上洪水頻繁,而且是柳江災(zāi)害性洪水的主要來(lái)源,20世紀(jì)50年代以來(lái)主要有“68.7”、“70.7”、“88.8”、“94.6”和“96.7”等大洪水或特大洪水。1.3融江流域自然植被資源現(xiàn)狀融江流域?qū)僭瀑F高原南緣地帶,北高南低,貴州省東南部高原向桂北山區(qū)傾斜。流域大部分為山地和丘陵區(qū),地面坡度大,流速大,沖刷力強(qiáng)。流域成土母質(zhì)多為砂頁(yè)巖、石灰?guī)r、花崗巖等。這些母巖經(jīng)長(zhǎng)期風(fēng)化形成的土壤,土質(zhì)疏松,保水率差,易蝕易沖,尤以花崗巖發(fā)育風(fēng)化形成的土壤,結(jié)構(gòu)松散,抗蝕力差,在高溫多雨的作用下,易沙?；?因此土壤侵蝕嚴(yán)重,特別是植被下墊面條件差的地區(qū),在水力沖刷下,易產(chǎn)生水土流失,隨暴雨產(chǎn)生的徑流攜帶大量泥沙,進(jìn)入庫(kù)區(qū)。融江流域原來(lái)植被茂密,局部還有原始森林存在,大部分為亞熱帶常綠闊葉林、針葉林、混交林等。自20世紀(jì)50年代至今,流域自然植被資源因遭受人為活動(dòng)的破壞而不斷減少,以融江流域內(nèi)的三江縣為例:三江縣森林覆蓋率1960年為41.6%,1970年減為35.8%,1979年為50.3%,1987年減為41%,1995年為50%。90年代以來(lái)各級(jí)政府采取有力措施,禁止亂砍亂伐,封山育林,森林植被覆蓋率逐漸有所回升。植被好壞是影響河流泥沙量的關(guān)鍵因素之一,也影響庫(kù)區(qū)的泥沙淤積。1.4省內(nèi)地條件及集水情況廣西融江麻石水電站1970年初開(kāi)始建設(shè),1972年底建成蓄水發(fā)電,設(shè)計(jì)正常蓄水位134m(黃海高程),相應(yīng)庫(kù)容1.554億m3,裝機(jī)10萬(wàn)kW。該電站為徑流式水電站,無(wú)防洪調(diào)節(jié)庫(kù)容。電站設(shè)計(jì)沒(méi)有考慮沖排沙。電站壩址位于融江上游,古宜河和都柳江匯合口下游26.2km處,集水面積19440km2,電站的上游有干流都柳江涌尾水文站,相距50.3km,支流古宜河古宜水文站,相距57.8km,兩站為入庫(kù)控制站。電站下游28.4km有融江長(zhǎng)安水文站。正常蓄水位回水至都柳江涌尾站下游8.1km,至古宜河古宜站下游15.8km(見(jiàn)圖1)。涌尾站集水面積13200km2,占麻石電站集水面積的67.9%,于1959年開(kāi)始測(cè)懸沙。古宜站集水面積4439km2,占麻石電站集水面積的22.8%,于1974年開(kāi)始測(cè)懸沙,1955～1973年,施測(cè)點(diǎn)設(shè)在下游的泗里口站。長(zhǎng)安站集水面積21530km2,麻石電站集水面積占該站的90.3%,長(zhǎng)安站區(qū)間有浪溪河和泗維河2條支流,浪溪河上設(shè)有富樂(lè)水文站,無(wú)測(cè)沙項(xiàng)目。長(zhǎng)安站于1954年開(kāi)始測(cè)懸沙,1997年停測(cè)。長(zhǎng)安、涌尾和古宜站均沒(méi)有推沙測(cè)驗(yàn)。入庫(kù)二站的水沙量以干流涌尾站為主,約占60%～70%。2麻石水庫(kù)儲(chǔ)水區(qū)砂層分析2.1水沙與上下站區(qū)間面積和粒徑分布融江麻石水電站建成前1961～1970年10a間,上游都柳江和支流古宜河至下游融江屬天然河流,涌尾站和古宜站實(shí)測(cè)懸移質(zhì)輸沙量輸入融江10a總量,比下游融江長(zhǎng)安站少600多萬(wàn)t,為19.5%,從徑流量看,10a徑流總量,上游二站比下游長(zhǎng)安站少近400億m3,為19.0%,水沙與上游二站至長(zhǎng)安站區(qū)間面積占18.0%基本一致。從各年年徑流量和輸沙量看,基本上都是下游大于上游,年徑流量越大的年份,相差越大,最大的1968年,上游二站的徑流量比長(zhǎng)安站少19.9%,輸沙量比長(zhǎng)安站少44.2%。所以,在修建電站前的天然河流狀態(tài)下,長(zhǎng)安站水沙量均比上游二站大。上下游站逐年輸沙量變化過(guò)程線可反映出建庫(kù)(1972年)前下游沙量大于上游,其上下游比值約為0.80(見(jiàn)圖2)。2.2洪水對(duì)部分泥沙的影響麻石水電站1972年建成后,上游都柳江和支流古宜河匯合口至電站下游長(zhǎng)安站河段受蓄水回水和閘壩泄水影響,已不屬天然河流流態(tài),庫(kù)區(qū)流速變緩,即使所有閘門(mén)全部打開(kāi),流速也比天然情況下小,因此洪水?dāng)y帶的泥沙進(jìn)入回水區(qū)域后,部分較粗顆粒的泥沙將因流速漸緩,在重力的作用下逐漸沉積于庫(kù)區(qū)內(nèi),洪峰后隨著閘門(mén)逐漸關(guān)閉洪水流速更小,部分細(xì)的泥沙也將沉積于庫(kù)區(qū)內(nèi)。當(dāng)再次發(fā)生更大洪水時(shí),庫(kù)區(qū)流速增大,當(dāng)達(dá)到泥沙運(yùn)動(dòng)的起動(dòng)流速時(shí),部分沉積的泥沙將被洪水?dāng)y帶到下游。由于洪水的周期性,泥沙的淤積也隨之周期性沖淤,但是,總的趨勢(shì)是淤大于沖,從電站建成后上下游控制站多年實(shí)測(cè)的懸移質(zhì)輸沙量資料反映出,1971～2000年入庫(kù)站的涌尾站和古宜站實(shí)測(cè)懸移質(zhì)輸沙(即輸入庫(kù)區(qū))總量比長(zhǎng)安站多2000多萬(wàn)t,為17.4%,與上游二站至長(zhǎng)安站區(qū)間面積增18.0%相反;從徑流量看,上游二站比長(zhǎng)安站則少近1200億m3,為20.2%,與上游二站至長(zhǎng)安站區(qū)間面積增18.0%基本一致。按年代而言,20世紀(jì)70年代和80年代,長(zhǎng)安站輸沙總量比入庫(kù)二站分別少32.1%和36.1%,徑流量則分別多20.9%和25.1%;但90年代,長(zhǎng)安站輸沙總量比入庫(kù)二站的輸沙總量多1.7%,徑流量多15.5%;70～80年代入庫(kù)的沙量多于下游的沙量,90年代則入庫(kù)的沙量略少于下游的沙量,各年代水量仍是下游站大。逐年年徑流量均是下游大于上游,輸沙量則是下游小于上游的年份多,30a中,僅有6a因洪水較大而導(dǎo)致下游站年沙量大于上游二站,如“88.8”、“96.7”和“2000.6”大洪水時(shí)就出現(xiàn)這種情況,洪水越大下游站輸沙量越大。所以,建電站后入庫(kù)泥沙多于出庫(kù)泥沙,說(shuō)明這部分泥沙淤積于庫(kù)區(qū)。圖2中的上下游站逐年輸沙量變化過(guò)程線直觀地反映出建庫(kù)后下游沙量小于入庫(kù)的沙量,其上下游比值約為1.34。2.3不同泥石流量運(yùn)行特征根據(jù)通過(guò)對(duì)1972年麻石水電站建成后至2000年上下游泥沙量的統(tǒng)計(jì)分析,懸沙淤積庫(kù)區(qū)減少庫(kù)容約0.139億m3,平均年淤積0.46%(不包括推沙淤積)。1986年、1995年和2001年3次進(jìn)行了庫(kù)容校測(cè),1986～2001年實(shí)測(cè)正常蓄水位下庫(kù)容減少0.089億m3(包含了推沙淤積),平均年淤積0.59%,依此推算電站建成后至2000年庫(kù)區(qū)淤積即減少庫(kù)容0.265億m3。從上下游入出庫(kù)控制站的懸沙資料分析,庫(kù)區(qū)淤積量(不包含推沙淤積)比實(shí)測(cè)庫(kù)區(qū)淤積量小是合理的,庫(kù)區(qū)淤積的速度是多年的平均情況,隨著淤積的不斷增加,淤積的速度將會(huì)有所減緩,從圖2可看出,上下游逐年輸沙量變化過(guò)程線圖也反映庫(kù)區(qū)泥沙淤積的總體趨勢(shì)。在大洪水的年份,下游沙量比上游大,如1988年和1996年發(fā)生大洪水,涌尾站和古宜站二站入庫(kù)懸沙輸沙量比長(zhǎng)安站分別小12%和16%,1996年洪水最大,且以都柳江為主,為設(shè)站以來(lái)第2位。2000年都柳江發(fā)生大洪水,僅次于1996年洪水,入庫(kù)二站懸沙輸沙量比長(zhǎng)安站小33%,這些泥沙至少有部分是庫(kù)區(qū)下泄被洪水帶到下游,洪水越大越明顯。實(shí)際上產(chǎn)沙過(guò)程很復(fù)雜,影響產(chǎn)沙的因素是多方面的,庫(kù)區(qū)泥沙淤積過(guò)程也是復(fù)雜的,從上下游多年沙量資料反映,建庫(kù)后上游來(lái)沙量比下游大的年份占絕大多數(shù)。3沒(méi)有考慮降雨影響產(chǎn)沙量的主要因素本文通過(guò)融江麻石水電站建庫(kù)前后時(shí)段上游入庫(kù)站和出庫(kù)后下游站多年實(shí)測(cè)懸沙量資料的對(duì)比分析得出,建庫(kù)前上游沙量比下游小,建庫(kù)后正好相反;而水量在建庫(kù)前后都是上游比下游小。再與3次庫(kù)容測(cè)量成果比較,進(jìn)一步證明了與庫(kù)區(qū)泥沙淤積量基本相符,并得出庫(kù)區(qū)泥沙淤積的大概速度,為掌握庫(kù)區(qū)淤積的動(dòng)態(tài),電站的科學(xué)調(diào)度,加強(qiáng)庫(kù)容的監(jiān)測(cè),加強(qiáng)流域水土流失的綜合治理等方面提供了參考依據(jù)。流域產(chǎn)輸沙是一個(gè)極其復(fù)雜的系統(tǒng)過(guò)程,影響因素眾多。本文沒(méi)有從降雨對(duì)產(chǎn)沙的影響進(jìn)行進(jìn)一步分析,不同的降雨類型對(duì)產(chǎn)沙量的影響是不同的,且差別較大,每次暴雨中心位置、強(qiáng)度、歷時(shí)、范圍、移動(dòng)方向不同,產(chǎn)生的洪水大小也不同,產(chǎn)沙量也會(huì)出現(xiàn)差別,產(chǎn)匯流和產(chǎn)輸沙過(guò)程極其復(fù)雜;本次分析沒(méi)有考慮區(qū)間產(chǎn)沙量的還原分析,麻石電站壩址至上游入庫(kù)二站區(qū)間面積為1801km2