水库蓄清排浑的初步探讨

李海斌 张文刚 康 锋

(河南省豫北水利勘测设计院 安阳 455000)

1 概述

蓄清排浑运用就是在水库主要来沙期降低水位运行，滞洪排沙，利用异重流排沙及浑水水库排沙;少沙期拦蓄径流，蓄水兴利。现在一些多沙河流水库多数已采用蓄清排浑运用方式，并取得了良好的效果。蓄清排浑运用在汛期到来时，要降低水位或泄空水库，应尽可能结合灌溉或其他用水，即使有部分弃水，但换来的是水库不被淤废，所以还是合算的［1］。我国许多水库，如:三门峡、黑松林等水库，在运用期都是采用蓄水运用方式，后来发现淤积严重，改为蓄清排浑运用后，淤积速度大为减缓［2］。

2 水库蓄清排浑的运用

2.1 头屯河水库淤积情况

头屯河发源于天山北坡，是一条顺坡发育的多泥沙山溪性河流，多年平均径流量为2.39亿m3，输沙量为87.8万t。由于头屯河水库建库以来为了满足新疆八一钢铁公司对水质的含沙量不超过5kg/m3的要求，头屯河水库一直处于高水位运行状态，致使大量悬移质泥沙在坝前淤积。头屯河水库从1983年建库运行以来到1998年泥沙淤积，库容总量达1470万m3，占总库容的72%，有效库容仅剩560万m3。

1999年头屯河管理处进行过一次泄空冲刷，恢复了大部分的库容，但是由于头屯河本身就属于多沙河流，所以一旦正常蓄水运用，就又有可能产生严重的淤积。为了避免头屯河水库重新产生严重的淤积问题，我们采用了蓄清排浑的处理方式。

2.2 蓄清排浑的运用

头屯河水库以前是蓄水运用，自从2002年以后改为“蓄清排浑运用”，既调节水量，又调节沙量，淤积速度也会减缓或保持一个较大的长期使用的库容。蓄清排浑的具体排沙方式又分为滞洪排沙、异重流排沙、浑水水库排沙等方式［3］。

2.2.1 滞洪排沙

滞洪排沙为水库进入汛期，结合引洪淤灌泄空水库，空库迎洪，对入库洪水仅起缓滞作用。洪水过后随即泄空，利用泄空过程水位降落产生的溯源冲刷和沿程冲刷，把汛前蓄水期和滞洪期淤在水库中的泥沙排出库外。滞洪排沙既在汛前泄空降低水库水位过程中冲刷前期淤积，又在排洪过程中把洪水带来的高含沙水流排出库外。

2.2.2 异重流排沙

由于浑水进入水库时与水库清水相遇而潜入底部运动，形成异重流，在向坝址行进过程中易沿程发生淤积。利用异重流排沙，可以减少水库淤积数量，对于多年调节的水库或水电站来说，不失为一种经济的减淤办法。因异重流所挟泥沙极细，其干容重较小，所占库容比干容重较大的粗粒泥沙的容积大，所以如果不采用异重流排沙，泥沙就会淤在库内。由于此因素造成的水库库容的损失则更为严重。

利用异重流排沙，水库合理科学调度、现场观测非常重要。在头屯河水库进、出库站均建有泥沙浊度观测点，一方面监测汛期泥沙入库情况，另一方面是监测八钢工业供水水质状况和出库泥沙情况。

按照已建立的头屯河水库水情预测预报系统和进、出库水沙检测点提供的水沙信息，运用水利动能泥沙理论，通过多年分析总结出:头屯河水库异重流排沙运用，当上游监测到有高含沙浑水入库时，即入库水流浊度达到1500NTU，流量达到12m3/s时，可先打开底洞按洪峰来水量开始小流量排沙，避免异重流抵达坝前的过程中形成浑水扩散;当入库水流以异重流形式出库后，再根据入库洪峰流量调节出库流量，确保库水位没有大的变化，控制在滩槽内。入库流量增大，则调整涵洞闸门加大出库流量，入库流量减少，则调闸减少出库流量，合理控制库水位。

异重流排沙为“蓄清排浑”运用排沙的主要形式之一，因为它具有一定的径流和泥沙调节能力，在排沙中又不需要泄空水库，因此在目前中小型水库防淤保库中得到广泛的应用。头屯河水库运行以“蓄清排浑”方式为主，既调节水量，又调节沙量，调水调沙能保持一个较大的长期使用库容，对水库可持续利用具有重大意义。

2.2.3 浑水水库排沙

到达坝前的异重流，经常不能及时地全部排出库外，结果在清水下面滞蓄成浑水水库。异重流含沙量高，泥沙粒径细，浑水水库内的泥沙沉淀很慢，所以浑水水库内有相当长的时间保持较高的含沙量。即使在异重流消失以后，仍能延续排泄较长时间的浑水。这种现象叫作浑水水库排沙。

对于头屯河这种多泥沙水库在调度运用中既对径流进行调节，以满足用水需要，同时也对来沙进行调节，以防止水库产生新的淤积。

2.3 蓄清排浑的成果

蓄清排浑的运用在近四年的时间里，头屯河水库减淤效果明显，恢复库容321万m3。2005年底水库有效库容达到1388万m3，调蓄防洪能力大幅提升。

3 水库蓄清排浑的重要意义

干旱区不仅水资源宝贵，坝址资源也十分宝贵，而且坝址资源愈用愈少，有些流域甚至只有一个或者根本就没有坝址资源［4］。然而由于水库设计中的工程泥沙问题，往往存在水库使用年限问题。本次排沙清淤实践的成功使即将淤废的头屯河水库恢复了活力，说明只要采取科学的运用方式，完全可以在短期内，使水库重新获得和恢复较大的库容。本次清淤实践打破了水库以往设计中的“使用年限”的观念，为实现水库永续利用开创了前景。

新疆有水库485座，总库容约为70.24亿m3，由于泥沙问题，约1/4库容已被泥沙淤积，许多水库的险情也均是因泥沙问题引起。头屯河水库蓄清排浑技术的成功运用为新疆相似水库的排沙清淤提供了范例，一些淤积严重的水库，可以结合其实际情况，制定清淤方案进行排沙实践［5］。

4 结论

头屯河水库近几年采用的蓄清排浑技术是基于水库工程状况、灌区供用水特点和入库水沙特性提出来的，其实施是依靠人为控制而进行的，短期内可恢复一定库容，且不影响水库供水、防洪等效益的发挥。这种行之有效的排沙运用方式投资少、省劳力、见效快，具有广泛的推广应用前景。若能在其他相似水库上尽快推广应用，其效益也将是很突出的。◆

1 于进江．头屯河水库排沙减淤的措施及效益分析［J］．西北水力发电，2005(6)．

2 韩其为．水库淤积［M］．北京:科学出版社，2003．

3 涂启华，杨赉婓．泥沙设计手册［M］．北京:中国水利水电出版社，2006．

4 康锋，侍克斌，陶春洁．水库横向冲蚀的初步研究［J］．长江科学院院报，2010(5)．

5 康锋，孔繁新，许杰庭，侍克斌．关于头屯河水库泄空冲刷的研究［J］．人民黄河，2009(12)．

6 陶春洁，赵海波，康锋．水库排沙影响因素的初步研究［J］．中国农村水利水电，2010(12)．

7 白玉川，顾元棪，邢焕政．水流泥沙水质数学模型理论及应用［M］．天津:天津大学出版社，2005(10)．

8 姜乃森，傅玲燕．中国的水库泥沙淤积问题［J］．湖泊科学，1997(3)．