水洞沟水库典型断面实测数据分析

杨 程，李春光，吕岁菊

(1.宁夏大学土木与水利工程学院，宁夏银川750021;2.北方民族大学数值计算与工程应用研究所，宁夏银川750021;3.宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心，宁夏银川750021;4.旱区现代农业水资源高效利用教育部工程研究中心，宁夏银川750021)

新中国成立以来我国共建设各种水库85000余座，泥沙淤积使水库的有效库容逐年减小，特别是北方水库，淤积速度和淤积量已经达到了令人吃惊的地步。于是，充分挖掘水库的蓄水能力，进行水库泥沙淤积防治技术的研究，特别是水库运行前淤积情况的预测，对水库的管理运行和水环境保护具有重要意义［1－3］。

1 研究区概况

水洞沟发源于宁夏灵武市与盐池县的交界处，属黄河一级支流。水洞沟水库位于水洞沟下游，是内蒙古上海庙能源化工基地、宁夏红墩子能源化工基地供水工程调蓄水库。水库以黄河为取水水源，设计总库容1039万 m3，供水规模设计一期(2015年)20万m3/d，二期(2020年)40万m3/d。水库运行时仅有少部分泥沙通过取水塔被带走，大部分泥沙沉积在库区，使得水库寿命迅速缩短，因此通过实测水库的地形、含沙量等，研究水库的使用寿命、淤积规律以及水库的运行管理和优化调度是非常必要的。

2 断面布设及测量仪器

通过对水洞沟水库进行现场勘测，选择并布设典型断面，利用高精GPS、RiverCAT(“河猫”)系统、采样器等，设置断面桩号、测量地形高程和岸边水位、采集水样等，并对含沙量进行测量和分析。

2.1 断面布设

共布设了24个断面，其中横向15个、纵向9个。水洞沟水库横、纵断面设置见图1、2。图中x、y为地理坐标，其中x轴以正东方向为正，y轴以正北方向为正，坐标值均为相对值。进水口和取水口含沙量变化较大，附近区域断面布设较其他地方密集。

2.2 测量仪器

主要测量设备有“河猫”系统、ESE－50Box－50回声测深仪、深水采样器、激光测距仪、烘干箱、电子天平、滤纸、干燥器等。

3 实测结果及分析

用快艇拖曳“河猫”系统沿测量断面航行一次，系统将自动存储距岸边距离、断面底高程、流场等数据。测量结束后对实测数据进行分析处理，即可得到各断面库底地形图。

3.1 横向断面地形图及分析

15个横断面库底地形图见图3—6。

由图3—6知，最大水深由断面左岸移向断面中间，然后再移回断面左岸，各断面右岸为浅滩，水深较浅。结合图2中进、取水口位置分析可知:①断面C01—C06的最大水深在左岸附近，最大水深18 m左右，取水口位于断面S02和S03之间，此处水深较大利于取水，且流速较小、含沙量较小，取出的水易于净化，能减少水处理成本、提高运行效率;②断面C07—C11最大水深逐渐靠近断面中心位置，左岸附近水深仍有5～12 m，进水口设在此处能起到消能作用，减少对进水口两岸的冲刷;③断面C12—C15最大水深逐渐靠近左岸;④水库正式投入运行后，左岸和取水口处将被冲刷，右岸将淤积。

3.2 纵向断面地形图及分析

纵向断面库底地形图见图7、8。

纵断面中S01是基准面，受测量当日水位限制，仅对S02—S08共7个纵断面进行了测量。由图7、8知，随着断面逐渐变宽(从不足90 m扩大到850 m左右)，最大水深位置逐渐移向断面中间，最大水深为18.5 m左右。根据实测的各断面数据，利用断面法［4－7］计算几种不同水位条件下的库容，见表1。

表1 不同水位下的库容

3.3 等高线及三维地形图

根据所测各断面的库底高程并结合各断面桩点，利用插值法得到水洞沟水库整体库底地形图(图9—10)，其中图9为水洞沟水库等高线图(黑色粗线表示实测的水位)，图10为水洞沟水库三维地形图。

由图9—10可以看出:从北向南(即从主坝到尾坝方向)，库底高程分布不均匀;最小库底高程开始时靠近水库左岸，然后逐渐移向水库中心;水库左岸地势高且在靠近主坝处较陡，而右岸地势相对低且平坦。

3.4 淤积量预测

在进水口和取水口采集水样，测得其含沙量分别为1.031、0.021 kg/m3。按照规划，计入水库蒸发渗漏损失和输水损失，水洞沟水库一期需从黄河取水8176万m3/a，二期需从黄河取水16352万m3/a。若淤积泥沙密度按1400 kg/m3计，依据实测含沙量和设计年取水量可得各时期末水库淤积量，见表2。经计算得到水库30年使用期末，总淤积量将达309.65万m3。

表2 各时期末水库淤积量

4 结语

在水洞沟水库横向、纵向选择并设置了24个典型断面，受测量时水位限制，利用“河猫”系统等测量仪器对其中22个断面的水深、库底高程、含沙量等进行了实测，对实测数据进行整理分析，得到了水库运行初期的地形资料。利用实测数据，采用断面法计算了几种水位下的库容，其中最大允许水位1180 m时库容约为1016万m3，与设计库容1039万m3非常接近，验证了实测数据的可靠性。同时，依据在进水口、取水口测得的含沙量及设计取水量，对水库使用期库区淤积的泥沙量进行了预测，为进一步研究水库的淤积情况提供了必要的原始数据，也为确保水库的合理运行及长期、稳定、有效地向上海庙、红墩子能源化工基地供水提供了基础数据。

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