闹德海水库库区输沙能力探析

范朝辉，沈富远

（1.阜新市水利局，辽宁 阜新 123000；2.辽宁省闹德海水库管理局，辽宁 阜新 123000）

1 概况

闹德海水库是位于柳河中上游的控制性工程，是一座防洪、灌溉，城市供水综合利用水库，充分利用库区水资源，延长汛期前后6，9两月份蓄水期，可大大增加城市供水量。从水库多年运用情况及库区实测水、沙资料分析，洪水期中小洪水库区以冲刷为主，平水期略有淤积；大洪水导致库区严重淤积，但经多年中小洪水的冲刷才能使被淤积的库容逐年恢复。溢流堰顶高程以下库容基本保持0.4～0.5×108m3，由此可见冲淤变化基本保持相对平衡。通过对入（出）库水、沙进行分析计算，研究库区输沙能力，进而推求库区冲淤变化和淤积部位，为延长水库蓄水期的可行性提供可靠性依据。

2 库区输沙能力的计算

2.1 计算方法

水库库区冲淤变化是受上游河道输沙能力影响，针对闹德海水库运用情况，依据水库实测水、沙资料分析库区河道冲淤及水流的输沙特性，推求库区不同断面的水流输沙能力和相应的冲淤量。

水流输沙能力公式：

式中：Qs——计算输沙率，t/s；r'——计算河段库区浑水容重，t/m3，其中 r'=1+S/2700（S为含沙量，kg/m3)；Q——计算河段入库流量，m3/s；J——计算河段段长水面比降，%；k，n——为待定系数。

2.2 推求库区输沙能力

闹德海水库控制流域面积4051 km2，上游3条支流即：扣河子、乌根稿河、养蓄牧河，分别设有水文测站，设有67个泥沙观测横断面，设3个同步水位观测站。分四段进行计算，即：坝址～王家店距离4593 m；王家店～北大沟距离6615 m；北大沟～壕外距离1195 m；壕外～石门子距离6985 m。

建立公式的资料选用1979—1989年汛期（6—9月）入库日平均流量、输沙率及库区长河段日平均水面比降，建立Qs～r＇QJ相关关系，推求其库区逐断面水流输沙能力经验关系式。

1）壕外站（C16）断面的水流输沙能力

壕外水位站距扣河子河与乌根稿河汇流处3175 m，因乌根稿河自汇合口处至白庙子水文站实测的水、沙沿程变化很小，且区间无支流汇入，所以求算壕外站断面的水流输沙能力以扣河子的来水来沙为主，选用相应河流上石门子站实测日平均流量（Q石）、输沙率（Qs石）与白庙子站实测日平均流量（Q白）、输沙率（Qs白）两水文站流量和 Qs（石+白）、输沙率之和 Qs（石+白）、S1=Q（石+白）/Qs（石+白）作为计算河段入口水、沙数据。计算河段浑水容重r1'=1+S1/2700、Q（石+白）及石门子站至壕外站河段的日平均水面比降 J1来计算其水流输沙能力 r1'Q（石+白）J1，与入口输沙率建立 Qs（石+白）～r1'Q（石+白）J1相关关系。

其经验关系式为：

相关系数为0.94。

2）北大沟站（C9）断面水流输沙能力

北大沟断面距扣河子河与养蓄牧河汇流处2965 m，距壕外水位站11955 m；求算北大沟站断面的输沙能力可以不考虑养蓄牧河的来水来沙；由于壕外至北大沟河段既是柳河干流又是水库蓄水库区，含沙量在此河段的沿程变化不能忽视；因此选用壕外断面计算的输沙能力Qs（壕）、石门子与白庙子两水文站的流量之和Q（石+白）、S2=Qs（壕）/Q（石+白）作为计算河段的入口水、沙数据。计算河段浑水容重 r2'=1+S2/2700、Q（石+白）及壕外站至北大沟站河段的日平均水面比降J2来计算其水流输沙能力（r2'Q（石+白）J2）与入口壕外断面的输沙率建立 Qs（壕）～r2'Q（石+白）J2相关关系。

因在推求壕外至北大沟河段的输沙能力时未考虑养蓄牧河来沙的影响，因此求算北大沟断面的输沙率应加上三家子站的输沙率作为北大沟断面的输沙能力。

其经验关系式为：

相关系数为0.99。

3）王家店站（C5）断面水流输沙能力

王家店水位站距北大沟断面6615 m、距坝址4953 m，当水库自1995—1997年低水位延长6，9两月份蓄水期，水位控制在176～169 m范围内，因壅水产生的淤积大都在北大沟站断面至王家店站断面之间，此河段的区间入流比较小且没有实测资料故未考虑其影响；求算王家店站断面的输沙能力，选用北大沟站断面的输沙能力Qs（北）、入库三站和流量（Q（石+白+三）=Q石+Q白+Q三）Q（石+白+三）、S3=Qs（北）/Q（石+白+三）作为计算河段的入口水、沙数据。计算河段浑水容重 r3'=1+S3/2700、Q（石+白+三）及北大沟站断面至王家店站断面河段的日平均水面比降J3来计算其水流输沙能力 r3'Q（石+白+三）J3，与北大沟断的输沙能力建立 Qs（北）～r3'Q（石+白+三）J3相关关系。

其经验关系式为：

相关系数为0.90。

4）出库水流输沙能力

a）王家店断面至坝址河段没有区间入流，大都是岩石峡谷段，故冲淤变化很小；求算本河段的输沙能力是根据王家店站断面的水流输沙能力Qs（王）、入库三站和流量 Q（石+白+三）、含沙量 S4=Qs（王）/Q（石+白+三）作为计算河段的入口水、沙数据。计算河段浑水容重 r4′=1+S4/2700、Q（石+白+三）及王家店站至坝址河段的日平均水面比降J4来计算其水流输沙能力r4'Q（石+白+三）J4，与王家店站断面的水流输沙能力建立 Qs（王）～r4'Q（石+白+三）J4坝相关关系。

其经验关系式为：

相关系数为0.99。

b）由于水库坝址至C4断面为岩石陡坡峡谷段历年不冲不淤，C4～C5断面河段基本不冲不淤，因此可由北大沟断面直接计算出库输沙能力。此河段的区间入流亦不考虑，根据北大沟站断面的水流输沙能力 Qs（北）、入库三站和流量 Q（石+白+三）、含沙量S3=Qs（北）/Q（石+白+三）作为计算河段入口水、沙数据。计算河段浑水容重 r5′=1+S5/2700、Q（石+白+三）及北大沟站断面至坝址处河段的水面比降J5来计算其水流输沙能力 r3'Q（石+白+三）J5，与北大沟断面的水流输水能力建立 Qs（北）～r3′Q（石+白+三）J5相关关系。

其经验关系式为：

相关系数为0.91。

2.3 验证计算

选用1990—1996年汛期（6—9月）为验证系列。方法 1，采用公式（2）、（3）、（4）、（5）计算出库沙量；方法 2，采用公式：（2）、（3）、（6）计算出库沙量，其精度见表1。选用方法1：实测出库输沙率与计算出库输沙率的差值，库区实测冲淤量与计算冲淤量。

表1 计算库区输沙量精度

表1中没有实测水面比降的未列入计算。由此可见，采用方法1或方法2所推求的经验关系式计算的出库输沙量其精度是符合要求的。

3 结语

1）运用水流输沙基本理论，建立 Qs～r＇QJ经验公式，基本符合闹德海水库泥沙运动规律，经计算结果与实测资料对比，精度在10%以内，相关系数在0.9以上，可以满足水库泥沙冲淤。

2）依据闹德海水库实测水、沙资料推求出库区3个断面及坝址处的输沙能力经验关系式，在推求经验公式时没有考虑入库高含沙水流或异重流的情况。因无高含沙水流实测资料和缺少颗分资料。