闹德海水库异重流排沙方案

岳家庚，李娜伟

( 辽宁省闹得海水库管理局，辽宁 阜新123000)

1 水库流域概况

闹德海水库是辽宁省柳河上的一座重要的控制性工程，位于彰武县满堂乡，是一座防洪滞沙、农田灌溉、工业供水等综合利用的大(2) 型水库。柳河是辽河右侧的一条较大的多泥沙河流，发源于内蒙古奈曼旗双山子东坡朝阳沟，河长297 km，坝址以上河长155 km，占总长的52%; 全流域面积6 879 km2，其中坝址以上4 051 km2，占柳河总流域面积的59%。水库上游有3个入库控制站，分别为柳河干流( 扣河子) 的石门子水文站、支流养畜牧河的三家子水文站和乌根稿河的白庙子水文站。流域内植被覆盖率仅为20% ～30%，洪水暴涨暴落，水库以上流域多年平均降水量为419 mm，其中6—9月占80%，多年平均径流量为2.61 亿m3，多年平均流量8.2 m3/s。柳河泥沙含量较大，多年平均输沙量达到1 047 万t，实测最大含沙量为1 300 kg/m3。

2 异重流

2.1 概念

水库浑水异重流是入库挟沙水流潜入库底形成的。挟沙水流进入水库回水区后，随着水深和过水断面的增大，比降减小，水流流速和挟沙能力迅速降低，大部分粗颗粒泥沙在库区沉积下来，形成三角洲淤积形态。挟带细颗粒泥沙的浑水( 粒径＜0.025 mm) 在一定条件下在三角洲前坡潜入库底形成异重流，并沿原河槽向前运动［1］。如果在异重流到达坝前能及时打开泄流底孔，就可将异重流排向下游河道，以减少水库泥沙淤积，延长其寿命。

水库发生异重流必须满足两个条件: ①水利条

件，即: ②进库泥沙组成较细，d ＜0.01 mm 所占百分比较大，满足上述条件后才能形成异重流潜入清水以下发生运动。形成异重流以后，异重流可以抵达坝前的条件是洪水历时应大于异重流持续时间。洪水水量大于异重流水量，或异重流水量及沿程损失水量之和要大于进库洪水水量［2］。异重流抵达坝前以后，若泄洪闸门及时开启，则可以排出库外，若闸门关闭，则在坝前形成浑水水库。

2.2 闹德海水库异重流概况

经过笔者对1970—1998年实测资料分析得知，28个运用年间共发生较典型的异重流6 次，其中:1980年6月、1995年6月，1996年6月3 次异重流期间，平均排沙比为45%。见表1。

表1 实测异重流排沙情况(闸门开启)

1971年5月、1975年6月和1975年7月3 次异重流期间，闸门基本关闭( 下泄流量日均值＜2 m3/s) ，在形成浑水水库的条件下，排沙比仅为0.9% ～1.2%。绝大部分泥沙都淤在水库内，形成异重流淤积。在所统计的6 次异重流中，入库最大洪峰流量54 ～532 m3/s，入库日均最大流量31 ～80 m3/s，入库日均最大含沙量33 ～355 m3/s，坝前日均水位172.09 ～177.98 m。由此可见，由于闹德海水库库区河床比降大，河谷狭窄，同时来水含沙量较高，易于形成异重流并抵达坝前，可以利用异重流排沙减少库区淤积，同时，利用异重流排沙，防止形成浑水水库，有利于阜新城市工业和居民用水。

统计结果还表明，闹德海水库异重流主要发生在石门子、白庙子洪水期，特别是白庙子洪水由于含沙量高、泥沙较细，更易于形成库区异重流，含沙量沿程衰减也很小。如1975年7月异重流期间，白庙子最大洪峰流量532 m3/s，最大日均含沙量高达355 kg/m3，在水库下泄流量仅0.7 m3/s情况下，出库日均最大含沙量仍高达325 kg/m3，表现了较强的异重流排沙能力。

库区异重流冲淤状况主要取决于来水来沙条件及水库运用情况。据统计，6 次异重流期间，库区来沙583 万t，出库沙量85 万t，累计淤积达498 万t。其中，3 次开闸排沙的异重流库区来沙109 万t，出库沙量50 万t，累计淤积仅59 万t，淤积量占来沙量的55%，而3 次蓄水拦沙的异重流期间，库区来沙量474 万t，出 库 沙 量 仅35 万t，累 计 淤 积 量 高 达439 万t。特别是1975年异重流过程中，洪水主要来源于白庙子，同时石门子也有较大洪水，水库关闸拦沙，造成坝前淤积厚度达12.8 m。

2.3 库区异重流排沙特性

水库库底比降与异重流平均排沙比相关，库底比降大排沙比也大，反之则小。水库入库洪峰流量与异重流排沙比相关，入库流量大、排沙比也大，反之则小。

除上述水力与边界条件外，排沙比大小与进库泥沙颗粒组成密切相关。若异重流达到坝前时，闸门全部开启，其排沙比与进库泥沙颗粒＜0.01 mm所占百分比基本一致。闹德海水库3 次异重流排沙仅有1980年异重流期＜0.01 mm 泥沙所占全沙的28.9%，相应排沙比为35%，具有较好的相关关系。

2.4 异重流排沙量估算

闹德海水库异重流排沙与入库洪峰流量呈明显的正比例关系。当入库洪峰量小、含沙量低时，排沙效率较低。为此统计分析了17 a 计算系列6、9月份日均流量＞50 m3/s，同时日均瞬时流量104 ～760 m3/s。其中1986年9月3日、7日及1990年6月的3 次洪水，入库最大流量分别为319、422 m3/s和760 m3/s，入库沙量合计1 592 万t，平均排沙比高达80%以上。考虑到闹德海水库的具体情况，同时限于对异重流排沙规律认识的局限性，特别是受实测资料范围的限制，重点对表2 中9 次洪水进行分析。

表2 1986—1997年异重流排沙估算

9 次洪水入库洪峰流量104 ～350 m3/s( 与实测3 次异重流排沙范围接近) ，入库沙量38 万t ～97 万t，计算排沙比24% ～76%，平均排沙比50.5%，与实测平均排沙比45%较为接近。在9 次异重流排沙期，累积入库沙量493 万t，累积出库沙量249 万t，库区淤积泥沙244 万t。

2.5 异重流排沙对库区冲淤平衡的影响

闹德海水库库区冲淤平衡依靠的是洪水期特别是洪水期的冲刷，虽然库区异重流排沙估算效果较好，但与敞泄期冲刷相比还要淤很多。如1986年的2 次 洪 水，入 库 沙 量 1 139 万t，异 重 流 排 沙884 万t，库区淤积泥沙407 万t，与敞泄条件下库区实测冲刷806 万t相比多淤了1 213 万t，对库区冲淤具有重大的影响。因此对于日均流量＞100 m3/s或日均含沙量＞100 kg/m3的洪水，不能依靠异重流排沙，应进行敞泄排沙。对于日均流量＜100 m3/s或日均含沙量＜100 kg/m3的洪水可依靠异重流相继排沙，减少库区淤积。

［1］张瑞瑾. 河流泥沙动力学［M］. 北京:中国水利水电出版社，1998.

［2］刘加海. 二维水槽数值造波分析研究［J］. 黑龙江水利科技，2006，34(2) :39 －41.