闹德海水库泥沙淤积对库容的影响分析

2014-02-22刘丽丽

水利规划与设计 2014年7期

关键词：沙量水沙库容

刘丽丽赵轩

（闹德海水库管理局辽宁阜新 123000）

闹德海水库泥沙淤积对库容的影响分析

刘丽丽赵轩

（闹德海水库管理局辽宁阜新 123000）

闹德海水库位于彰武县满堂乡，是一座防洪滞沙、农田灌溉、工业供水等综合利用的大（Ⅱ）型水库，也是辽宁省柳河上的一座重要控制工程。水库自建成以来，受柳河洪水暴涨暴落、泥沙含量大、范围广等因素影响，水库的有效库容逐年减少，到2009年累计淤积量达500万m³左右，大大削减了水库兴利库容。泥沙问题成为制约水库发展的瓶颈。本文详细分析了泥沙来源、水沙特性及洪水对淤积的影响，通过输沙率法和实测断面法分析比较得出历年淤积情况，推求得到冲淤量变化对库容的影响。为水库运行管理提供理论依据。

水沙特性输沙率法实测断面法冲淤量变化库容

1 泥沙来源分析

柳河是辽河右侧的一条较大的多泥沙河流，发源内蒙古奈曼旗双山子东坡朝阳沟，在石门子水文站以下有养畜牧河和乌根稿河两支流汇入，汇合入闹德海水库，经彰武、新民进入辽河。河沙主要来自上游三条支流。各支流基本概况如表1所示。多年平均输沙量达到1047万t，实测最大含沙量为1300kg/m³。根据实测资料统计，多年平均入库径流量为1.826亿m³，年平均输沙量为713.0万t，平均含沙量为39.0kg/m³。

2 水沙特征分析

2.1多年平均水沙特性分析

分析采用资料系列为1961年以来的水文资料，以1965～2009年系列为基准、以三站之和代表入库量进行统计分析，平均水沙特征值如表2所示。

综上可见，相对于流域面积而言，石门子以上水沙量偏少，沙量偏少更多，为相对清水来源区；白庙子水量偏少，沙量偏多，为泥沙集中来源区；三家子站水沙量均偏多，水量偏多更多，平均含沙量仅27.8kg/m³，为三站中最小，但水量是主要来源区之一。

2.2入库水沙总量分析

闹德海水库入库水沙总量年际变化很大，总体呈减少趋势。从历年水沙变化过程图（如图1

所示）三站之和看，1963年水沙量最大，分别为7.351亿m³和7538.4万t；2009年水沙量最少，分别为0.5347亿m³和24.8万t，最大和最小相差13.7和304倍。各年代水沙量的变化呈逐年代减少，到2000年后三站年水沙量之和只有60年代的27%和3.7%，占70年代的42%和14%。

表1 各支流基本概况

表2 多年平均水沙特征值

图1 三站历年水沙量变化过程图

2.3水沙量逐年减少原因分析

闹德海水库近年来入库水沙量逐年减少，除了降雨等自然气候因素影响外，与柳河流域的治理有很大关系。1983年国家将闹德海水库以上的柳河流域列为国家水土保持八大重点治理区之一。柳河流域重点治理区在阜新市境内，总面积1255km2，其中水土流失面积1035km2，1983年规划治理面积732km2。至1993年完成治理措施面积709km2，2004年治理区完成治理面积1011.58km2，森林覆盖率达37%，从根本上改变了柳河流域的生态环境。流域的综合治理减少了产流产沙量，对闹德海入库水沙特征变化起重要作用。

3 历年冲淤量变化

（1）运用输沙率法计算库区冲淤量：运用

沙量平衡公式计算。

式中，Ws入为入库水文站的输沙量；Ws出为出库站的输沙量；Ws未入库水文站到大坝区未控制区域沙量，可简化计算为区间的加入与输出之差；Ws间入为入库水文站到大坝区间加入沙量，Ws间出为入库水文站到大坝区间输出沙量。

缺点：①计算方法本身会存在系统偏差，只考虑主要沙量的加入和输出；②区间加入、输出的计算，由于各年的降雨分布、降雨强度等不同，产沙模数存在差异，对计算结果产生影响。

（2）运用断面测量法计算库区冲淤量：将断面分成若干个断面进行逐年测量计算的方法。

缺点：①断面间的间距和测点的集中程度直接影响测验精度；②淤积量越小相对误差越会偏

大，③库区低水位时存在的塌岸现象也造成断面法和输沙率法淤积量计算有差异。

为提高各年冲淤量计算精度，采用两种方法进行分析，结果如图2所示。经比较分析：除个别年份断面法和输沙率法计算结果差异较大。多数年份在冲淤总量断面法与沙量平衡法也基本接近。2000以后冲淤量明显增加。在未来有增长趋势，应加以关注。

4 有效库容变化

4.1历年不同水位库容变化

为分析不同高程段库容变化，将库容按高程划分为：154～165m、165～170m、170～174m、174～177.5m、177.5～179m、179～181.5m、181.5～192m，各高程段历年库容变化过程如图3所示。

结果表明：165m高程以下多年平均库容为131.3万m³，库容面积略有增大趋势，170～174m高程段处于洪水壅水淤积、落水冲刷频繁发生的部位，冲淤变化较大，库容变化稍大。177.5～179m高程段库容除1977和2005年等个别年份外库容总体呈减小趋势；179～181.5m高程段库容2002年以前相对稳定，平均约1700万m³，2003年明显增大达1953万m³，之后呈减少趋势。181.5～192m高程段水位已经超过溢流堰顶，属防洪库容，只有特大洪水才淹没该段，一般洪水时受水库影响较小。

库容变化原因分析：1995年-2010年期间1963、1984、1994年发生大洪水。2001～2009年整个汛期均采用“平水控制，洪水敞泄”的运用方式，而且没有较大洪水过程入库，水库运用除2008年除险加固敞泄5个月（3月～8月）和2005年有1天敞泄之外，其他时间均没有敞泄，在敞泄运用时，库区发生溯源冲刷，库容增加，但入库流量小，沿程冲刷极其有限，库区的冲刷主要在坝前库段，对高水位库容的影响很小。经以往经验分析，本水库在连续敞泄期流量小于20m³/s时库区发生小水过程淤积，流量大于300m³/s时发生滞洪淤积，流量在20～300m³/s时发生冲刷。近10年来无较大洪水，汛期流量较小，不能进行大面积冲刷且常为淤积流量是造成泥沙淤积增长的直接原因。