丹江口水库汉江干流库区近期淤积规律分析

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(长江水利委员会水文局 汉江水文水资源勘测局，湖北 襄阳 441022)

1 丹江口水库基本情况

1.1 水库形状

丹江口水利枢纽是一座具有防洪、发电、灌溉、运输、养殖、调水等综合利用效益的大型水利工程，枢纽位于湖北省丹江口市，支流丹江与干流汉江的入汇口下游0.8 km(见图1)，集水面积95 200 km2，占全流域面积的60%。水库1967年底正式蓄水，1968年10月开始发电，至今已有46 a，水库修建使得原有天然河道的水沙输移特性发生变化。丹江口水库分为丹江库区和汉江库区。2个库区沿程宽库段与窄库段相互交替，即湖泊型与河道型库段相间的库形特征(见图2)，丹江口水库运行至今仍末改变这一库形特征[1]。

图1 汉江流域图

图2 丹江口水库示意图

1.2 运用情况

丹江口水库一期工程设计坝顶高程162 m(吴淞高程，下同)，正常蓄水位为157 m，总库容209.7亿m3，秋汛防洪限制水位为152.5 m(8月21日至9月30日)、夏汛为149 m(6月21日至8月20日)，设计低水位为139 m。南水北调大坝加高后，坝顶高程抬高到176.6 m，正常蓄水位为170 m，相应库容为290.5亿m3，具体参数见表1[2]。

蓄水运用至今，坝前最高平均水位152.9 m；最低平均水位138.1 m；历年平均水位145.1 m。调度运用情况见表1。

1.3 1968—2003年淤积规律

1968—2003年，对丹江口水库进行大量的研究分析发现：汉库干流库区重点淤积区位于距坝37.3～159.5 km，其淤积量占汉江干流库区总淤积量的88.1%，且淤积分布呈两头少、中间多之特点；垂向淤积分布受坝前防洪限制水位152.5 m所控制[3]。2003—2011年，历时8 a，为使研究成果保持连续性，并对丹江口水库重点河段的淤积情况有所了解，对汉江干流库区淤积情况有必要进一步分析研究，现根据2003，2009，2011年丹江口水库断面测量资料，对汉江干流库区的纵、横、垂3向的淤积分布进行了详细的对比分析。

2 纵向淤积分布特点

水库的纵剖面常常能反映水库淤积的总体，因此详细分析水库淤积形态的纵向表示方式尤为重要。

2.1 淤积量对比分析

现将汉江干流库区2003—2009年和2009—2011年正常蓄水位157 m下沿程累计冲淤量列于表2。

从表2可以看出：2003—2009年，常年回水区仍处于淤积状态，共淤积1.78×108m3，主要淤积区位于常年回水区的下段，共淤积1.69×108m3，占常年回水区淤积总量的94.9%，其中常年回水区汉库0—汉库7库段，距坝0～37.3 km，该库段长37.3 km，6 a共淤积了0.19×108m3，平均每年淤积0.03×108m3；汉库7—汉库15库段，距坝37.3～56.7 km，该库段长19.4 km，因该库段为汉江干流最宽阔段，相应淤积较多，6 a共淤积了1.50×108m3，占常年回水区淤积总量的84.3%，平均每年淤积0.25×108m3。变动回水区具有水库和河道的两重性，其冲淤条件与入库流量与含沙量及水库地形、坝前水位密切相关，变动回水区冲淤规律分别为：充水冲刷、充水淤积和消落冲刷。表2中，2003—2009年变动回水区处于冲刷状态，说明该时间段充水冲刷及消落冲刷强度大于充水淤积，变动回水区共冲刷0.15×108m3；2009—2011年，常年回水区冲淤相间，但仍为宽阔段淤积，狭谷段冲刷，其重点淤积仍位于汉库7—汉库15库段，2 a共淤积了0.11×108m3，平均每年淤积0.055×108m3，淤积强度大于2003—2009年时段；汉库0—汉库7库段在该时段为冲刷。变动回水区总体微淤，共淤0.01×108m3，回水末端则仍为冲刷。

表2 汉江干流库区沿程历年冲淤量分布统计(2003—2011年)

2003—2011年汉江库区干流纵向淤积量分布有2个主要特点：一是常年回水区为重点淤积区，变动回水区则冲淤交替；二是宽阔段相对淤积量多，狭谷段相对淤积量少。

2.2 淤积形态分析

水库淤积形态是水库泥沙运动(包括冲淤)的结果。而水库的来水来沙、坝前水位的变化、地形条件等，又决定了泥沙的运动，因而也决定了水库的淤积形态。汉江干流沿程纵向淤积形态(见图3)，大致分成3段：悬移质输沙动平衡库段、悬移质重点淤积库段、冲泻质异重流淤积库段。近期淤积形态具体分析如下。

图3 汉江干流库区沿程深泓点淤积纵剖面

图4 汉江干流库区局部沿程深泓点淤积纵剖面

2.2.1 悬移质输沙平衡库段

图4为距坝91.95～159.5 km深泓点淤积纵剖面图，库长67.55 km。图中峰尖或凸出部位都是相对较为宽阔或顺直过渡段部位，深谷或凹下部位都是狭谷弯道及复凹深潭部位。图中显示出一个锯齿状的纵向淤积分布形态，由图4可以看出，由于本库段已进入悬移质输沙动平衡阶段，且其库形条件中顺直段与弯道段部位不变，2003—2009年纵向淤积整体形态变化不大，仅局部发生少量冲淤。2009年较2003年峰尖处深泓点高程有所降低，个别深谷处深泓点高程有所提升；2011年较2009年峰尖处深泓点高程没发生大的变化，仅在各别的深谷处深泓点高程有所降低，最为明显的是距坝151.27 m的汉库49-1断面处，距坝101.2 m处的汉库29断面为陨县小西关强制弯道深潭段，深泓高程2003年为111.5 m，2009年淤为114.6 m，2011年冲至112.9 m。由些可见2003—2011年有冲有淤，峰尖、深谷深泓冲淤高程存在周期性的冲淤变化，这与平衡库段的两大造床期内冲淤基本相近，不会再产生明显的累计性淤积。

2.2.2 悬移质重点淤积区库段

悬移质重点淤积区位于距坝37.3～91.95 km库段，长54.65 km。库段内有老均县库段，为大湖泊区(距坝37.3～56.7 km)、安阳库段，为小湖泊区(距坝78.95～84.67 km)，2库段断间为狭谷段。建库后，该库段为悬移质重点淤积区，由于上首库段1988年后已进入悬移质动平衡库段，本库段90年代淤积发展较快，从图5中可看出，近期该库段淤积减缓，甚至局部分生冲刷。2003—2011年该库段纵剖面形态仍呈似驼峰形，2驼峰间为狭谷库段所间隔；安阳库段深泓点淤积高度近期有所变化，2011年较2003，2009年发生冲刷；而老均县大湖区的深泓点2011年较2003，2009年淤高。

图5 汉江干流库区强制性狭谷弯道段纵剖面变化

2.2.3 冲泻质重点淤积区库段

冲泻质异重流淤积库段位于距坝37.3 km至坝前为狭谷段，该库段为丹江口水库的早期淤积阶段，建库前无论是顺直、弯道或分汊等河段，其纵剖面淤积形态较规则，呈线性坡降形态，横剖面则以平淤形式淤积(见图6)。在坝前部分2009年较2003年深泓点高程稍高，平淤仍在进行，2011年深泓点2009年低，甚至低于2003年。

图6 汉江干流库区强制性狭谷弯道段深泓点高纵剖面变化

3 横剖面淤积塑造特点

丹江口水库横剖面淤积形态分为3种基本类型：淤槽为主、等厚淤积及淤滩为主。现对3种横剖面淤积形态近期变化进行分析如下。

3.1 淤槽为主的横断面形态近期变化

在丹江口水库汉江干流库区，此横断面形态主要发生在常年回水区。挟沙水流进入回水区后，含沙量及级配沿断面分布不均，主槽含沙量大，级配粗，由于在回水区水流挟沙能力过饱和，使得含沙量大于挟沙能力，在淤积条件下，以主槽出现淤积为主。现以汉库32断面为例(见图7)，1974年较1967年淤积主要发生在深槽处，主槽淤积到一定程度后，从地形上已失去了主槽的意义，这时水流就会冲破滩唇(或自然堤)，在相邻的低洼地区形成新的主槽，1967年偏右岸的主槽向左摆动，1974年主槽偏左岸，从而使主流发生摆动。近期淤积形态是主槽位置已较稳定，断面冲淤发生在毛槽内，但滩槽形态基本未发生变化。

图7 汉库32横剖面

图8 汉库14和汉库16沿湿周等厚淤积横剖面

3.2 沿湿周等厚淤积的横断面形态近期变化

沿湿周等厚淤积形态常发生在水库的深水区断面及峡谷断面。水库深水区，因含沙量及级配沿横向分布虽较均匀，但是淤积物粒径不是很细，不能形成泥浆，经过前一段淤积，挟沙水流中的较粗颗粒已经淤下，使含沙量和悬移质级配沿横向较均匀，因而出现等厚淤积，图8(a)为距坝54.3 km的汉库14横剖面图，该断面位于老均县湖泊库段，为深水区断面，从图8中可以看出，1974年较1967年为等厚淤积，2003—2011年仍按等厚淤积形态微淤。汉库16位于老均县上首弯道段，为峡谷型断面，因水面窄，横剖面较均匀，因而同样出现了等厚淤积，见图8(b)，近期仍延续等厚淤积规律微淤。

3.3 淤滩为主的横断面形态近期变化

淤滩为主的断面形态一般由局部河势造成，例如弯道控制，使凸岸边滩进一步发展，而表现为淤滩为主，图9为常年回水区内弯道顶汉库25断面，建库前凸岸边滩不显，滩、槽差小;建库后，凸岸边滩发育，弯道顶点旁岸，滩、槽差明显增大。2003—2011年边滩发育减缓，深槽位置稳定，深槽处冲淤交替。

3.4 冲淤交替后的横断面形态

以上是单纯淤积条件下水库横剖面的形态，而多年横断面进行比较时，断面不仅发生淤积，也可能发生冲刷，从而产生冲淤累积后的横剖面形态。现以汉库43横剖面为例，1974年线示为典型的淤槽横剖面形态，至2011年，经多年冲淤累积，主槽淤积物大量被冲走，相对于1967年而言，则表现为近似于等厚淤积。见图10。

图10 汉库43横剖面图

4 垂向淤积分布特点

现将丹江口水库汉江干流库区2003—2011年沿程地形法电算高程与淤积量分布列表3。其主要分布特点分述如下。

表3 汉江干流库区2003—2011年高程与淤积量分布统计

从表3中可知，2003—2009年整体表现为淤积，淤积规律与2003年前相似，重点淤积在秋汛防洪限制水位152.5 m以下，共淤积1.45×108m3，占总淤积量的89.5%，至2009年，丹江口水库汉江库区垂向淤积分布仍受坝前152.5 m水位控制，其中设计低水位139 m以下0.61×108m3，占总淤积量的37.7%，淤积比重较以往有所减少。

2009—2011年，仅1.5 a的时间，冲淤规律不明显，从表3中看出，该时段汉江干流库区内157 m水位下不淤反冲0.055×108m3，冲刷主要发生在设计低水位139 m以下。

2003—2011年正常蓄水位157 m以下共淤1.56×108m3。

5 结 语

综上所述，丹江口水库1967年正式蓄水运用，至2011年已有44 a，其纵、横、垂3向淤积分布存在一定的规律，水库从空库开始最初淤积是迅速的，以后即进入冲淤交替阶段，水库淤积进入悬移质淤积初步平衡后，累计性的淤积进行得很慢。丹江口水库近期淤积较以前有所减缓，2003—2011年，汉江干流淤积规律仍延续着两头少、中间多，但淤积比重有所变化，沿程重点淤积区位于汉库7—汉库15库段，而库尾段的冲刷量则较以前增大，目前仍没有出现“翘尾巴”现象。

参考文献：

[1] 韩其为. 水库淤积[M].北京:科学出版社,1998. (HAN Qi-wei. Reservoir Sedimentation[M]. Beijing: Science Press, 1998. (in Chinese))

[2] 章厚玉, 林云发.丹江口水库泥沙淤积及河床演变观测研究[M].武汉:长江出版社,2012. (ZHANG Hou-yu, LIN Yun-fa. Deposition of Sediment and Bed Development in Danjiangkou Reservoir [M]. Wuhan: Changjiang Press, 2012. (in Chinese))

[3] 章厚玉, 林云发, 杨德安, 等. 丹江口水库汉江干流库区淤积分析[J].长江科学院院报,2010,27(9):1-5. (ZHANG Hou-yu, LIN Yun-fa, YANG De-an,etal. Deposition Analysis on Danjiangkou Reservoir Area in Hanjiang River[J]. Journal of Yangtze River Scientific Research Institute, 2010, 27(9): 1-5. (in Chinese))