新疆克孜尔水库人工辅助排沙工程排沙效果初步分析

(克孜尔水库管理局， 新疆 拜城 842313)

新疆克孜尔水库人工辅助排沙工程排沙效果初步分析

夏新利

(克孜尔水库管理局， 新疆 拜城 842313)

本文通过对2011～2012年克孜尔水库利用人工辅助排沙工程排沙资料进行分析，得出结论：水库“借助人工辅助排沙工程、汛期降低库水位”调水调沙的运用方式，实现了库区黑孜河库段冲淤基本达到平衡，排沙效果十分理想，发挥了水库的综合利用效益。从而为在多沙河流上修建水库如何解决“减少淤积、保持库容、维持冲淤平衡”的问题提供了借鉴。

克孜尔水库； 人工辅助排沙工程； 效益； 分析

1 工程概况

渭干河克孜尔水库是渭干河流域大型水利枢纽工程，是以灌溉、防洪为主，兼顾发电的综合性利用水库。克孜尔水库是渭干河上已建的最大控制性水利工程，水库坝址位于渭干河干流木扎提河与支流黑孜河汇合口以下约500m处，控制集水面积16637km2。水库正常蓄水位1149.6m，相应库容6.04×108m3。水库控制下游库车、沙雅、新和三县灌区，设计灌溉面积为21.33万hm2,为一等大(I)型工程,主要建筑物为1级，整个枢纽由主坝、副坝、溢洪道、泄洪排沙涵洞与发电站组成。电站装机容量为4×6.5MW，保证出力6.4MW，多年平均年发电量1.34亿kW·h。

2 渭干河流域水沙特性

渭干河属塔里木河水系,由5 条支流汇合而成,其中：干流木扎提河和卡普斯浪河洪水主要由冰川融水和积雪融水组成，峰形肥胖历时稍长；卡拉苏河洪水则以冰雪融水和暴雨为主；距坝址最近的黑孜河则以暴雨为主，峰形尖瘦历时短，呈单峰或双峰。因此，干支流水沙特性差异较为明显。除黑孜河在库区汇入外，其他支流均在水库末端以上汇入。黑孜河因属山区暴雨型河流，天然河床比降大，中浅山区红壤土暴露，泥沙土壤细而松散，两岸风化岩，沙土和黄土易被冲刷而带入渭干河。

据1953～2006年渭干河克孜尔水库出库站资料分析统计：克孜尔水库多年平均流量为83.1m3/s,多年平均水量为26.2×108m3,多年平均年悬沙总量约1318×104t,多年平均含沙量约为4.46kg/m3。入库水量、沙量在年内的分配，主要集中在汛期的6～9月，汛期水量占年水量的58.3%；相比之下,沙量比水量更集中于汛期,汛期悬沙量占年沙量的90.0%,主要集中于7～8月,且更集中于几次沙峰过程。

3 问题的提出

鉴于克孜尔水库泥沙淤积日趋严重，利用异重流排沙和底水位浑水排沙在实际运用中效果均不甚理想，经过多方论证及模型试验，最终确定为：为有效分离支流黑孜河与干流木扎提河库段的泥沙运行路径，通过采取人工辅助排沙工程措施在黑孜河库段右岸布设丁坝，将支流黑孜河的主河道由库盘的右岸改向左岸；为尽可能缩短洪水输沙距离以减少落淤，可在左岸二阶台地上人工开挖输沙渠道，将泥沙输送至泄洪排沙明渠，并从排沙底孔直接排出库外。此外，为确保改道后的高含沙洪水能够完全汇入左岸二阶台地上的人工输沙渠道，在输沙渠道入口处修筑导流堤进行导流。

通过修筑人工排沙渠工程，解决了黑孜河库段的泥沙淤积对干流木扎提河床段首部的阻塞问题，将黑孜河库段与木扎提河床段的泥沙运行路径进行分离，使之各行其道；同时利用黑孜河自然纵坡较大的优势，在水库汛期6～8月初的低水位运行期，将支流黑孜河高含沙洪水通过人工排沙渠直接输送至泄洪排沙底孔进口处排出库外，不仅减轻了支流在库盘内的泥沙淤积，同时也抑制了支流在干流上形成的拦沙底坎的推进。克孜尔水库人工辅助排沙工程于2011年主汛前投入试验运行。

4 排沙效益分析

克孜尔水库人工辅助排沙工程经过两个汛期(2011～2012年)初步运行，支流黑孜河主河床明显改道至距排沙底孔较近的左岸，在库水位低于1140m高程时，随支流黑孜河入库的泥沙全部进入导流明渠排出库外，2012年汛期排沙总量达51.60万t；同时支流黑孜河段库盘形成自淤积体三角洲顶点向上游发展的溯源冲刷，冲刷下切深度平均在1.5m以上，宽约40m、长约6km左右，排沙效果十分理想。

4.1 汛期洪水沙峰排沙

根据多年实测资料统计，克孜尔水库汛期进库洪水输沙量占全年输沙量的90%，是造成水库淤积的最主要部分。在洪水期降低库水位排沙，再加上有利的水沙条件，水库不但在泥沙数量上冲淤平衡，而且在冲刷部位上也达到冲淤平衡。因此,汛期(6～8月)在高含沙量洪水进库时期降低库水位，借助于进库洪水的富余输沙能力和溯源冲刷能力排沙出库是减少水库淤积的重要措施。同时，由于降低库水位又引起库区坝前段发生溯源冲刷，故而排沙比超过100%，如表1所示。

表1 克孜尔水库2011～2012年汛期沙峰期间排沙效果统计

4.2 非汛期降低库水位排沙

非汛期的入库水流含沙量很低，其中4月进库输沙量占全年输沙量的0.86%,而4月进库径流量占全年径流量的3.63% 。非汛期(9月～翌年5月)正值下游渭干河灌区小麦二水、棉花一水灌溉期，灌区需水量大，水库不存在弃水问题，并不影响水库的兴利效益。因此，充分利用此时低含沙量的水流在降低库水位条件下运行，进行冲刷淤积泥沙来恢复库容是非常有利的。

表2 克孜尔水库2011～2012年非汛期降低库水位排沙效果统计

从表1、表2中可知,2012年4月11～20日,库水位自1137.31m下降至1134.72m,库水位下降幅度为2.55m,平均进库流量34.70m3/s,相应排沙渠(进库)实测含沙量0.47～2.28kg/m3，库水位骤降历时216h,其冲刷量为2.47万t；又如2011年7月4～14日,库水位自1139.95m下降至1137.19m,库水位下降幅度为2.76m,平均进库流量121.4m3/s,相应排沙渠(进库)实测最大含沙量3.62 kg/m3，库水位骤降历时240h,其冲刷量为2.16万t。

克孜尔水库汛初，在库水位下降低于非汛期黑孜河库段淤积体的三角洲顶点高程(1140m)之后，水位落差集中，在排沙渠尾端形成很陡的水面比降(跌水)，水深减少，流速增大，排沙渠尾端处首先发生冲刷，冲刷范围逐渐向上游发展，河床下切1.5m多，形成强烈的溯源冲刷，排沙效果明显。

4.3 结论

从上述洪水期库区冲刷及排沙情况来看：ⓐ克孜尔水库来水来沙主要集中在汛期，而汛期来水来沙主要集中在几场洪水；ⓑ在洪水期，由于洪峰水流及泥沙的作用，加上人工排沙渠工程裁弯取直了黑孜河河道，使水流更为规顺，从而达到了改善淤积河段河势的目的，进而提高河道的水流输沙能力，相对增加了汛期的挟沙能力；ⓒ在低水位时期，克孜尔水库库区存在富余输沙能力和溯源冲沙能力。

5 经验总结

a.克孜尔水库是在西北地区多沙河流渭干河上兴建的一座重要的控制性工程。水库采用“借助人工辅助排沙工程、汛期降低库水位”调水调沙的运行方式，经过不断的改进，逐渐成为适合克孜尔水库排沙运行方式。

b.在蓄清排浑的原则下，汛期克孜尔水库采用“借助人工辅助排沙工程、降低库水位”的方式，充分利用了渭干河水沙分配不均及汛期的排沙能力，重点研究几场洪水的自然规律，在洪水期降低库水位排沙，经过2011～2012年试验研究，取得很好的成果。在实际运用中，库区黑孜河库段冲淤基本平衡，控制了黑孜河库段淤积上延的问题，发挥了水库的综合利用效益。

c.克孜尔水库资料表明，溯源冲沙的范围和数量对冲刷非汛期淤积在库区的泥沙、恢复有效库容十分重要。

d.克孜尔水库下游渭干河灌区积极将高含沙洪水作为肥水引入田间，改良盐碱地。因此，克孜尔水库排沙对下游灌区不产生负面影响。

e.在汛期水库降低水位排沙时，往往不能在洪峰到达之前及时打开泄流建筑物的闸门，造成水库滞洪，从而影响了排沙效果。

6 思考与建议

a.克孜尔水库为了排沙减淤，不可避免地在汛初降低库水位集中排沙，会出现小流量挟带大含沙量出库的现象，如此不协调的出库水沙过程，也给下游沙雅大河、英大牙河河道造成不利影响，致使两退洪河道发生淤积、河床抬高，影响其防洪功效。

b.如果放弃汛期发电，汛期排沙效益会更大，这就存在发电效益与排沙效益两者之间的矛盾。同时水库为调蓄渭干河灌区小麦二水、棉花一水灌溉用水，势必抬高前汛期库水位，从而影响水库前汛期的排沙效果。

c.前汛期水库最好低水位运行(不超过1137m高程)，使非汛期进库泥沙尽可能落在近坝区，使淤积重心靠近坝区，这样有利于汛期降低水位排沙。

d.目前由于受人类活动的影响，支流黑孜河流域生态环境遭受严重的破坏，致使支流黑孜河进入水库径流量大幅度减少，而平均含沙量增大；同时支流黑孜河水沙搭配关系较原设计发生了较大的变化，不利的进库水沙条件对水库调度运行带来影响，值得进一步研究。

1 焦恩泽,缪凤举.水库调水调沙[M].郑州：黄河水利出版社，2008.

2 赵琪.李燕.新疆克孜尔水库除险加固枯水期及分期洪水分析计算[R].乌鲁木齐:新疆水利水电勘测设计研究院,2008.

3 新疆水利水电勘测设计研究院.新疆渭干河克孜尔水库设计报告[R].1995.

4 新疆农业大学.新疆克孜尔水库黑孜河库段输沙水工模型试验[R].2010

PreliminaryAnalysisofSandFlushingEffectofArtificialAssistantSandFlushingProjectinXinjiangKizilReservoir

XIA Xin-li

(KizilReservoirAuthority,Baicheng842313,China)

Sand flushing data of Kizil Reservoir using artificial assistant sand flushing project from 2011 to 2012 is analyzed in the paper. The conclusion is obtained as follows: Heimei River Section erosion in the reservoir area is basically balanced by the mode of transferring water and sand by artificial assistant sand flushing project and lowering reservoir water level in the reservoir during flooding season. The sand flushing effect is ideal, and comprehensive utilization benefits of the reservoir are exerted, thereby providing reference for constructing reservoir in sandy river to ‘reduce sand, keep reservoir volume and maintain flushing balance’.

Kizil Reservoir; artificial assistant sand flushing project; benefits; analysis

TV897.1

B

1005-4774(2014)03-0062-03