东台子水库库区冲淤计算分析

东台子水库库区冲淤计算分析

于佳华

(辽宁省水利水电勘测设计研究院，沈阳100010)

摘要：东台子水库位于西拉木伦河中上游的林西镇东南约50km处，目前处于规划设计阶段。西拉木伦河为多沙河流，多年平均含沙量为11.14kg/m3，实测最大含沙量为277kg/m3。泥沙问题是影响东台子水库规模的重要问题之一，因此科学合理地预测水库的入库沙量及淤积部位对水库的规划设计具有无可替代的指导意义。

关键词：西拉木伦河；东台子水库；泥沙冲淤计算

中图分类号：TN773

Analysis of Scouring and Silting Calculation in Dongtaizi Reservoir

YU Jia-hua

(InvestigationandDesignInstituteofWaterResourcesandHydropowerLiaoningProvince,Shenyang100010,China)

Abstract：Dongtaizi Reservoir is located about 50km away from southeast of Linxi Town on the middle and upstream of Xilamulun River. Currently, it is designed and planned. Xilamulun River belongs to sandy river. Average sediment concentration is 11.14kg/m3 for many years. Measured maximum sediment concentration is 277kg/m3. Sediment is one of the most important problems affecting the scale of Dongtaizi Reservoir. Therefore, scientific and reasonable prediction of reservoir storage sediment and siltation sites has necessary guidance significance for reservoir planning and designing.

Keywords：Xilamulun River; Dongtaizi Reservoir; sediment deposition calculation

1项目概况

西拉木伦河为西辽河北源，发源于大兴安岭山地赤峰市克什克腾旗大红山北麓白槽沟，流经克什克腾旗、翁牛特旗、林西县、巴林右旗、阿鲁科尔沁旗，于翁牛特旗与奈曼旗交界处同老哈河汇合成为西辽河。河道全长397km，流域面积28668.8km2，多年平均径流量10.18亿m3。

东台子水库位于西拉木伦河中上游、林西镇东南约50km处，坝址处左岸为林西县新城子镇下场村，右岸为翁牛特旗五分地镇胡角吐村，地理坐标为东经118°30′、北纬43°13′。坝址以上流域面积为10764.4km2，占全流域面积的37.5%。坝址以上区间多年平均径流量为4.84亿m3。

水库设计总库容2.895亿m3，属大(2)型水库。按100年一遇洪水设计、2000年一遇洪水校核。东台子水库工程开发建设的任务为防洪、灌溉、供水兼顾水力发电。水库防洪库容为2862万m3，与下游堤防联合运用，满足下游地区30年一遇的防洪要求，农业灌溉和工业生活供水需要兴利库容为17272万m3，通过与下游灌区配套设施联合运用，2030年可以补偿下游农业灌溉缺水2520万m3和林西工业园区5330万m3工业生活取水要求，水库工程附加电站装机8000kW，年发电量为1813万kw·h。

东台子水库的运用方式为蓄洪运用，根据天然来水来沙非常集中的特点，要求水库在满足兴利和防洪的基础上尽量利用弃水排沙，以保持有效库容。

2入库沙量分析

东台子水库位于巴林桥水文站上游11.48km处，东台子水库坝址以上流域面积10764.4km2，巴林桥站以上流域面积11207km2，水库坝址以上流域面积占巴林桥站以上流域面积的96.05%，东台子水库入库输沙量可由巴林桥站输沙量按面积比推求。根据巴林桥1957—2010年多年平均悬移质输沙量(558万t)，推算东台子水库多年平均悬移质入库输沙量，为535万t。

入库推移质应包括两个部分：一部分是天然河道中的大颗粒悬移质因建库后流速减缓而转为推移质，另一部分是天然河道中推移质直接进入库区。

由于西拉木伦河上没有推移质的实测资料，故以相似流域已建水库实测泥沙资料作为参考。东台子水库下游不远处有支流查干木伦河汇入，且两河输沙特性相似，因此在该阶段推移质输沙量参考西拉木伦河支流查干木伦河上的德日苏堡冷水库的推悬比4%计算。东台子水库多年平均悬移质入库输沙量为535万t，则多年平均推移质入库输沙量为21.4万t。

东台子水库多年平均悬移质入库输沙量为535万t，多年平均推移质入库输沙量为21.4万t，多年平均总入库输沙量为556.4万t。

3水库泥沙冲淤计算模型

泥沙冲淤计算数学模型根据水流运动方程、水流连续方程、泥沙运动方程、泥沙连续方程、河床变形方程等构造，分时段、分河段连续求解，模拟泥沙运动及河床变形。随着电子计算机技术的迅速发展和泥沙理论研究的不断完善，泥沙数学模型成为泥沙研究的有效手段，目前一维泥沙数学模型理论比较成熟，在工程实践中对各种问题的解决起到了很大作用。

东台子水库的运用方式为蓄洪运用，东台子水库最大坝高43.59m，回水长度约12.6km。此次泥沙冲淤计算重点是分析不同水库调度方式下水库泥沙淤积分布及有效库容损失情况，需模拟水库库区长河段长时期的河床冲淤变形，对河段水力要素的精度要求相对较低，同时考虑该流域河流为山区性河流，既有悬移质泥沙淤积问题，又有推移质泥沙淤积问题，因此泥沙冲淤计算数学模型选择原武汉水利电力大学“河流泥沙不平衡全沙数学模型”。该模型基于悬移质、推移质、床沙交换模式，结合床沙级配变化等河床调整机理，确定水流、泥沙、河床变形的以微分方程形式表达的控制方程，利用有限差分法离散一维模型基本方程，充分考虑泥沙运动与河床调整的相互影响，采用直接法联立求解泥沙运动和河床调整差分方程组，使模型计算结果更切合实际。利用建立的数学模型，用丹江口水库14年实测水文泥沙资料对模型进行验证，计算结果与实测结果吻合较好。运用该模型进行三峡水库变动回水区泥沙冲淤计算时，与各家实体模型试验和数学模型计算结果相比，定性上一致，定量上相差不多。该模型在蒲世河抽水蓄能电站、大藤峡水利枢纽、龙江电站、锦凌水库和石佛寺水库等工程中，应用效果良好。

4代表系列选取

点绘巴林桥站1957—2010年共54年系列水沙过程图，整个系列年中包含了两个完整的水文周期，即1957—1984年、1985—2010年。第一个周期多年平均径流量为5.16亿m3、多年平均输沙量为516.78万t，第二个周期多年平均径流量为4.80亿m3、多年平均输沙量为601.88万t，第二个周期来水量比第一个周期有所降低，而输沙量则有所增加。

综合考虑流域内相关水文测站的资料条件，此次水库泥沙冲淤分析计算采用代表系列。通过巴林桥站径流系列和泥沙系列的对比分析，选取1985—2010年共26年系列作为水库泥沙冲淤计算的代表系列。代表系列多年平均径流量为4.80亿m3，与坝址多年平均入库径流量4.84亿m3基本一致；多年平均输沙量为601.88万t，较坝址多年平均入库输沙量535万t偏大11.2%。说明选择1985—2010年水文系列用来计算水库的淤积状况是偏于安全的。代表系列中包含4个丰水丰沙年、1个平水丰沙年、6个枯水枯沙年、1个平水枯沙年、2个平水枯沙年、12个平水平沙年。所选取的1963—1983年系列具有较好的代表性。

5计算方案

为比较不同水库调度方式下水库泥沙淤积情况，验证水库是否满足兴利、防洪和长期使用等要求，初步拟定了四个方案：

方案一：蓄洪运用方案。水库汛限水位按照与水库正常蓄水位一致进行调度，正常蓄水位为672.3m，水库的死水位为660.0m。

方案二：蓄洪排沙运用方案。正常蓄水位和汛限水位皆为672.3m，水库的死水位为660.0m，但当遇到小于20年一遇的中小洪水时，根据预报在洪峰到来前5h降低坝前水位以便迎流排沙。具体操作原则为：在洪峰到来之前，当来流小于0.7Q峰时，按0.7Q峰泄流，坝前水位相应下降，但不应低于死水位；当来流大于0.7Q峰时，来多少泄多少，水位维持不变；洪峰过后当来流小于100.0m3/s时，在满足工农业及生态需水的要求下，开始蓄水，水位作相应调整。

方案三：分阶段蓄洪运用方案。第1~10年，水库死水位为650.0m，正常蓄水位/汛限水位为663.5m；第11~30年，死水位为654.0m，正常蓄水位/汛限水位为668.0m；第31年以后，死水位为660.0m，正常蓄水位/汛限水位为672.3m。

方案四：蓄清排浑运用方案。第1~10年，水库死水位为650.0m，正常蓄水位为663.5m，汛期7月上旬坝前水位降至死水位650m运行；第11~30年，死水位为654.0m，正常蓄水位/汛限水位为668.0m；第31年以后，死水位为660.0m，正常蓄水位/汛限水位为672.3m。

6计算结果

计算成果采用《赤峰市西林台子水库泥沙计算报告》中的成果，详细见下表。

东台子水库不同调度运行方案泥沙淤积计算统计成果表

7计算成果分析

从四个方案对比分析成果(见上页表)可以看出：

a.蓄洪运用方案。因坝前水位一直较高，水库泥沙淤积量很大，水库有效库容损失很快。水库初期运行10年，水库有效库容损失了19.5%；运行100年，水库有效库容仅剩余0.301亿m3，损失达83.1%。说明蓄洪运用方案泥沙淤积对水库的正常运行影响很大。

b.蓄洪排沙运行方案。虽然该方案针对20年一遇以下的中小洪水采取了降低库水位运行的措施，但因降低水位排沙期间坝前水位降低幅度较小，系列中8场洪水坝前运行水位仅较蓄洪运用方案平均降低了0.32m，因此排沙效果不明显，计算年限为100年时有效库容仅为0.334亿m3，仅比蓄洪运用方案增加了0.033亿m3的有效库容。

c.分阶段蓄洪运用方案。该方案在水库运用前30年采取了降低水位运行，库区泥沙淤积数量较蓄洪运用方案明显减少，排沙比增加，有利于将泥沙输送至死水位以下部分淤积，水库有效库容有较大幅度增加，水库运行年限为50年、100年时有效库容较蓄洪运用方案分别增加0.171亿m3、0.073亿m3，增加幅度分别为21.5%、24.3%。分阶段蓄洪运用有利于保持正常蓄水位以下库容，对延长水库使用寿命具有一定作用。分期控制水位坝前泥沙淤积厚度和淤积高程虽然有一定程度增加，但对水库运行影响不大。从保持水库有效库容、延长水库使用寿命的角度分析，分阶段蓄洪运行方式较蓄洪运用和蓄洪排沙运用方案有利。

d.蓄清排浑运用方案。该方案在分阶段蓄洪运用方案基础上，在前10年采用蓄清排浑运用方式，即在前10年的每年汛期7月上旬将坝前水位降至死水位650.0m，水库按来多少泄多少控制放流。初期运行水库泥沙淤积数量较分阶段蓄洪运用方案略有改善，水库有效库容略有增加，不同运行年限有效库容增加在0.022~0.039亿m3之间，增加幅度在3.2%~5.8%之间。

综上分析各方案计算成果，采用分阶段蓄洪运用或蓄清排浑运用方案更有利于保持有效库容，对延长水库使用寿命具有一定作用。

四川南充规划建设中小型水电站103座

2014年底，南充市发改、水务部门完成该市中小河流水能资源普查。日前，记者从南充市发改委获悉，全市水电资源理论蕴藏量154.69万千瓦，已开发装机容量96.53万千瓦，年发电量45.25亿千瓦/小时，从可开发量来看，南充市水电开发建设已基本触底。

根据省发改委、省水利厅、省能源局联合发文通知要求，南充市发改、水务部门历时3个月对全市中小河流水能资源及各水电站经济、技术指标进行了全面调查、梳理、汇总，掌握了全市水能资源家底。这对促进南充市水能资源规划、开发、管理及可持续发展将发挥积极作用。

据了解，南充市河流分属嘉陵江及渠江两大流域支流，其中一级河流13条，二级河流6条，三级河流4条，四级河流1条。两大流域河流上共规划建设中、小型水电站103座，其中嘉陵江干流共建有9座中型梯级电站，嘉陵江支流共规划建设70座小型水电站(已开发46座，规划24座)，渠江支流共规划建设24座小型水电站(已开发20座，规划4座)。

来源：中国农村水电及电气化网2015年02月25日

http://shp.mwr.gov.cn/xyywgzdt/201502/t20150225_623469.htm