虎渡溪航电工程泥沙分析

蔡炳云（上海勘测设计研究院有限公司四川成都610094）

工程

虎渡溪航电工程泥沙分析

蔡炳云
（上海勘测设计研究院有限公司四川成都610094）

本文以岷江虎渡溪航电工程为研究对象，通过对彭山水文站泥沙资料进行统计分析，研究了本工程受上游紫坪铺水库影响的泥沙特性变化，进行了水库泥沙淤积计算，确定了本工程泥沙调度方式，解决了工程泥沙问题。并在此基础上进行水库回水计算，为工程征地移民提供数据支撑。

调度方式；工程泥沙；水库回水

1　工程概况

岷江为长江上游左岸一级支流，是四川省中部的一条重要河流。岷江干流自北向南流经四川省中部的茂县、汶川、都江堰，穿成都平原，经乐山并接纳大渡河和青衣江至犍为纳马边河，于宜宾市汇入长江，其流域面积13.6万km2，干流全长735km，天然落差3560m，都江堰市以上为上游，都江堰至乐山为中游，乐山以下为下游。岷江干流（彭山江口至乐山岷江三桥段）规划河段长102.4km，落差65.4m，平均比降0.64‰，区间集雨面积3349km2。

虎渡溪航电工程是岷江干流（彭山江口至乐山岷江三桥段）航电梯级开发规划中的第六级，正常蓄水位391.00m，利用落差9.0m，装机容量4.8万kW。上接拟建的季时坝水电站，下接在建的汉阳水电站。

虎渡溪航电工程所在河道的演变受上段河势变化、弯道水流和两岸冲沟的综合影响。岷江汛期流量大，相应的水流挟沙能力强，泥沙输移量也大，当其运动至节点间的宽阔河段时，水流扩散、流速减缓，泥沙落淤，形成沙卵石江心洲或边滩。中枯水期水流归槽、流量集中，流速增大，洪期淤积于河道的堆积物得以冲刷，恢复原河道断面，但是随水流组合和方向的改变，汊道、江心洲、河弯和过渡段等不同类型的滩险随即出现。受节点收缩和峡谷河段形态的控制，从上游冲刷运动的推移质经过具备沉落条件的深潭则逐渐下沉，年复一年，形成了滩险的洪淤枯冲、深潭则洪冲枯淤的历史演变过程。

河道的长期演变使虎渡溪段河道岸线总体上趋于稳定，多年来冲淤变化基本平衡，河势的变化也主要表现为局部的冲淤变化。

2　河流泥沙

2.1悬移质

2.1.1坝址天然悬移质泥沙分析计算

采用彭山水文站1979年～2005年实测悬移质资料。泥沙资料统计分析可知，从1996年～2005年的10年中，悬移质年输沙量为200万t～350万t，较前17年数据有明显减少，其主要原因是近年岷江上游退耕还林措施的实施以及水土保持工作的完善。根据彭山水文站1979年～2005年月平均悬移质输沙率资料，推求得彭山水文站悬移质年输沙率为655万t，含沙量为0.352kg/m3，输沙模数为214t/km2。

2.1.2紫坪铺建库后坝址泥沙

考虑紫坪铺水库对紫坪铺坝址以上的泥沙具有一定的拦截作用，虎渡溪坝址的悬移质泥沙应为紫坪铺水库的下泄悬移质泥沙加上紫坪铺～虎渡溪区间悬移质泥沙。

根据《四川岷江紫坪铺水利枢纽工程运行调度专题研究报告》，紫坪铺水库多年平均悬移质输沙量为738万t，水库运行50年内（50年以上达到冲淤平衡）平均排沙率为15%，紫坪铺水库的下泄悬移质泥沙为111万t。

表1　泥沙特征值表

表2　泥沙特征值表（考虑紫坪铺）

紫坪铺～虎渡溪区间多年平均悬移质输沙量推求：以彭山水文站为设计依据站，按集雨面积比推算紫坪铺～虎渡溪区间年平均悬移质输沙量209万t。紫坪铺水库的下泄悬移质泥沙加上紫坪铺～虎渡溪区间悬移质泥沙即为虎渡溪坝址悬移质泥沙，坝址多年平均悬移质输沙量为320万t。2.1.3悬移质泥沙颗粒级配

根据水文站悬移质颗粒实测资料分析计算，本河段悬移质泥沙颗粒级配成果采用水文站实测成果。

2.2推移质

由于上游紫坪铺水库的拦沙作用，本次推移质输沙量只考虑紫坪铺～虎渡溪区间，按悬移质的10%估算，推移质输沙量20.9万t。

3　工程泥沙

3.1调度方式初拟

流域的泥沙主要来自降水对流域表层的侵蚀及流域内人类活动的影响。上游紫坪铺水库为不完全年调节水库，紫坪铺水库对紫坪铺坝址以上的泥沙具有一定的拦截作用。虎渡溪坝址的悬移质泥沙应为紫平铺水库的下泄悬移质泥沙加上紫坪铺～虎渡溪区间悬移质泥沙。

虎渡溪电航枢纽库区两岸农业发达，人口稠密，因此要求尽量减少库区泥沙淤积，降低水库回水水位，以减少库区淹没损失。由此确定本工程泥沙设计的主要任务为：拟定合理的水库泥沙调度方式，并达到减少水库淹没损失和尽量减小对两岸防洪的影响。

利用水库调沙，关键在于调沙库容的恢复。水库只淤不冲，势必产生严重淤积，从而造成调节库容损失较大，影响上游梯级抬高洪水位等不利情况。因此，必须采取适当的冲沙措施，将淤积在库内的泥沙排出库外，如此冲淤交替，才能达到利用水库调度泥沙的目的。为此，结合岷江河段流域水沙特性，同时结合下游汉阳电航工程的运行方式，初选虎渡溪枢纽汛期泥沙调度方式按分界流量进行控制，流量大于分界流量停机冲沙。根据彭山水文站中水年1979年的水沙资料统计，各级流量出现天数见表4。

根据典型年1979年水沙资料统计日均流量大于2900m3/s出现3天，且沙量占的比重较大，初定分界流量采用2900m3/s。

根据以上分析，初拟虎渡溪枢纽水库泥沙调度方式如下：

（1）当入库流量小于2900m3/s时，库水位在正常蓄水位391m～死水位390.5m之间消落发电。

（2）当入库流量大于2900m3/s时，水库闸门逐步开启冲沙，电站停机，年平均停机时间约3天。

（3）如果汛期没有出现大于2900m3/s以上的洪水，应在每年汛末出现中小洪水时适当安排2～3次夜间低谷时段敞泄停机、集中水流冲沙，利用推移质溯源冲刷原理降低坝前的泥沙淤积高度，解决库区淤积及枢纽取水防沙问题，每次冲沙时间以6h为宜。

3.2泥沙冲淤及回水计算

虎渡溪电航枢纽工程水库泥沙冲淤计算采用《SUSBED-2》水库泥沙冲淤计算数学模型。

表3　悬移质泥沙级配成果表

表4　典型年1979年各级流量出现天数统计表

图1　水库淤积20年纵断面图

图2　岷江干流汛期回水成果

图3　岷江干流非汛期回水成果

3.2.1基本资料

（1）水库纵横断面资料：根据地形变化，库区干流约16.67km范围内共布设了28个断面，断面资料均为实测资料。

（2）库区闸前水位调度：非汛期为正常蓄水位391m（推荐方案），汛期按拟定的运行方式，入库流量小于2900m3/s水库维持在正常蓄水位391m（推荐方案）运行，当入库流量大于2900m3/s，全闸打开冲沙，闸前水位按泄流曲线确定。

（3）入库水沙条件：水沙资料采用3个典型年的水沙过程并考虑上游已建梯级紫坪铺的拦沙作用。

3.2.2泥沙冲淤计算

库区20年后泥沙淤积总量为530万m3，排沙比为92%。建库后坝前水位壅高，水库运行20年库区泥沙淤积均在死水位以下，泥沙主要分布在河床槽内，边滩淤积较少。库区无集中的堆积体出现，局部碍航的可能性较小。

3.3回水计算

在泥沙冲淤计算的基础上，并根据《水利水电工程水库淹没处理设计规范》和《防洪标准》规定，土地的淹没赔偿标准采用5年一遇洪水重现期（P=20%），人口、房屋的淹没赔偿标准采用20年一遇洪水重现期（P=5%）、电站库区防洪堤的设防标准为50年一遇洪水重现期（P=2%）进行回水计算。

4　结语

根据彭山水文站泥沙资料，对虎渡溪电航工程泥沙进行了研究分析，并通过数学模型计进行泥沙冲淤计算，确定了分界流量为2900m3/s的泥沙调度方式，大于2900m3/s时年平均停机冲沙天数约为3天，根据泥沙调度方式，计算水库运行20年后的冲淤情况，为工程发电以及航运做好数据支撑，并在泥沙冲淤计算的基础上进行回水计算分析，为水库防洪及工程移民提供数据支撑。陕西水利

（责任编辑：唐红云）

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