新疆克孜尔水库运行模式下排沙研究

2018-09-25胡浩

东北水利水电 2018年9期

胡浩

（新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐 830000）

1 工程概况

克孜尔水库位于渭干河上游，坐落于木扎提河与黑孜河交汇处，是一座是一座以灌溉为主，兼顾发电与下游防洪的综合性枢纽工程。该库正常蓄水位1 149.6 m，相应库容6.07亿m3，兴利库容4.77亿m3，该库灌溉面积206 666.7 hm2，防洪保护面积86 666.7 hm2，最大引水流量125.4 m3/s，发电装机容量2.6万kW，工程于1992年投入运行。

2 水库运行现状

库区淤积泥沙主要是来自上游的悬移质和推移质，根据实测资料分析统计出的克孜尔水库不同高程下的总体淤积量，见表1。

表1 克孜尔水库总体淤积量

由表中数据可得，自水库蓄水运行以后，克孜尔水库上游来水携带泥沙，逐年落淤，水库运行不到20年，库区正常蓄水位以下库容已损失2.50亿m3，死水位以下库容已淤积约1.14亿m3，远远超出设计运行20年预估值。

3 克孜尔水库运行排沙方式

面对日益减少的库容和逐年增加的泥沙淤积严峻形势，对水库进行排沙清淤已是水库运行的重心。根据不同排沙方式适用条件，结合克孜尔水库实际运行情况，其可利用的排沙方式主要有：敞泄排沙、低水位排沙、壅水排沙[1]。

3.1 敞泄排沙

在洪水期间，水库的来流量能全部向下游倾泻，水库基本不壅水的情况下进行的排沙方式。又称行洪排沙，它能排走大部分的来沙或者全部的来沙，甚至可以冲走前期的淤积物，排沙效果比较好[2]。此种排沙方式效果好，对克孜尔水库这种前期淤积严重的水库也比较适合。但克孜尔水库兼顾防洪、发电、灌溉多个目标，在水库运行调度中涉及方面较广，需要协调好各个方面的关系，且为保护下游安全，最大下泄流量限制在750 m3/s，故敞泄排沙方案在克孜尔水库运行上较难实现。

3.2 低水位排沙

水库在洪水来临前，必须泄空库容或使得库水位降低运行，在此过程中随着水位的下降而带动已淤积的泥沙前进，进而产生沿程冲刷和溯源冲刷[3]。溯源冲刷是低水位时排沙的主要形式，在库区排沙时应用较广泛。它的作用机理是从下游开始，逐渐向上游延伸，详见图1。

水库低水位运行时间在每年的6月中旬到7月底，约40 d的时间。出于兴利考虑，排沙期水位降低至1133.0～1135.0 m，但因下游安全泄量不能超过750 m3/s，下游灌区所需最大流量为200 m3/s，大于作物需水量将产生弃水，故水库运行水位达不到那么低。另外，水库为保证作物灌溉用水，在作物灌溉需水期前要关闸蓄水，这就使得库水位升高。综合考虑，该排沙方式运行较难。

图1 溯源冲刷机理图

3.3 壅水排沙

壅水排沙主要指异重流排沙，即上游水流挟带泥沙进入水库壅水段，由于挟沙浑水水流较重，浑水下潜入库区清水以下，在重力作用下沿库底面向坝前运动[4]，详见图2。

图2 异重流运动图

针对支流库段的来水来沙条件及水库地形条件，尝试利用异重流排沙，2007年实施异重流排沙，排沙比为5.9%；2008年异重流排沙比为45.2%。分析其主要原因：

1）形成条件苛刻。

2）干流木扎提河流速和含沙量相对较小，没有足够的能量使异重流行进至坝前并排除库外；支流黑孜河含沙量高，有异重流排沙条件，但受前期“鱼嘴”附近淤积形成的“拦沙底坎”阻碍，使得部分泥沙落淤[5]。

3）挟沙浑水沿库底前进，难以把握其抵达坝前时间，进而不能及时开启闸门，使泥沙淤积坝前。

4 克孜尔水库排沙规律

根据克孜尔水库历年洪水期间排沙统计资料[6]，可知水库的排沙量与库区地形、入库洪水流量、入库洪水含沙量、水库运行水位等因素有关系。通过SPASS分析软件对渭干河支流黑孜河近20年输沙资料中入库洪水流量与入库洪水的含沙量的相关性进行分析：两者相关系数是0.878，显著性水平为0，两者呈正向的相关关系且相关性很强。随后又对入库洪水含沙量与水库库区泥沙淤积量建立数学模型，并进行回归分析，最终得出模型的最终表达式为，修正的可决定系数为0.942，模型拟合度很好，充分佐证了入库洪水的含沙量是水库泥沙淤积的主要因素之一[7]。

相对于水库运行管理者，如入库洪水流量及其含沙量不能控制，故只能通过来洪时升、降库区水位，对上游来洪进行调节。克孜尔水库历年洪水期间排沙统计资料，详见表2～4。