黄河小峡水电站水库淤积及库容特性分析

王锐

（国投甘肃小三峡发电有限公司，甘肃白银，730900）

1 概述

小峡水电站位于甘肃兰州皋兰县什川镇境内的黄河干流上，为径流式电站，总装机容量4×57.5 MW，保证出力93 MW，多年平均发电量9.56亿kW·h。

枢纽建筑物由右岸三孔泄洪闸、岩坎坝段、河床厂房及左岸副坝组成，主坝为混凝土重力坝，最大坝高50.7 m，坝顶高程1 502.00 m，坝顶全长249 m。

水库淤积测量是为长期保持小峡电站良好的发电效益、解决水库泥沙问题而必须进行的一项基础性工作。其目的是掌握水库淤积特性、库容特性、水库冲淤动态发展，有效控制水库泥沙淤积，延长水库使用寿命，提高水库的发电效益，为水库调度运行提供科学依据。水库运行管理部门在水库建成后的运行过程中陆续进行了定期与不定期复测工作。

2 水库概况

2.1 水文特性

小峡水电站距黄河源头2 155 km，坝址以上流域面积22.513万km2，占黄河流域面积的30%。电站正常蓄水位1 499.00 m，正常死水位1 495.00 m，极限死水位1 492.00 m，汛期排沙运行水位1 495.00 m。1 500.00 m水位下，原始总库容为5 209万m3，为日调节水库。多年平均流量1 059 m3/s，多年平均年输沙量7 200万t。大坝按重现期50年洪水设计，相应洪峰流量6 350 m3/s；按重现期500年洪水校核，相应洪峰流量7 170 m3/s。

2.2 水库概况

小峡水库为山区河道型，全长25.8 km，共布设20条淤积测验断面（编号为库00～库19），大坝至峡口包兰桥（库15断面）22 km为峡谷，两岸山体陡峭，水面较窄。包兰桥（库15断面）以上至库尾段（库19）约4 km，库面较宽，水浅，平均河宽约184 m，河道比降为0.76‰。设计多年平均入库流量1 059 m3/s，入库沙量7 200万t，多年平均含沙量2.16kg/m3，水沙年内分配很不均匀，汛期6～9月来水量占年水量的60%，输沙量占年输沙量的90.6%。大坝下游29 km处为大峡水电站。

3 水库淤积分析

水库淤积测量定期进行，分为全断面测量或部分特征断面测量。其内容包括库区控制网点全面复测、断面淤积测量、坝前水下地形测量和坝后尾水水下地形测量。

2016年小峡水电站水库淤积复测施测横断面20条，纵断面2条，每条断面要求测点20个，基本为每条断面上的深泓和同时水位线。2016年冲淤测量成果与2014年的测量成果对比见表1。水库断面虽有冲刷段，但从整体来看，淤积量远远大于冲刷量，因此水库呈现淤积趋势，两岸护堤建设侵占河道，对应断面水面宽度变窄。

3.1 坝前“漏斗”段

上述成果与2015年坝前水下地形图的对比表明，坝前“漏斗”段泄洪闸前淤积最为明显，平均淤积深度达2.8 m，淤积长度约310 m，宽度约60 m，为坝前淤积最严重区域。坝前主河槽150 m长度内既有淤积又有冲刷，但淤积面积大于冲刷面积，淤积深度大于冲刷深度。其余部位均以淤积为主，淤积深度介于0.3～0.6 m之间。

3.2 坝前～库19段

从表1可以看出：与2014年相比，库01～库02、库02～库03为主要淤积区，淤积量分别为336.1万m3、190.4万m3，合计淤积量为526.5万m3，库06～库09为次要淤积区，淤积量为89.2万m3；坝前～库01冲刷量最大，为25.6万m3；库13～库15区冲刷量为14.1万m3；水库全段淤积量值远大于冲刷量，淤积总量为671.8万m3，冲刷总量为48.4万m3。

上述分析判断说明：（1）库01～库03淤积量较其他河段为最大，库段长占测量库段的26.1%，淤积量占测量库段库容的62.3%；库06～库09淤积量次之,库段长占测量库段的18.7%，淤积量占测量库段库容的10.3%。（2）坝前～库01冲刷量最大，该库段长占测量库段的4.5%，冲刷量占测量库段库容的8.7%；库13～库15区段冲刷量次之,该库段长占测量库段的8.9%，冲刷量占测量库段库容的5.7%。（3）在1 500.0 m水位以下淤积量623.3万m3。（4）库01～库03、库06～库09区段长度占河段总长的44.8%，淤积量占缩减后库容的98.7%，由此可见，此段为该水库的主要淤积区域。

表1 小峡水库淤积量分布计算成果表Table 1 Calculated results of sedimentation distribution in Xiaoxia reservoir

3.3 坝后尾水淤积

该坝后水下地形测量成果与2015年测量成果的对比表明，尾水监测河段基本处于淤积状态。右岸溢洪道口向下游155 m的范围以冲刷为主，平均冲刷深度约0.4 m，溢洪道出水与尾水主河槽出水交汇处形成冲刷，平均冲刷深度0.2 m。坝后250 m以下主河槽及两岸出现淤积，两岸淤积深度大于主河槽。分析本次测量结果发现，距尾水出水口15 m以内的范围出现0.5 m深度的淤积，可能由于机组发电减少或以过水为主，造成尾水出口淤积，应间歇性地调节机组发电进行排沙，避免发电机尾水区域淤积。

4 水库淤积特性

4.1 横向淤积特性

小峡库区属于典型的河槽式地形，峡谷段两岸皆岩石地貌，呈现U型窄深式河道。两岸处于稳定状态，库尾段地势开阔，两岸未发现明显建设区，河道的水流形态改变可能较小。但本次测验期内，正常蓄水位以下，河道冲淤变化主要发生在主河26槽内。综合比较断面套绘图发现河槽底部较平缓，河底主槽未见明显冲刷偏移，峡谷段个别断面最低高程变化较大，但不存在规律性。断面横向冲淤变化形态与上次测量成果相比较，主河槽相对稳定，库01～库03、库06～库09区段处于淤积状态，库底高程抬高；坝前～库01断面间处于冲刷状态；水库正常蓄水位以下河槽宽度变化不大，仍为U型；冲淤变化主要在河槽内进行；与2014年相比总体呈淤积状态。

4.2 纵向淤积特性

从平均库底纵断面套绘图可以看出，与2014年平均库底高程与最低高程相比，2016年纵向淤积深度为11.4 m，平均淤积0.8 m；冲刷深度为2.9 m，平均冲刷0.6 m；总体为淤积趋势，累积为8.5 m，平均淤积为0.4 m。

5 库容特性

根据断面法计算的小峡水库历次库容复测成果见表2。历年库容数据显示，小峡水库自2004年运行后，在校校洪水位1 499.0 m以下，2016年测验库容为3 730.8万m3，比设计库容减少1 069.2万m3，小峡水库库容总量呈变小趋势，2016年库容基本接近2006年、2008年、2010年的库容，淤积趋于平稳，达到水沙平衡。从2012年起，连续两个测次相对上一次库容有所恢复，主要是由于这期间库区挖沙等人为活动破坏库区的原有水沙平衡，减缓淤积趋势。

根据库容计算成果表绘制的小峡水库库容曲线套绘图见图1。可以看出，校核洪水位1 499.0 m的库容逐年变小，形成淤积状，蓄水前至2016年总共淤积1 069.2万m3，2014～2016年淤积了626.1万m3，库容损失较大。

图1 小峡水库库容曲线套绘图Fig.1 Reservoir storage of Xiaoxia reservoir

6 结语

从2016年测验结果看，库容损失较大，达626.1万m3，其中库01～库03、库06～库09区段为本次库容损失最严重区段。坝前冲刷主要与水库运行有关，尾水区域呈大面积淤积状态，与河道的自然变化规律相悖。经分析，其原因主要是：2016年测验前，由于库区人为挖沙活动的停止，加之水库航运输沙，坝前水位长期处于高水位运行，导致库区水面比降大幅度降低，水流进入库区后，沿程水流速度逐渐减缓，挟沙能力沿程逐渐降低，形成库内泥沙淤积。

表2 小峡水库历次库容复测成果（单位：万m3）Table 2 Survey results of reservoir storage of Xiaoxia reservoir(unit:ten thousand m3)

今后，为了有效控制后期库区泥沙淤积，延长水库使用寿命，最大限度发挥水库作用和效益，在水库运行方面做如下改进措施：

（1）上游有较大来沙过程时，应适当降低坝前水位排沙。相同流量下高含沙水流挟沙能力强，较大流量的高含沙水流动能大，能够使河槽沿程产生逆源冲刷。

（2）加强坝前及库区淤积测验力度，适当调整测验周期，进行加密测验或连续两个周期内对整个库段进行水下地形测量，便于掌握冲淤变化规律。

（3）研究河床淤积物颗粒级配，掌握河床粒径的大小及分布，特别是要在后期排沙时对水样进行取样分析，更全面地掌握泥沙颗粒粒径变化规律。

（4）每年对水库断面桩点进行维护和保养，以便在今后进行淤积研究时使用。

（5）小峡尾水地形淤积会造成尾水位壅高，降低了尾水河段的行洪标准，不仅影响电站的出力，也威胁到电站的安全运行，建议对尾水河道进行疏挖清淤。