跋山水库淤积规律分析及减淤方案

1、跋山水库淤积规律分析及减淤方案许德生:跋山水库淤积规律分析及减淤方案,'跋山水库淤积规律分析及减淤方案许德生(跋山水库管理局,山东沂水276400)摘要:针对跋11I水库2004年度的库区淤积测量资料,分析J,淤积量时阳J变化规律,空间变化规律,研究了库区淤积物淤积形态.掌握了库区淤积物颗粒组成规律,并提出r相应的水库减淤措施关键词:跋山水库;库区淤积;淤积规律;减淤方案Title:DepositanalysisonBashanreservoiranditsmitigationsehenle/XUDe一heng/BashanReservoirAuthorityAbstract:Base

2、donthesedimentationmeasurementdataofBashanreservoir,itanalysedthetimeandspacechangeregulationofdepositquantity,studiedthereservoirdepositpattern,masteredthedepositpelleteonlponentregulationandproposedthecorrespondingdepositmitigationsehenle.Keywords:Bashanreservoir;reservoirdeposit;mitigationscheme中

3、图分类号:TV69731文献标识码:B文章编号:1671-1092(2006)020017一o41工程概况跋山水库位于沂河干流中上游沂河与暖阳河支流汇流处,是一座以防洪,灌溉为主,结合发电,养殖等综合利用的大(程枢纽由大坝,溢洪道,放水洞,东西浆砌石坝及电站等建筑物组成.水库总库容5.28亿m,兴利库容2.67亿m.主体工程于1959年10月动工,1960年为全国第二批重点危险水库,1998年12月开始除险加固,2001年10月主体工程加固完成,2002年10月单位工程验收并交付使用.水库大坝主坝为粘土心墙砂壳坝,全长1780m,最大坝高33.65m.水库溢洪道位于大坝右端,建有m,最大泄量1

4、3000m/s;放水洞位于大坝左端,为钢筋混凝土衬砌隧洞,洞内径3.50m,进口底高程156.50m,设有4.3mx44m平面斜拉式钢闸门,设计放水流量116m/s;东,西浆砌石坝位于溢洪闸两侧:电站位于放水洞下游出口处,总装机5640kW,多年平均发电量810万kW?h.2水库库区淤积历次观测情况跋山水库自1960年5月建成蓄水以来,分别于1962年11月,1965年6月,1970年10月,1977年6月进行了四次库区淤积观测,前三次用断面法观测,1977年4-6月采用库区地形法及横断面法测量,并对干,支流河道淤积物泥沙颗粒,干容重进行了分析,对库区淤积量进行了分析计算,截止1977年水库总

5、淤积量1847万m(高程180m以下),占总库容的3.5%.跋山水库2004年利用水库断面测量法对库区干,支流进行了测量,利用TPS电子全站仪和水下超声波测深仪,共用8d时间测量了18个大断面,水平距离测量误差0.2m,高程测量误差0.02m.3库区淤积规律分析自1977年5月-2003年10月,26年水库总淤年建库以来历年各阶段所测淤积情况看,自1964年以后,年淤积量逐年减少.1960年1964年间年淤积量最大,这是因为入库洪水洪峰流量大,时间长,洪水入库洪量大的缘故,有效年平均含沙量为475kg/m.1965年1970年间虽然年淤积量不大,但单位来水量挟带泥沙量最大,有效年平均含沙量为6

6、.72kg/m,单位洪峰流量挟带淤积量最大为0.239m/(m/s).近20年来,情况有所改善:一是来大水次数少,洪峰流量小,洪By×UDesheng:DepositanalysisonBashanreservoiranditsmitigationscheme0.1量小;二是水库上游流域植被有所改善,特别是小流域综合治理起了较大作用,有效年平均单位含沙68.75万m(高程180m以下),多年平均含沙量为2.65kg/m,属中沙河流.近2O多年来,多年平均淤积量38_3万m,多年平均含沙量1.5kg/m,仍属中沙河流:在淮河流域,水库淤积情况属比较严重的河流与洪水年内变化规律基本相似,

7、且主要是大暴雨洪水带来的淤积量,而小洪水带来的淤积量很水库入库洪水,一般集中在汛期六,七,八,九四个月份,大暴雨洪水一般集中在七,八月份中的7月15日至8月25日40d内,单位时间的淤积量相当可观.3-2淤积量空间分布规律从水库淤积量沿高程变化情况看,1977年至2003年水库淤积量高程158m至159m范围淤积量最大为135万m,其次在高程160m至161m范围淤积量第二,为96万m,在高程174m至175m366万m,占新淤积量的35.4%.高程164m以下总淤积量为417万m,占新淤积量的五分之二,全为程171.00m以下淤积量659万m,占新淤积量的m,占新淤积量的86.8%.通过分析

8、看出:1977年以来死库容又淤积366万m,兴利库容新淤积623万m,防洪库容增加淤积11O万m,总库容淤积1075万m.自建库以来,死库容已淤积1106万m,占设计死库容的42.5%,兴利库容已淤积1663万m,占设计兴利库容的6%,防洪库容已淤积242万m,占设计防洪库容的1.9%,总库容已淤积3025万m,占设计总库容的5.6%.见表2.由于跋山水库属山区河道型水库,水库库面分常年口l水段及河道蓄水段从平面上看常年回水段在主河道(沂河)干3及支流(暖阳河)支2与大坝f8D之间,即水库水位165.00m以下部分,总水域面积1O.2km,已淤积总量1500万m,占总淤积量的49.6%.此段淤

9、积从所测横断面图上看出,横向无明显的滩槽之分,因此段地势平缓,全部属于静水区,当洪水挟带泥沙进入库区后,受壅水影响,水流流速变小,泥沙随水流分布比较均匀,积淤厚在13变动回水段属水库水位165.0m以上部分,该段水面面积20km,淤积总量1524万m,平均淤积厚断面图上看出,变动回水段淤积横向有明显滩槽之分,日常小水流时,水流在主河槽内流动,大洪水时,洪水开始漫上河滩地,因此出现原主河槽冲刷滩地淤积,且滩槽淤积厚,主槽淤积相对较轻的特点.而有的断面受水势方向影响,主河槽有左右移动的现象.跋山水库自1960年至2003年总淤积量3025万m,多年平均淤积量68.75万m,基本为汛期洪水带人,汛期

10、多年平均来水量3.12亿m,汛期多年亿m,主汛期平均入库流量(Q)15m3/s.SV/Q=3.42x1.85/15=o.42,而水库在多年运用中,库水位变幅一般在515m,平均库水位变幅为(Ah)9m,多年平均库水深(H)为15m,求出Ah/H=9/15=0.6.根据原水电部十一工程局由实测资料分析得出的淤积形态判别公式:SV/Q=0.71<l,Ah/H=0.6<1,属带状淤积.从所绘制的干流及支流河道淤积平均纵断面图看出,淤积物自坝前一直分布到正常高水位176m的回水末端,淤积厚度比较均匀,符合带状淤积分布特征.库区回水段在高程165m以下,在高程176m以上,无

11、论干支流均有向上游发展的特点,干流较严重,支流较轻.支流纵向淤积至坝前时有向锥体淤积发展的趋势,这是由于支流和大坝主坝段基本垂直,河道坡降陡,河道短,当洪水入库时,悬移质及异重流很快达到坝前在附近淤落而形成锥体状.通过分析河道淤积物颗粒组成看出,淤积物沿程A下游向上游粒径逐渐增大,细粒成份越来越少,粗粒成份越来越多,从中值粒径变化图上看出:自下而上变粗,但不是均匀变化.干流自桩号5+500m至坝前淤积物颗粒组成无明显变化,均为壤土,自桩号5+5007+200m为粉细砂;自桩号7+20010+500m为中砂;A桩号10+500m丌始至桩号13+900in由中砂,粗砂逐渐变为砂砾.而住桩号8+00

12、0m一桩号9+750m之间淤积物颗粒组成基本无变化.这是因为桩号8+000m至桩号9+750m之间地势开阔平坦,中粗砂砾随水流迅速变缓而迅速淤积,自桩号8+000m以下只剩流变化图可以看出:干流库区细粒有向上游漫延的现象,2003年比1977年细粒淤积向上延伸500m,一直至桩号5+500m.而自桩号5+500m以上至6+800m之间,存在淤积物比1977年所测淤积物细.支流沿程自下而上逐渐变粗,自桩号4+000m以下为壤土.但出现自桩号6+000m至桩号6+500in范围比桩号5+000m左右淤积物细的反常现象.分析原因,主要受支流周围小库又及两岸沙土丘陵冲淤影响.整个暖阳河支流淤积物粗颗粒

13、(主要是推移质)在逐年向下游水库内移动,同1977年相比,相同粒径向下游推进500m至1000m.通过对比干支流变化,距大坝相同距离干流淤积物颗粒细,支流淤积物颗粒相对较粗,干流淤积物粒径变化较慢,而支流淤积物粒径变化较快,这符合干流缓,长,弯多而支流陡,短,直的实际.4水库减淤方案在水库流域内大力开展水土保持工作,控制水土流失,减少入库泥沙,特别是沂源县田庄水库以下与跋山水库区间部分,植被差,大部分为沙质丘岭,根据各地条件,因地制宜,综合治理原则,实行山,水,林,用,路,坝统一规划,做到工程措施,生物措施及耕作措施相结合,下大力气增加植被绿化面积和塘坝(拦水坝,拦沙,水池)建设,把流域治理与

14、土地农业经济发展综合起来,促进生态效益,经济效益和社会效益协调发展泥沙被水流挟带进入河道后,可在水库上游主许德生:跋山水库淤积规律分析及减淤方案一t啦.一'霉I曹弑黪咯#锶凋隧簿河道(沂河)内,水库同水区上游适当位置修筑拦沙置选定要综合考虑拦沙效果,投资规模,综合开发东里镇下1000m河道较狭窄处修筑拦沙堰一座,为溢流式浆砌石空腹填沙堰,堰轴线长900m,堰高3.5m.在堰之主河道段,设底孔口可过正常水流,工程总投资400万元.因其靠近公路,交通条件好,其拦蓄的泥沙可综合开发,汛期过后可作为混凝土骨料,并可建成一定规模的沙场及混凝土预制件厂,砖厂等,具有较高的综合开发前景.在水库支流(

15、暖阳河)内,已结合河道治理,修筑拦沙堰三处.经过河道拦沙堰进入水库的泥沙,大部分颗粒较细,可采取适当的水库控制运用方式和其它措施,将入库泥沙排至下游或作它用.4.3.1选择合理的水库控制运用方式,及时排除库内淤泥水库控制运用方式的选择,需根据水库功能,枢纽工程条件,坝址地形条件,淤积特性及洪水特点综合考虑.因跋山水库主要功能是防洪减灾,兼此,控制运用方式首先得满足防洪减灾要求,其次应满足蓄水灌溉发电要求,运用中利用泄洪的机会,尽量排除入库淤泥,以保证防洪库容不被淤积.水库控制运用方式主要根据水库寿命K及径流利用系数K大小确定.Kr=Vo/,Ws(年)K=Vo/,W式中,V.为水库防洪库容或水库

16、兴利库容;W为水库多年平均来沙量;W为水库多年平均来水量.当KT>50年,K>0.2时,优先考虑蓄洪运用:当Kr<20-30年,Ka<0.1时,优先考虑蓄清排浑运用;当Kr=30-50年,K0.10.2时,可先蓄后排或交替运用:根据以上原则,计算出K=218年,远远大于50年,K0.65,远远大于0.2,因此,应优先考虑蓄积,且主要任务是防洪减灾,因此,采取蓄洪运用和蓄清排浑相结合的控制运用方式:(1)当水库水位低于172.00m,或入库洪水流量ByXUDesheng:DepositanalysisonBashanreservoirand

17、itsmitigationscheme罅不大于500m/s时,可不启闸泄洪,结合发电全歼4台机组发电排淤(因跋山水库入库淤积物基本为粘粒,对机组磨损不大):(2)当水库水位低于172.O0m,且入库洪水流量大于500m/s时,开4台机组发电,同时歼启放定,一般在洪水开始入库,浑水即将到达放水洞口时开闸泄洪,关闸时间视出库水的清浑程度而定.一般当入库洪水洪峰过后,入库流量不大,仅发电可满足排淤要求时,可关闭放水洞工作闸门,发电排淤:(3)当水库水位高于172.O0m,且入库洪水流量在5003000m/s时,在开4台机发电的同时,孔闸门全部等高开启,每孔闸门开启高度视来水流库泄鼍增大而接近下游河道

18、安全泄量时,可间隔一孔闸门关闭一孔,而提高泄洪闸门开启高度关闸时间视洪水情况而定,一般入库洪峰过后,入库流量不超过500m3/s且水库水位不超过175.O0m,可及时关闸拦蓄洪尾.当支流入库洪水流量较大时,需同时开启放水洞工作闸门泄洪排淤.(4)当水库水位高于175.5m而有洪水入库时,在开机发电同时,需开启溢洪闸门泄洪,泄洪流量大小以入库流量的70%为宜,一般在500-1500m3/s:当入库流量不超过100m3/s时关闸拦蓄洪尾.(5)当水库流域发生大于10年以上洪水时,以防洪为主,按照防洪调度规则控制运用,完全能够满足排淤要求:住水库净水区未端的壤土及粉沙土,因土质肥沃,在水库水位较低时

19、,可结合农村土地建设,大力开展取淤造田,薄田改造工程,既减少水库淤积,又改造了薄地,增加了良田.跋山水库现有溢洪闸泄洪方向垂直入库洪水水流方向,为侧向泄洪,对排淤极为不利,且库底高程171.O0/13,比库上游主河道高程160.O0m高】m,排淤效果差,大量淤泥顺水流淤至坝前,而放水洞最大泄洪流量仅116m3/s,因此,从水库长远利益考加固时,防洪标准采用实测流量法,比原规划设计暴雨等值线图法来水量,洪水洪峰均小,在工程溢洪规模上少建一孔溢洪闸闸门,而在水库日常管理运用中,又必须采取暴雨等值线图法,若不增建闸,则水库校核标准洪水时库水位达到185.20m,超过砌石坝坝顶高程0.7m.因此,可结合水库排淤增建一孔溢洪闸以满足防洪,排淤需要,闸址选在西砌石坝以主河道入库水流方向相同,闸底高程164.O0m,隧洞长