新疆克孜尔水库泥沙淤积成因分析及水库调沙运用方式的探究

张宏科 安小敏 唐仁辉

（克孜尔水库管理局 拜城 842313）

1 工程概况

克孜尔水库是渭干河流域上一座以灌溉、防洪为主，兼顾水力发电等综合利用的大型控制性水利枢纽工程，水库坝址位于干流木扎提河与支流黑孜河交汇处，水库控制集水面积16637km2,原设计总库容6.4亿m3，设计灌溉面积21.3万hm2，水库防洪标准按重现期千年一遇洪水（5720m3/s）设计、按重现期万年一遇洪水（8160m3/s）校核。工程规模为一等大(1)型,主要建筑物为1级，由主坝、副坝、溢洪道、泄洪排沙涵洞与发电站组成。主坝坝顶长920.6m，最大坝高44m；副坝坝顶长1288m，最大坝高32m。主、副坝均为粘土心墙砂砾壳坝。电站为坝后式电站，总装机4×0.65万kW。

2 克孜尔水库入库水沙特性

克孜尔水库入库多年平均流量83.1m3/s,多年平均水量26.2亿m3,多年平均年悬沙总量约1318万t,多年平均含沙量约4.46kg/m3，年最大输沙量7198万t（发生于2002年），年最小输沙量477万t（发生于1965年）。入库径流在年内分配不均，全年总水量的59.3%集中于汛期6～9月,其中7～8月水量为最大，占年水量的39.4%；相比之下,沙量比水量更集中于汛期,汛期悬沙量占年沙量的90.0%,主要集中于7～8两月,且更集中于几次沙峰过程。

3 克孜尔水库泥沙淤积现状

克孜尔水库于1991年8月开始蓄水并投入运行，至今己运行19年，2007年1月完成的库区泥沙淤积观测结果表明:至2006年年底,克孜尔水库泥沙淤积总量已高达1.79亿m3，剩余库容4.28亿m3，库容损失率为29.0%。其中，死库容淤积0.858亿m3，剩余死库容0.442亿m3；有效库容淤积0.932亿m3，剩余有效库容3.84亿m3。

克孜尔水库设计运行20年的泥沙淤积总量为1.26亿m3，库容损失率为20%；其中死库容淤积0.448亿m3，有效库容淤积0.817亿m3。因此，克孜尔水库实际运行16年的泥沙淤积总量已超过了设计运行20年的泥沙淤积总量1.26亿m3。

4 水库泥沙淤积速度过快的主要原因分析

4.1 渭干河水沙特性对比

据渭干河1953～1983年实测入库悬移质泥沙资料统计：克孜尔水库站多年平均入库悬移质含沙量3.5 kg/m3(实测最大日平均含沙量172 kg/m3),多年平均年输沙量850万t,统计最大年输沙量1464万t,最小输沙量470万t,泥沙主要发生在6～9月汛期,占全年输沙量的90.6%左右。

据延长后的径流系列（1953～2008年）56年入库悬移质泥沙资料统计：克孜尔水库站多年平均入库悬移质输沙率343kg/s,多年平均含沙量4.46 kg/m3(实测最大日平均含沙量255 kg/m3),多年平均悬移质输沙总量约1318.42万t,最大年输沙量7200万t（2002年）。入库沙量比水量更集中于汛期，汛期悬移质输沙量约占全年悬移质输沙量的90.0%。

对比分析可以看出，水库建成后：ⓐ多年平均入库悬移质含沙量比初设前增加近1.0kg／m3；ⓑ多年平均输沙量比初设前增加468万t，增加幅度55.05%左右。详见表1。

表1 渭干河水沙特性对照情况

4.2 历年来的洪水资料与径流资料对比

4.2.1 洪水资料对比

渭干河（1951～2008年）实测洪水统计资料表明：入库洪峰大于1000m3／s的共计14次，其中水库建后就发生10次，主要集中于近期的1999～2003年，历史实测最大值3677m3／s。详见下图。

克孜尔水库历年入库洪峰统计图

4.2.2 径流资料对比

据克孜尔水库实测径流设计资料：年径流量大于30.8亿m3，一般为丰水年景。48年的实测资料表明：年径流总量接近或超过30.8亿m3的共计4次，其中近5年内（1999～2003年）就有3次，历史最大值为38.08亿m3。

4.3 大洪水发生年度的泥沙淤积状况

水库运行以来的1999年、2001年、2002年、2007年分别发生了 2590 m3／s、1680 m3／s、3677 m3／s、2247 m3／s 的大洪水。悬移质输沙率资料表明：仅1999年、2001年、2002年三年，克孜尔水库的悬沙淤积总量就达0.8045亿m3，占克孜尔水库泥沙淤积总量1.79亿m3的44.94%。

1953～2008年近56的年水文系列观测资料表明：克孜尔水库泥沙淤积速度过快的主要原因是由于近10年来，渭干河出现了丰水、丰沙的水文年景过程，大洪水及特大洪水挟带大量泥沙进入水库所致。

5 水库调沙运用方式

5.1 异重流排沙运用

为减缓克孜尔水库泥沙淤积的速率,从2002年开始 ，克孜尔水库采取汛期逐步降低库水位运行,利用异重流排沙。汛初异重流排沙对兴利影响小（此时正值渭干河灌区棉花头水灌溉，灌区需水量大，水库不存在弃水问题），排沙效果也好，是异重流排沙的一个有利时机；汛期洪水峰高、量大、历时短，冲刷效果较理想，是排沙的一个有利时机；汛期（丰沙期）降低正常运用水位至1135～1136m，以利排沙；如遭遇中小型洪水，水库尽量不抬高库水位，减少洪水在库内滞留时间，以避免库区淤积；汛后（枯沙期）按兴利要求蓄水运用。通过近几年汛期降低库水位运行，有效减缓了防洪库容、兴利库容的淤积速率，减缓了泥沙的淤积速度。

5.1.1 水库2007年、2008年汛期实测异重流排沙分析

克孜尔水库2007年和2008年汛期利用异重流排沙有7场（次），排沙总量达32.06万t,最大排沙比达到45.22%，详见表2。

表2 克孜尔水库2007～2008年汛期异重流排沙统计情况

5.1.2 采用异重流排沙实例分析

a.2007年7月27日场（次）是因为水库承担防洪任务，尽管采取利用异重流排沙措施，出库流量仅为471m3/s，不到入库流量2247m3/s（其中，托克逊站流量1480m3/s；黑孜站流量767m3/s）的一半，排沙历时为47h,总排沙量为16.40万t，排沙比为5.93%,同时异重排沙水位较高,为1140.58 m,排沙效果明显。

b.2008年7月24日与7月25日场（次）排沙，由于上游支流受降雨影响，致使黑孜河流量由24.5 m3/s增至102 m3/s，水库及时调整出库流量为183 m3/s，进行异重流排沙，排沙历时共为37 h，总排沙量为12.29万t，此时排沙水位为1137.58m,排沙比为45.22%。尽管此次洪水量级有限，但水库排沙的出库流量，既能满足下游防洪要求及异重流运行所需的足够能量，又不影响兴利，因此,排沙效果比较理想。

5.1.3 影响异重流排沙效果的原因

a.支流黑孜河虽然可以以异重流形式抵达坝前，但总量太小，并且干流入库泥沙难以以异重流形式到达坝前。致使克孜尔水库全年异重流排沙效果并不理想。

b.未及时提门的影响。c.出库流量不足的影响。

5.2 低水位浑水排沙运用

5.2.1 排沙方案

根据清华大学黄河研究中心与克孜尔水库管理局于2001年进行的克孜尔水库泥沙模型排沙试验结果,并通过对灌溉效益、发电效益初步比选后，确定采取低水位浑水排沙运行方案。

5.2.2 排沙时间的确定

低水位浑水排沙的时间选在6月20日～7月30日，约40天。排沙期间库水位为1133.0～1135.0m，据对2002～2008年共计7年悬移质泥沙观测资料的统计计算，实测悬移质入库输沙总量为1.16亿t,克孜尔水库站排沙量为0.089亿t,平均排沙比为6.61%。历年排沙比最小的仅为2.04%，最大的也只达到16.44%。排沙效果详见表3。

5.2.3 排沙期间的水库调度

6月上旬以前，水库仍然执行常规调度；6月下旬至7月底，水库运行方式主要以排沙为主；8月以后，水库运行方式主要以安全度汛为主，水库以蓄水为主。水位控制指标：6月上旬为蓄水期，水位不超过1138.0 m,相应库容为2.0亿m3。6月20日水位上限控制指标为1136.5m,相应库容为1.63亿m3；6月20～30日,为灌溉供水期,30日库水位下调至1135m以下。7月上旬至中旬，库水位维持在1133.0～1134.0m之间，并保持进、出库流量平衡。7月下旬，水库排沙工作进入后期调整阶段，可适当拦蓄洪水，7月30日库水位上调至1138.0m左右。

表3 克孜尔水库2002～2008年汛期进、出库悬移质泥沙统计

5.2.4 影响低水位浑水排沙效果的因素

a.汛期由于水库承担防洪任务，不仅不能利用暴雨洪水进行排沙，反而将暴雨洪水挟带的大量泥沙淤积在库内。现状情况下，水库下游灌溉实际引水能力为200m3/s，当下泄流量大于200m3/s时，将会发生弃水，对用水已十分紧张的下游灌区来说，是难以接受的。

b.水库为确保灌区棉花及复播作物适时灌溉，必须在5月下旬至6月上旬关闸蓄水，势必抬高主汛期库水位。同时，即便汛期库水位下降至死水位，但由于持续时间太短暂，排沙历时较短。

因此，从近几年低水位浑水排沙运用的效果来看，此排沙措施实际运用效果并不太理想。

6 建 议

a.在水库现状情况下，水库低水位浑水排沙效果不显著，并且泄空排沙会影响水库兴利，采取异重流方式进行排沙，又受来水、来沙条件的限制，并且不能排除前期淤积在库内的泥沙。因此，从根本上解决水库泥沙淤积日趋严重问题的有效措施，还是采取人工辅助工程措施进行冲淤排沙。主要措施包括导沙入河、挖泥疏浚和坝前泥沙淤积治理等。

b.设立专项资金，加大投入，借鉴兄弟省份的水库冲淤排沙的成功经验，从而有效解决北方高含沙河流水库存在的泥沙淤积严重的问题。

c.水库泥沙淤积问题在水库调度运行中应引起各方面的高度重视。水库在制定控制运用计划时，既要考虑水量的调度，也要兼顾泥沙的调度，进行流域上、下游水沙的统一调度，处理好蓄水兴利与排沙减淤的矛盾,同时应考虑到近期效益与远期效益的矛盾，并尽可能地延长水库的使用寿命。