黄河万家寨水利枢纽淤积形态分析

程立军，刘 涛，姚景涛

(1.黄河万家寨水利枢纽有限公司，山西 太原030002;2.陕西省地下水管理监测局，陕西 西安710003)

万家寨水利枢纽位于黄河北干流托克托至龙门峡谷河段，是黄河中游规划开发梯级的第一级。工程主要任务是供水结台发电调峰，同时兼有防洪、防凌作用。

枢纽设计年供水量14亿 m3，装机108万 kW，年发电量27.5亿 kW·h。枢纽原始总库容8.96亿 m3，调节库容4.45亿。坝址控制流域面积39.5万km2，设计多年平均入库沙量1.49亿t，设计多年平均含沙量6.6 kg/m3。水库最高蓄水位980.00 m，正常蓄水位977.00 m，最高蓄水位回水末端距坝72.34 km。水库采用“蓄清排浑”运用方式，排沙期运用水位952.00～957.00 m。黄河为多沙河流，为了掌握最新水库淤积情况的需要，黄河万家寨水库库区内共设立永久性淤积测验断面89个，其中黄河干流106.54 km范围的73个(WD01一WD72及大沟口断面);杨家川、黑岱淘、龙王沟及浑河等4条支流上共计16个。

水库运行前，于1997年7月进行了上述89个断面的原始库容测验;2000年水库正式建成投人运行后各年汛前汛后分别进行一次库容淤积测验。

1 淤积情况及形态分析

根据淤积测验成果，截止2010年9月，水库总库容由8.96亿 m3减少至 4.85 亿 m3，库容减少 4.11 亿 m3，库容损失45.87%。其中2000年及以前、2003年、2005年、2006年四年淤积量较大，均在0.4亿 m3以上，并且在2006年当年淤积量达到最大值。之后年淤积量有逐年减少的趋势。2000年至2010年各年淤积量统计如下表1。

表1 2000～2010年万家寨水库库容及各年淤积量统计表 亿m3

1.1 分级淤积及历年变化情况

1.1.1 分级库容淤积情况

万家寨水库冲刷水位为948 m，排沙水位为952～957 m，汛限水位为966 m，设计洪水位为974.99 m，最高蓄水位为980 m。因此，分级库容划分参考以上各特征水位，分级库容淤积统计如下表2。

表2 万家寨水库2010年9月分级库容淤积情况统计表

从表2中可以看出，淤积主要集中在汛限水位966 m以下，说明水库整体淤积形态较好，但966 m以上，仍然淤积了库容的16.56%。

1.1.2 分级库容历年淤积变化情况

由于各年来水来沙特性不同，电网的需求也不同，导致水库运行调度方式也存在变动。这些情况导致水库淤积情况各年段间很大变化，按5年一个时段，万家寨水库分级库容淤积变化情况统计见表3。

从表3中可见，975 m以下2006～2010年淤积量大于2001～2005年淤积量，975 m以上(库尾河段)在2005～2010年则是冲刷情况。

1.2 纵向淤积形态

水库纵向淤积形态，是指水库淤积纵剖面的形态，其主要决定于上游水沙特性、水库运行水位、水库水位变幅及水库形态等。据1997年7月、2010年9月两次淤积断面测验成果计算各断面平均河底高程，并结合设计冲淤平衡河底高程，并点绘其过程线图(见图1)。

表3 万家寨水库分级库容近年淤积变化统计表

断面平均河底高程计算公式为:

式中:H为断面平均河底高程;G为统一取定的水位(根据实际情况，WD0l～WD57断面取G=980.00 m，WD58断面上取G=990.00 m);A为水位G对应断面的面积;B为水位G对应断面的水面宽。

对比原始河底高程、2010年10月水库河底高程及设计的水库冲淤平衡河底高程，在距坝0 km～14 km，由于每年凌汛期的计划排沙及机组发电水流的携沙出库，形成坝前冲刷漏斗，使得库区河底高程明显低于冲淤平衡高程;距坝14 km～57 km，河底高程已基本接近设计冲淤平衡高程;距坝14 km～57 km，河底高程已基本接近设计冲淤平衡高程;距坝57 km～80 km，河道略有冲刷，河底高程甚至略低于原始河底高程(如图1)。

从图1中可以看出:水库上中部泥沙淤积体纵向剖面基本呈三角形形状，坝前拉沙形成冲刷漏斗，故可判定水库纵向淤积基本属三角洲淤积形态。进一步采用水库纵向淤积三角洲淤积形态经验判别公式(原黄委会水科所)，进行判别。其经验判别公式为:

式中:V为库容(m3);Ws为年来沙量(t);h为坝前水位变幅(m);H为坝前平均水深(m)。

将万家寨水库实际参数代入 (1)、(2)式，其值分别为8.17和0.143，由此也可推断万家寨水库纵向淤积属三角洲淤积形态。

1.3 横向淤积形态

水库横向淤积形态，是指水库横剖面泥沙淤积形态。其主要影响因素主要有断面水沙条件、断面地形、断面位于水库的部位及水库调度运行方式等。选择水库各段的典型断面(WD06－距坝6.6 km、WD42－距坝 41 km、WD61－距坝63.7 km)套绘分析，可见，水库坝前段(0～14 km)淤积面平行抬高;库中段(14～57 km)淤积严重，特别是非主流河槽，断面仅剩主流河槽淤积较少，该河段为水库主要淤积段;库尾河段(57～80 km)略有冲刷。详见下图2、图3、图4。

2 结论及建议

(1)水库纵向淤积为三角洲淤积形态，淤积集中发生坝上0～57 km河段内，最主要体现在水位966 m以下库容减少。

(2)万家寨水库的淤积状况的好坏主要是库尾河段的淤积情况好坏的决定的，因此，从上面分析可以看出，库尾河段(57～80 km)河段在近年是略有冲刷的，没有出现水库淤积的翘尾形态，水库调度方式运行的比较好。

(3)水库已基本到达设计的冲淤平衡状态，为控制水库进一步淤积，应加大每年的凌汛期配合黄委冲刷降低潼关高程试验进行排沙的力度。

(4)966 m以上防洪库容已经淤积0.323亿 m3，在进行防洪调度时，应考虑到水库调洪滞洪库容的减少，提前做好预泄工作，补充防洪库容。

(5)坚持水库泥沙淤积测验，进行水库泥沙淤积分析，并积极研究适用于万家寨水库的排沙运行方案。

图2 2010年9月万家寨水库WD06断面横断面图

图3 2010年9月万家寨水库WD042断面横断面图

图4 2010年9月万家寨水库WD61断面横断面图

［1］万家寨水利枢纽工程技施设计说明书.水利部天津水利水电勘测设计研究院.2001.

［2］赵文林.黄河泥沙.黄河水利出版社出版.

［3］韩其为.水库淤积.科学出版社.