水库淤积分析与多年输沙总量推求

王学良，陈学林

(1.甘肃省水文水资源局，甘肃 兰州 730000;2.甘肃省张掖水文水资源勘测局，甘肃 张掖 734000)

水库淤积分析与多年输沙总量推求

王学良1，陈学林2

(1.甘肃省水文水资源局，甘肃 兰州 730000;2.甘肃省张掖水文水资源勘测局，甘肃 张掖 734000)

河流上修建的控制性工程—水库除具备灌溉、发电、防洪、航运功能外，还有拦蓄泥沙的功能。而泥沙淤积程度大小又是衡量水库使用期限的一个重要指标。通过水库淤积测量和分析工作，对淤积来源、产生原因、测量、计算、库容修正方法的体会和认识进行阐述。同时介绍一种利用淤积量推求多年输沙总量的方法。

水库淤积;库容曲线修正;输沙总量推求;方法

1 淤积来源与产生

1.1 来源

在干旱半干旱地区，森林覆盖率不高，植被条件差，水土流失严重;遇局部暴雨常发生高含沙量的山洪、泥石流、山体滑坡现象，以及水流对河床、边坡的冲刷引起的悬移质和推移质含沙量都是水库淤积的主要来源。

1.2 产生

水流挟带着泥沙流入水库，由于入库洪水容重比库内存水大，入库洪水一般从水下底层到达库区，在底部摩擦阻力、周围水的粘滞、坝体回拦作用下静止。洪水中泥沙容重大于水的容重，从而使泥沙很快沉降于库底产生淤积。

2 淤积测量与计算

2.1 测量

水库经过多年运行，淤积达到一定限度，就改变了库容，使水位库容关系与实际情况不相符合，反推入库流量与实际来水量出现矛盾，反推入库洪水过程线呈锯齿状。来水较小时，反推入库流量出现负值现象。这种情况的出现，严重影响了水库的调度运行，就得对库区地形重新测量。

2.1.1 淤积范围确定

未了减轻繁重的重测地形工作任务，通过高程测量或库区内淤积上限水位留下的等水位线痕迹就可确定水库的大致淤积范围，可以只对发生淤积部分进行测量。

2.1.2 水上部分测量

考虑到导线点互相通视，导线边长，视距影响，地形状况，平面控制测量需布设闭合导线或符合导线，有时遇到库区面积不大，地形条件复杂，导线量距工作十分困难，多采用小三角平面控制测量方法。高程控制测量多采用三、四等水准测量方法，在山区地形起伏变化较大的情况下也可采用三角高程测量方法，碎部测量方法这里不在赘述。

2.1.3 水下部分测量

进行淤积地形测量时常遇到没有库干的情况，这时就需解决库区内水下部分测量问题。测船在水面移动，配合现代水深测量仪器，在岸上用经纬仪交会定位，用碎部测量方法先计算船底(水面)高程，减去测深仪器测得的水深，就可确定测船上水尺所处位置的库底高程。

随着科学技术的不断发展，利用现代测量技术，平面控制测量中各导线点高程、坐标可用GPS全球定位系统测取，碎部测量用全站仪配合棱镜，有计算机和地形成图软件，就可快速完成淤积部分地形测量、绘图工作，结合实地地形、地貌特征对绘制出的地形图进行必要的修改、修饰。

2.2 计算

用淤积部分地形测量成果，勾绘等高线，用求积仪或方格法量算各条等高线包围的面积，再用近似圆锥、圆台体计算各等高线间的体积，这就是相邻等高线间的库容，累计后得到不同水位级的新测库容。同水位级下原测库容与新测库容之差，就是该水位级下的淤积量。淤积量随水位不同而发生变化，水位越高淤积范围越大，淤积量就相对越大，到达或超出淤积范围后淤积量就趋于常数，这个常数就是水库的最大淤积量。

3 库容关系修正

淤积测量的目的就是修正库容曲线。从我国现行的站网布设密度看一般中小型水库最多布设一个水库站或坝下站，入库水量、沙量控制站布设较少，而库容修正方法一般有两种:一是在库区上游设水文测验断面控制时段入库水量，和水库坝前水位对应的库容反推而得的时段入库洪水量比较而得。此法耗资较大，需设测验断面，断面水位次数要能控制住其连续变化过程，流量测验精度要求也高;花费时间较长，需积累很长时间的资料才能完成。二是对淤积部分地形测量成果整理后重新制定淤积范围内新测水位库容关系或不同水位级的原测库容减去对应的淤积量后得到修正后的水位库容关系曲线。

4 算例

以双树寺水库为例进一步说明淤积量计算与库容修正方法。双树寺水库位于甘肃省民乐县诚南9 km的洪水河峡谷地带，建于1975年，坝高58.5 m，流域面积 578 km2，库曲面积1.2 km2，多年平均入库径流量 1.20亿 m3，总库容 2 530万 m3，相应水位 2 480.00 m，死库容 150万 m3，相应水位2 442.00 m，兴利库容 2 380万 m3，电站装机容量 0.252万kw，下游洪水河灌区有效灌溉面积22.48万亩，属大型灌区，也是张掖市节水型社会建设试点灌区之一。准确推算和测量入库流量和下泄水量是水资源科学调度、合理配置和高效利用的需要。1994年对水库淤积进行一次测量，淤积测量成果和淤积计算结果列表1。

表1 双树寺水库淤积测量成果和淤积计算结果表

表 1中 VS=V－V'，库水位(Z)由 2 438.00 m到2 450.00 m，淤积量(VS)由 21.00×104m3增至 132.00×104m3，由此可确定最大淤积量为 Vsmax=132.00×104m3。

库容关系曲线修正方法如下:在原库容关系曲线上查得库容 V，减去对应淤积量 VS，就得到修正后库容 V'(即新测库容)，绘制Z－V'关系就得到淤积范围内的修正库容曲线，将淤积范围上限水位的原库容关系曲线系统向左移动最大淤积量数值(Vsmax)，才算得到完整的水位库容关系修正曲线图，见图1。

5 多年输沙总量的推求

5.1 推求公式

用计算而得的水库最大淤积量(Vsmax)乘以泥沙干容重(γs)，就得到水库建成之日到淤积测量之时这较长时段的输沙总量(Ws)。用公式表示:

用(1)式可求得算例中双树寺水库所在河流1975—1994年间的输沙总量

图1 双树寺水库原测和淤积(新测)库容关系曲线

5.2 讨论

1)由于水库泄洪时挟带部分泥沙和低水时冲沙影响、水库蓄水后两岸边坡崩塌、考虑入库推移质沙量影响，用(1)式推求的多年输沙总量仅是一个近似值。

2)多年输沙总量推求的泥沙干容重与泥沙颗粒大小、淤积厚度、淤积历时有关，选定干容重存在经验性，有待试验验证。

3)有了(1)式推求的多年输沙总量，可以粗略弥补河流泥沙资料的空白。

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1004－1184(2012)05－0151－02

2012－04－23

王学良(1982－)，男，甘肃靖远人，工程师，主要从事水资源研究调查评价工作。