冯家山水库淤积及异重流排沙技术

杨晓红

（宝鸡市冯家山水库管理局，陕西宝鸡，721300）

冯家山水库淤积及异重流排沙技术

杨晓红

（宝鸡市冯家山水库管理局，陕西宝鸡，721300）

阐述了异重流排沙技术在冯家山水库排沙减淤工作中的应用，分析了异重流排沙效果及存在的问题，并就减少水库泥沙淤积问题提出了建议，供相关单位参考。

淤积；异重流；排沙；冯家山水库

1 水库基本情况

1.1 工程概况

冯家山水库位于陕西省关中西部陈仓、凤翔、千阳三县交界处的冯家山峡谷，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、发电、供水、养殖等综合利用的大（2）型水利工程。水库枢纽由大坝、输水洞、泄洪洞、溢洪洞、非常溢洪道、电站等工程组成。水库于1970年开工建设，1974年3月下闸蓄水，2002年实施除险加固，加固后坝顶高程716 m，坝长300 m，最大坝高75 m，总库容4.27亿m3。

1.2 流域概况

冯家山水库属于千河流域，流域南北长138 km，东西宽约50 km，流域内山峦重叠，沟壑纵横，山、丘、塬、川皆有。坝址以上控制流域面积3 232 km2，占全流域面积的92.5%。流域内支流众多，宝鸡市境内一级支流29条，较大的二级支流14条，流域内水土流失严重，流失面积约2 570 km2。泥沙主要来自千河北岸的北河、大杜阳沟、草碧河、冯坊河等支流，土壤侵蚀模数为200～500 t/km2.y，黄土丘陵沟壑区2 000～5 000 t/km2.y，最大达到5 963 t/km2.y，造成大量的泥沙流入水库，是水库泥沙的主要来源。

2 水库淤积

2.1 淤积监测

为了全面监测水库淤积状况，在水库库区布设泥沙观测断面36个，由枢纽管理处定期观测水库淤积量，同时在库区沿程取沙样进行颗粒组成分析。

经过观测，冯家山水库是典型的三角洲淤积形态，按其纵向淤积轮廓线划分为三角洲尾部段、三角洲顶坡段、三角洲前坡段、异重流过渡段及坝前锥体段五部分。库区淤积泥沙粒径沿程分布由上游向下游逐渐递减，回水变化库段（20号断面以上）淤积泥沙颗粒较粗，常年回水末端（16-18号断面）及以下的淤积泥沙较细，据估算，库区淤积泥沙中推移质占悬移质的15.8%。

2013年淤积观测结果显示，水库总淤积0.982 3亿m3，其中有效库容淤积0.548 9亿m3，占有效库容的19.2%；死库容淤积0.428 2亿m3，占死库容的47%。随着水库高水位运用，淤积三角洲逐年向坝前推进，淤积末端上延，三角洲厚度增加，有效库容损失率明显增大，直接影响到水库的兴利效益。

2.2 淤积危害

泥沙淤积对水库的正常运用和寿命起到一定的影响，就冯家山水库而言，主要有以下几个方面：（1）淤积造成防洪库容和兴利库容减小，直接影响水库效益；（2）库区淤积“翘尾巴”形态，造成水库上游水位抬高，淹没范围增大，对周边生态环境造成影响；（3）水流携带大量泥沙造成水轮机及过水建筑物磨损；（4）坝前淤积在一定程度上影响枢纽工程的安全运行；（5）泥沙含量过多，附着在泥沙上的污染物对水库水质有一定的影响。

2.3 排沙减淤的意义

冯家山水库作为陕西省关中西部最大的蓄水工程，肩负着宝鸡地区农业灌溉、城市及工业供水、防洪保安等重要职能，其兴利调节功能和社会效益巨大，因此，有效解决淤积问题至关重要。自1974年水库蓄水运行以来，管理单位就致力于水库排沙减淤技术的探索。

2.4 异重流排沙

结合冯家山水库运行实际以及库区地形条件、水库来水来沙规律，采用蓄洪排沙的调度方式。坝前峡谷段是异重流运动和排沙的有利地形，汛期洪水含沙量较大，泥沙颗粒很细，容易形成异重流。在一定条件下，水库洪峰陡涨，异重流运行至坝前，若及时开启排沙底孔闸门，部分洪水排出库外，其余大部分洪水滞蓄，形成一个浑水水库，浑水水库浓度很高，清浑水交界面沉降缓慢，持续时间长，冯家山水库则利用这种浑水水库进行异重流排沙。

实践表明，异重流排沙效果与洪峰流量、含沙量、泥沙粒径、泄量、库区地形、开闸时间及底孔尺寸等因素有关，入库泥沙含量大、粒径细、泥沙沉降缓慢，就容易运行至坝前排出，另外库区地形平顺、比降大、回水短、底孔低等都能够提高异重流排沙效率。

2.5 排沙监测

为了提高排沙减淤水平，1975年水库开始异重流排沙减淤试验，在库区1号、3号、5号断面、坝前和异重流潜没点进行异重流流速、浑水宽度、厚度、含沙量的观测，不断分析研究排沙情况。经统计，1975-2012年间，冯家山水库累计进库泥沙含量10 595.87万t，利用异重流累计排沙2 856.10万t，排沙比27%，最大排沙比99.2%，最小排沙比1.79%，可见利用异重流排沙在减少水库淤积方面取得了一定的成绩。

2.6 异重流排沙的局限性

水库异重流排沙需在洪水持续的前提下进行，一旦洪水停止，异重流就会消失，也就无法进行排沙调度。即使异重流存在，由于受到蓄水、岸坡崩塌、洪峰流量、含沙量、泥沙粒径、泄量、地形、开闸时间等条件限制，其排沙效果仍然会受到影响。2010年入库泥沙总量1 310万t，达建库之最。该年度管理单位多次开闸排沙，年排沙量195.1464万t，排沙比14.9%，可见仅仅依靠技术手段排沙减淤是远远不够的，大量泥沙将会淤积库内。

3 排沙减淤建议

冯家山水库作为陕西省关中地区最大的蓄水工程，如何充分发挥其大型水库兴利调节功能与防洪保安职能，从根本上解决淤积对库容造成的损失，延长水库寿命，意义深远。结合冯家山水库多年运行实际，仅仅依靠现有排沙方式很难解决泥沙淤积问题，要从根本上解决泥沙淤积问题，笔者建议从以下几个方面着手。

3.1 加大泥沙监测力度，科学调控、适时排沙

洪水从千阳水文站演进至坝前的时间是制约排沙效果的关键，早开闸洪水尚未达到坝前，造成水资源浪费，晚开闸大量泥沙落淤，造成库容损失。目前冯家山水库异重流潜入点运行至坝前的时间依据经验公式确定。这就需要在洪峰出现后，不断加大监测力度，结合千阳水文站泥沙监测报告，及时掌握泥沙推移动态资料，科学调控，适时开闸泄洪，最大限度减少淤积。

3.2 提高泥沙监测自动化程度

目前冯家山水库入库泥沙监测依靠千阳水文站测报以及人工取沙样，监测资料有限。加之这种监测方式受到自然环境、自身条件、水域面积、库区水深等各种因素影响，关键时刻往往无法正常工作。为了解决这一难题，水库在除险加固工程中建立了泥沙跟踪测报系统，在坝前、库区设置20个传感器，跟踪监测各断面不同水深泥沙分布和异重流运行情况，为排沙调度提供技术支持。但系统运行以来，由于软件技术以及试验校正不足，功能没有充分发挥。为全面监测泥沙动态，应加大对该系统的投入，开发系统软件，将人工监测与自动监测融为一体，为泥沙运行提供详实的资料，指导水库排沙减淤工作科学有序进行。

3.3 加大政府投资力度，大力改善流域生态环境，减少水土流失

冯家山水库流域面积较大，区域植被分布不均，水土流失严重。要解决泥沙淤积问题，必须逐步切断泥沙来源，防治流域水土流失。这就涉及到深层次社会问题，需要各级政府加大投资力度，更关注生态环境，不断加大植树造林、退耕还林、植草固坡、移民搬迁等生态工程建设力度，大力改善流域生态环境，还河流一个自然、清澈的状态，确保水库工程健康有效运转。

3.4 加大区域小流域治理及宣传力度，全力维护流域周边生态环境

冯家山水库流域支流众多，泥沙来源广，这就需要加大小流域综合治理力度，条块结合，分片治理。通过生态治理工程以及建设山坡截流沟、拦沙坝等一系列措施，集中解决输沙量较大的北河、大杜阳沟、草碧河、冯坊河等多泥沙河流输沙问题，有效控制支流泥沙来源。与此同时要加大宣传力度，禁止乱砍乱伐、毁林造田、倾倒垃圾、河道违章建设等活动，集全民之功全力维护生态环境，最大限度减少上游来沙，减少水库泥沙淤积。

4 结语

解决水库淤积问题是一项长期而艰巨的任务。冯家山水库自投入运行以来，在排沙减淤技术探索方面取得了一定的成绩，但是与源源输送的泥沙相比，仍然有很大的差距，这就需要工程管理单位不断加大监测力度，提高排沙减淤水平，尽最大限度减少泥沙淤积。与此同时更需要各级政府加大投资力度，不断改善流域生态环境，从源头切断泥沙来源，从根本上解决泥沙淤积问题。 ■

[1]谢金明,吴保生,毛继新,刘孝盈.泥沙淤积对水库影响的评估模型研究[J].水利发电学报,2012,31(6):137-142.

[2]陈宗科,段卫忠.陕西地方志水利志丛书，冯家山水库志[M].2004.

This paper introduced the application of density flow in sediment release of Fengjiashan res⁃ervoir.Further,the effect achieved and some problems were analyzed.Accordingly,some advices were advanced,for reference.

sedimentation;density flow;sediment release;Fengjiashan reservoir

TV697.1

B

1671-1092（2014）03-0012-03

2014-04-19

杨晓红（1977-），女，陕西省宝鸡市人，工程师，从事水库工程管理工作。

Title:Sedimentation of Fengjiashan reservoir and its sediment release by density flow//by YANG Xiao⁃hong//Management Bureau of Fengjiashan Reservoir