闹德海水库泥沙淤积及排沙方案比选

于 立

(辽宁省闹德海水库管理局，辽宁阜新123000)

闹德海水库泥沙淤积及排沙方案比选

于 立

(辽宁省闹德海水库管理局，辽宁阜新123000)

闹德海水库于1942年落闸蓄水，至今已运行68 a，水库一直按设计要求进行管理运行，经过多年的运行，库区泥沙淤积量逐年增多，库区的淤积成为闹德海水库正常运行需要解决的首要问题，文中通过收集分析大量资料，介绍了闹德海水库淤积情况、排沙方案的运用效果及排沙方案的选择。

闹德海水库;泥沙淤积;排沙方案;异重流;清淤措施

1 流域概况及泥沙特性

闹德海水库是柳河流域唯一的控制性水利工程。柳河是辽河中下游的一条多泥沙支流，在内蒙古奈曼旗的双山子发源，流经内蒙古库伦旗、科左右旗及辽宁省彰武县、阜蒙县、新民，在新民城南汇入辽河［1］。柳河全长297 km，总流域面积5 798 km2，闹德海水库位于柳河上游，控制流域面积4 051 km2。

2 库区泥沙测量情况及方法

闹德海水库于1942年落闸蓄水，至目前已运行68 a，水库一直按设计要求进行管理运行，经过多年的运行，库区泥沙淤积量逐年增多，为了掌握库区泥沙的淤积状况，把握冲沙时间，闹德海水库每年均采用断面法进行测量，在库区设置横断面67条，测量精度为1∶500，使用全站仪对断面进行测量，测量后计算出水库库容，与其他年份对比计算淤积情况［2-3］。

3 库区淤积情况

库区上游主要有扣河子和养畜牧河两条支流。扣河子流量1.0 m3/s左右，养畜牧河流量1.6 m3/s左右。扣河子河属于季节性河流，除6—9月外，其他时间基本断流，养畜牧河平时流量基本能达到1.0 m3/s，汛期河水流量较大。

闹德海水库全部底孔敞泄是汛期入库平均流量的越9倍，在一般的洪水年份库区基本不淤积，并还能用洪水冲刷前期淤积，只有当遇到特大洪水时候，库区才会淤积［4］。

闹德海水库水位与库区泥沙冲淤部位成正比关系，水位越高淤积部位越高。2000年以后水库在汛期采用低水位蓄水运用，水库淤积部位在距离坝前4～8 km范围内之间淤积，其它部位淤积变化不大。

4 水库汛期排沙方案

闹德海水库排沙方案可选用底孔全年敞泄排沙方法，洪水异重流排沙方案，拟建排沙洞排沙方案。下面分别加以介绍。

4.1 全年敞泄排沙

水库1970年以前是全年敞泄排沙，除了1963年有大洪水强烈淤积外，其余时间都是冲刷;在70年代，水库非汛期蓄水产生淤积，但汛期冲刷增强，平均冲刷量与60年代冲刷量相近;1980—1994年14年中只有84年的大洪水淤积，其他时间都是冲刷;1995—2000年6月和9月蓄水，全年除汛期外均为淤积，全年平均冲15.54万t，已处在冲淤转化的边缘。2001—2013年这几年，全年蓄水，故不管汛期还是非汛期都淤积，全年淤积达52.38万t。闹德海水库运用和库区淤积的关系十分密切，只要关闸库区即刻开始淤积，一旦一年中关闭闸门的时间太长，水库就要向淤积倾斜。要达到年内冲淤平衡，7、8月份洪水期就必须开闸排沙［5］。

4.2 异重流排沙

异重流量两种不同密度又可以相互混合的流体因密度差异而产生的分层流动，也称密度流，分层流或潜流。导致流体产生密度差异的原因有温度、溶解质、水汽或带的细颗粒物质等，在自然界中常见的异重流现象有:水库的浑水异重流、河口的盐水入浸，湿差异重流和大气中的冷锋等。在水利工程建设中，为了提高水库排沙效率，研究异重流的运动规律具有重要意义。

4.2.1 闹德海水库异重流概况

经过笔者对水库实测资料分析得知，共发生较典型的异重流6次，其中:1980年、1995年、1996年3次异重流期间，平均排沙比为46%。

1971年、1975年和1977年3次异重流期间，闸门基本关闭状态，形成异重流淤积，排沙比仅为1.3%。在以上6次形成异重流中，入库最大洪峰流量58～536 m3/s，入库日均最大流量33～83 m3/s，入库日均最大含沙量36～358 m3/s，坝前日均水位171～177.9 m。由此可知，由于闹德海水库库区河谷狭窄，河床比降大，来水含沙量较高，比较容易形成异重流并抵达坝前，水库能利用异重流排沙以减少库区淤积，并且，异重流排沙可以防止形成浑水水库，有利于保证水库的供水率［6-7］。

闹德海水库异重流比较容易在石门子、白庙子洪水期形成，特别是白庙子洪水泥沙较细、含沙量高，更容易形成库区异重流。库区来水来沙条件及水库运用情况决定于异重流冲淤状况。

据估算，发生的6次异重流期间，库区来沙585万 t，出库沙量86万 t，累计淤积达500万 t。其中，3次异重流开闸排沙的库区来沙110万t，出库沙量51万t，累计淤积仅约60万 t，而另外3次异重流期间蓄水拦沙，库区来沙量475万t，出库沙量仅36万 t，累计淤积量高达440万 t。

4.2.2 库区异重流排沙特性

异重流平均排沙比与水库库底比降相关，库底比降大排沙比也大，反之则小。水库异重流排沙比与入库洪峰流量相关，入库流量大、排沙比也大，反之则小［8］。

除上述水力条件外，进库泥沙颗粒组成密与排沙比大小切相关。如果水库闸门全部开启，异重流到达坝前时，其排沙比与进库泥沙颗粒＜0.01 mm所占百分比基本一致。

例如，1980年异重流期＜0.01 mm泥沙所占全沙的30%，相应排沙比为33%，具有较好的相关性。

4.2.3 异重流排沙对库区冲淤平衡的影响

洪水期的冲刷特别是中长期洪水是闹德海水库库区泥沙冲淤主要方法，敞泄期洪水冲刷比异重流排沙效果要好很多。通过水库专家测算，对于满足日均流量＞100 m3/s或日均含沙量＞100 kg/m3条件的洪水，应该进行敞泄排沙，不能只依靠于异重流排沙，其他的洪水能够使用异重流相继排沙，减少库区淤积［9］。

4.3 拟建排沙洞方案

经过上文分析，在产生异重流的时候，可以在距离主坝前约1 500 m处修建排沙洞，使异重流直接从排沙洞排出，排沙效果较好，从而可将清水蓄到坝前，增加水库的蓄水量。此项工程一次性投资较高，但效益显著，可以蓄清排浊，增加水库的使用年限。

5 结论及建议

在不影响兴利库容供水能力的情况下，闹德海水库可以依靠天然的大流量进行排沙，充分利用异重流冲淤，如果持续多年没有出现大流量过程实现排沙，造成水库持续淤积并影响到供水能力时，需要进行适当的敞泄运用，或者借助机械措施进行清淤。

［1］冮行久，闫舜皆.阜新地区河流泥沙状况分析［J］.东北水利水电，2008，26(01):52-54.

［2］岳家庚，李娜伟.闹德海水库除险加固期供水探析［J］.东北水利水电，2013(03):56-57.

［3］韩其为，杨小庆.我国水库泥沙淤积研究综述［J］.中国水利水电科学研究院学报，2003，1(03):169-178.

［4］谢金明，吴保生，刘孝盈.水库泥沙淤积管理综述［J］.泥沙研究，2013(03):71-80.

［5］徐国宾.陕西省水库泥沙淤积灾害及其防治对策［J］.水土保持通报，1994，14(04):35-38.

［6］万建蓉，宫平.嘉陵江亭子口水库泥沙淤积研究［J］.人民长江，2006，37(11):47-48.

［7］陈雪梅.宝鸡峡林家村枢纽水库排沙方案初探［J］.陕西水利，2002(05):40-42.

［8］李洪利.闹德海水库加固期排沙技术研究［J］.中国科技信息，2011(09):48.

［9］岳家庚，李娜伟.闹德海水库异重流排沙方案［J］.黑龙江水利科技，2013，41(01):139-141.

TV145

B

1007-7596(2014)06-0121-02

2014-02-24

于立(1981-)，男，辽宁朝阳人，工程师，从事水库运行管理工作。