石门水库库区淤积测量及现状分析

郑晓红

（汉中市石门水库管理局 陕西 汉中 723000）

1 水库基本情况

褒河是汉江上游较大支流之一，属山区性河流。石门水库位于汉江上游左岸褒河峡谷出口以上1.8km，距汉中市18km，是一座以灌溉为主，结合发电、防洪、城市供水等综合利用的大(二)型工程。设计灌溉汉台、经济开发区、城固、勉县四县（区）51.5万亩农田，是陕西省最大的水稻灌区，电站6台机组总装机容量4.05万kW，设计年发电量1.21亿kW·h。水库大坝为变圆心、变半径混凝土双曲拱坝，坝高88m，坝顶高程620m，坝址以上控制流域面积3861km2，回水长度17.1km。水库总库容1.098亿m3，兴利库容0.607亿m3，死库容0.443亿m3，水库正常蓄水位618m，汛限水位615m，死水位595m。2006年水库除险加固后，解决了水库坝后冲坑掏刷发展、泄洪中孔无检修闸门等病险问题。水库建成四十年来，为汉中工农业生产和社会经济发展做出了巨大贡献，被汉中人民誉为“生命库”、“母亲库”。

2 石门水库淤积工作开展情况

石门水库枢纽工程在施工单位未交付石门水库管理局之前，由施工单位承担运行管理，库区的淤积测量工作也由他们承担。1972年水库下闸蓄水至1980年，库区淤积量为825万m3。石门水库枢纽及灌区于1983年3月由陕西省人民政府组织正式验收，交付石门水库管理局管理。水库枢纽管理工作由石门水库管理局下设的枢纽站管理。大坝安全监测是枢纽站的中心工作之一，其中包括水库淤积监测。

根据水库运行管理规范要求，枢纽站采用固定人员、固定测量器具、固定时间对库区进行淤积测量，以保证水库淤积量和库容曲线的准确性，为水库进行科学管理、运行以及延长水库使用寿命提供最真实的资料。

从1972年石门水库开始库区淤积测量至今，测淤工作从未中断。库区沿岸因316国道改线、拓宽，当地政府拓宽村通公路，修建石门栈道等，埋置的永久断面控制桩损毁严重；沿河群众为方便耕种，随意破坏、移动永久断面控制桩。为此，在每一次测淤前，首先要对所有测淤断面控制桩进行检查，对丢失、移位的控制桩进行恢复，即根据相邻测淤断面控制桩或国家级控制点的坐标、高程，用经纬仪按四等三角网控制测量坐标，用水准仪按四等水准测量精度测量高程，对丢失、移位的控制桩进行恢复和校对。

3 库区淤积测量

3.1 测淤横断面的布设

石门水库于1971年3月开始浇筑坝体混凝土，1972年3月低水位运行，开始发挥灌溉效益。同年施工单位（水电部第三工程局，也承担部分设计，石门水库枢纽属边勘测、边施工）根据其狭长型河道的特点，布设固定测淤横断面25个，其中主河道21个，沙河沟支流4个，见断面布置图1。

图1 石门水库淤积测量断面布置图

在布设测淤断面时尽量选择具有代表性的断面，横断面的疏密程度能基本控制库区范围，能正确反映淤积部位和淤积形态，满足计算库容或泥沙淤积的精度要求。在测淤断面河道左右岸选择开阔、稳固的地方埋置永久断面控制桩（预制钢筋混凝土桩），为减少控制桩数量，方便使用、管理，采用平面和高程控制桩合并在一起，共埋设50个永久断面控制桩。同时，在流域布设高程和平面控制网，从国家等级平面控制点、水准点引点，用经纬仪按四等三角网控制测量坐标，用水准仪按四等水准测量高程，测出各淤积断面上永久控制桩的坐标和高程。

3.2 淤积测量的基本原理

石门水库淤积测量采用的是断面法，即采用经纬仪测水面高程、测视距控制方向、测绳+重锤配合测水深方法。经纬仪视距法是通过测定断面线与控制边的夹角，计算出断面上各测点至断面控制桩的距离，利用观测船航行在断面线上，用测绳+重锤测定水下地形的水深，从而获得淤积高程和该点的平面位置来实现。即在测淤断面控制桩上架设经纬仪，测出水边点与控制桩距离，测出水边点的高程作为库水位，然后从水边开始，观测船沿断面线行驶，用经纬仪测视距、控制方向、用测绳+重锤配合逐点测定水下地形点位置和水深，根据库水位、水深及测深点间距离，确定断面上各测点的位置和高程。由于水下地形是看不见的，故不能按照特征地形点的方法进行测量，而是利用观测船在水面上探测的方法。为了提高测量精度，在测点布设时，根据水下地形的变化趋势，适当放宽或加密测点距离，力求尽量能反映水下地形的真实面貌。

3.3 外业数据的采集

在测淤断面上选择视野开阔、适宜安放仪器的一端控制桩上架设经纬仪，在另一端的控制桩上插花杆作为后视点，经纬仪整平后，量取仪器高，瞄准后视点定向，校对断面上游或下游观测断面控制桩与该控制桩之间的夹角和考证资料相符无误后，即可进行施测。首先测定水边点与控制边的夹角、视距，同时在观测船上用测绳+重锤测出水边点的水深，计算出水边点至断面控制桩的距离、水边点的高程（即库水位）、水边点的水下地形高程。然后驾驶观测船从断面线一侧的水边点开始，经纬仪观角、视距、记录、测绳+重锤配合打测点同步进行，如此反复即可完成对该断面上所有测点外业观测。在观测过程中驾船人员听从断面控制桩上经纬仪操作者的对讲机指挥，保证在整个断面的观测过程中观测航向始终不偏离断面线。测量时每个局部点的采集，由测水深操作人员根据水下地形的变化趋势，合理判断布设测点。为了使测水深和控制桩经纬仪观角同步进行，由测水深操作人员先用对讲机发布观测命令，紧接着测绳+重锤配合打测点，控制桩经纬仪操作人员观角、视距、记录同时进行。

图2 水库库区淤积纵断面图

表1 石门水库历年淤积测量成果表

3.4 测量资料的整理

3.4.1 绘制河道纵、横断面图

首先根据永久断面控制桩的原始资料，通过实测点与控制边的夹角、视距以及该断面上的库水位、测点水深等数据，计算出各个测点至断面控制桩的平距和各个测点的淤积高程，然后按选定的比例尺在毫米方格纸上以各个测点的平距为横坐标，各个测点的淤积高程为纵坐标，在坐标系内定出各测点的位置，依次连接各点，即得该淤积横断面；在毫米方格纸上以各测淤断面为横坐标，各测淤断面上河道最低点高程为纵坐标，在坐标系内定出各特征点的位置，依次连接各点，即得河道纵向淤积分布形态。从2007年开始，库区淤积测量河道纵、横断面图采用AutoCAD电脑软件绘制，提高了绘图精度和效率。

采用以上方法，库区各个控制断面首次测量精度必须高，各断面首次测量值是以后每次观测进行比较的依据，也就是俗称原始断面（原始河床）。

3.4.2 水库淤积量的计算

3.4.2 .1水库淤积面积计算

在实测河道淤积横断面图上套绘对应原始河床横断面线，实测淤积断面线与原始河床断面线相交所围成的面积乘以画图比例即为实际淤积面积。在使用电脑绘图以前，采用人工网格统计法计算水库淤积面积。基本思路是以1cm2为基本单位的网格，不足1cm2的，需进行估算，根据统计出的每个实测淤积断面内的网格数，再乘以每平方厘米代表的实际面积（作图比例），即得到实测淤积面积。使用电脑绘图以后，直接使用软件中的面积查询命令，即可得到淤积面积，避免了不完整网格产生的误差，提高了计算精度和效率。

3.4.2 .2水库淤积量的计算

根据计算出各淤积断面面积和相邻两断面间的距离，即可算出相邻两断面间的淤积量，将淤积量求和，即为库区淤积总量。

淤积量计算表达式：

式中，n——库区布设的断面数，n=1～25；

Sn——第n个淤积断面面积；

bn——第n个断面到n+1个断面之间的断面距；

V——水库的总淤积量。

4 库区淤积情况

石门水库在设计时认为流域内植被良好，河流含沙量不大。根据河东店1956年～1968年实测资料，多年平均含沙量0.934kg/m3，汛期（5月～9月）占全年的85.2%，多年平均输沙率47kg/s，年平均输沙量148万t。

石门水库自1972年3月下闸蓄水至今，水库枢纽管理站对库区的淤积进行了连续性的测量，历年淤积观测成果见下表1。

实测结果表明，实际水库淤积已相当严重。至2012年10月累计淤积量已达4291.42万m3，占库容量40.87%，其中死水位595m高程以下的淤积量为3008.94万 m3，占死库容 4430万 m3的67.92%，595m高程以上有效库容淤积量1282.48万m3，占有效库容6070万m3的21.13%。由水库库区淤积纵断面图2得知，主河道淤积增加主要分布在2＃断面至14＃断面。

根据历年淤积测量整编资料分析知：石门水库坝高水深库面狭长，为三角洲的淤积形态，水库上游尾部段较粗颗粒泥沙迅速落淤，当水库泄洪时尤其降低水位泄洪时，已落淤泥沙以推移质形式向下游运动，形成新的河床，在河道弯道岸边还形成滩地。三角洲前坡逐年向坝前推进，如2007年位于6#～7#断面的三角洲前坡，在2012年推进至4#～5#断面，且前坡脚淤积高程574.54m较2007年有所增加。细粒泥沙多以异重流形态运动扩散直至坝前，受坝阻挡在坝前大量落淤，其特点是全断面平均落淤；冲泄质淤积段也是主要的淤积部分。

5 减少库区泥沙淤积的对策

5.1 加大对库区两岸及流域内人为水土流失的监管力度

近年来，随着社会经济的快速发展，褒河流域内相继修建高等级公路和国家推进城镇化建设等基础设施投资力度的加大，人为加剧了水土流失，导致库区淤积严重。因此，流域内的各级政府和水库管理单位，对流域内采矿、修路弃渣等进行最严厉的监管，坚决禁止农民开荒，破坏流域内的植被。

5.2 运用水库洪水调度排沙

在汛期水库调度中，避开灌区夏插和晒田复水两个用水高峰期，根据天气预报和上游入库站洪水的量级，分析判断在流域出现历时短、强度大降雨过程，在确保水库安全的前提下，降低坝前运行水位，使库面形成一定的水面比降，观察分析悬移质高含沙异重流的流态以及向坝前行进速度，及时通过打开底孔进行排沙减淤。

5.3 淤积高滩水力开挖排沙

石门水库库区河谷狭窄呈“V”形，左右两岸陡峭，采用直接挖除清淤的方法，上游没有适宜的堆储条件，必须修建堆积库或运至下游处理，成本较高。结合水库调度，在库区中上游地段595m高程以上占有效库容的泥沙，采用人工开沟至主河槽，然后用高压泵配消防水带、水枪产生的高压水流将淤积泥沙冲刷至主沟道，利用上游来水和洪水，以及降低水位泄洪拉沙方式将泥沙携带至死库容，由底孔将淤积物排出水库。

5.4 进库开采清运河沙

水库上游落淤的粗颗粒泥沙，对于可利用的河沙，允许并鼓励进库开采清运河沙。

6 结语

随着国家南水北调工程投入资金的加大，汉中作为中线水源保护地，其生态环境逐步改善。褒河流域及库区水保治理措施逐年实施，退耕还林、植树种草、坡改梯工程等多种固土保墒措施，正在有效的改变恢复着青山绿水，水土流失现象明显好转，库区淤积呈逐年减少趋势。

石门水库运用洪水调度排沙，即每次调洪均是先开启底孔，调洪结束再关闭底孔，是非常有效的，2012年实测坝前水下地形，以底孔为圆心，半径50m范围形成漏斗。这种调度方式，既有利于预防底孔被泥沙淤堵，也减少了泥沙在坝前的淤积。然而，泄洪底孔设计过流120m3/s,仅依靠底孔来承担水库排沙，显然是杯水车薪，石门水库管理局正在积极争取资金，力争在水库第二次除险加固中一并解决水库存在泥沙淤积严重等安全隐患。陕西水利