龙头石水电站水库淤积变化分析

2016-04-14 08:21中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司四川成都610072

水电站设计 2016年1期

黄良文（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072）

龙头石水电站水库淤积变化分析

黄良文
（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072）

摘要：龙头石水电站蓄水后，库尾河段淤积较为严重，较大的降低了库尾河段防洪能力，通过对龙头石水电站蓄水后坝前水位、库区断面、库尾水尺等实测资料的分析，认为库尾河段淤积严重是上游入库沙量偏大、汛期坝前运行水位过高等因素综合造成的。关键词：泥沙淤积；龙头石；冲沙

0 前言

龙头石水电站位于大渡河中游雅安市石棉县安顺场上游约10 km处，为大渡河干流规划调整推荐22级方案的第15梯级电站，上游与在建的大岗山水电站衔接。电站装机容量700 MW，水库正常蓄水位955 m，死水位952 m，汛期排沙运行水位952 m。水库正常蓄水位955 m时，水库回水长度约16．1 km（至大岗山水电站坝址），库区水面宽120～590 m，库容1．38亿m3，具有日调节能力［1］。龙头石水电站于2004年9月开始筹建，2006年4月核准开工建设，于2008年8月水库下闸蓄水，9月第一台机组发电。

泥沙淤积一直是水库运行的重要制约因素之一，设计阶段对龙头石水电站的泥沙淤积、调节库容保持以及调度方式开展了研究。为减少龙头石库尾淤积、保持调节库容，在输沙集中的6～9月，设置了汛期排沙运行水位。但水库从2008年8月运行至2010年9月仅约2年时间，库尾河段泥沙淤积严重，2010年10月至今，入库沙量较前两年有所减少，但淤积问题依然突出，为分析水库运行以后淤积状况及其原因，成都院从2010年至今每年均开展了库区横断面测量、库尾水尺断面水位流量关系的分析，并收集了2010年10月以前的龙头石坝前水位调度过程，全面开展了龙头石水库淤积影响分析，对库尾河段提出清淤等综合整治措施。

1 库尾淤积现状

龙头石水电站水库平面整体形状为河道型水库。根据可行性设计报告中的预测数据，龙头石水库运行5年后大岗山水库建成时，龙头石水库的总淤积量为6 660万m3，此后45年，由于大岗山水库的拦沙作用，龙头石水库的库区淤积量基本不变，直至大岗山水库的泥沙淤积洲头出库后，龙头石水库将重新开始淤积。

根据2010年9月的实测地形，龙头石库区总淤积量约5 010万m3，悬移质泥沙淤积洲头距坝5．6 km。

按2012年3月实测横断面资料统计，龙头石库区总淤积量约5 708万m3，比2010年9月淤积量增加约698万m3，悬移质泥沙淤积洲头向前推进了约0．8 km至距坝4．8 km附近，增加淤积量主要分布在2010年9月所测的淤积洲头以下距坝5．6 km以下河段内，其中撒拉池沟口以上河段库区河道的淤积量有所减少，减淤量约156万m3。

根据2012年11月实测横断面资料统计，龙头石库区总淤积量约6 846万m3，比2012年3月库区淤积量增加约1 138万m3，大约是2011年水库总淤积量698万m3的1．6倍，悬移质泥沙淤积洲头向前推进了约1．2 km至距坝3．6 km的新民集镇附近。增加淤积量主要分布在距坝8．3 km以下洲面及三角洲前坡河段内，其中撒拉池沟口以上库尾河段在2011年3月的基础上回淤了约54万m3。

根据2013年8月20日实测横断面资料统计，龙头石库区总淤积量约8 531万m3，比2012年11月库区淤积量增加约1 685万m3，悬移质泥沙淤积洲头向前推进了约2．6 km至距坝1．04 km附近。增加淤积量主要分布在距坝3．6 km以下三角洲前坡河段内，其中撒拉池沟口以上库尾河段在2012年11月的基础上淤积了约40万m3（见图1～6）。

图1 历次实测的库区平均淤积高程比较

图2 库尾河段08断面（桃坝渣场中部）

图3 库尾河段10断面（撒拉池沟口上游）

图4 洲面河段14断面（距坝7．42 km）

图5 洲面河段18断面（距坝3．63 km，新民集镇）

图6 洲头河段21断面（距坝1．724 km）

2 原因分析

2．1 入库泥沙分析

根据龙头石2008年8月～2010年9月初期运行2年的水库淤积量，反算2年的悬移质年输沙量及推移质年输沙量分别为4 070万t及200万t，分别为多年平均入库悬移质输沙量2 440万t及推移质输沙量32．7万t的1．67倍及6．2倍。其中悬移质输沙量接近实测系列的次大年输沙量4 400万t，悬移质输沙量偏丰，入库推移质输沙量异常偏大。

根据实测资料，2011年龙头石水库因入库输沙量偏少，相应的库区淤积量也偏少，但从2012年3～11月库尾河段淤积量来看，年入库卵砾石推移质接近100万m3，沙量偏丰。

分析其原因，龙头石水库蓄水运用后，其上游电站处于施工阶段，由于施工弃渣造成固体径流物质来源的增加，尤其是卵砾石物质的大量增加。另外，近几年龙头石库区上游曾发生过较大规模的泥石流，2008年“5·12”汶川大地震后也导致了龙头石上游山体库岸破碎堆积物的松动，泥石流以及增加的库岸松动破碎堆积物也在一定程度上增加了龙头石水库的固体物质来源。由于上述原因，导致了龙头石水电站建成后的入库沙量，特别是卵砾石推移质输沙量的异常偏大，致使库区淤积量，特别是库尾河段淤积量偏大［2］。

2．2 龙头石水库汛期运行水位分析

根据龙头石水电站可研设计阶段确定的调度方式，大岗山电站蓄水前，汛期6～9月，坝前水位控制在汛期排沙运行水位952 m运行，10月～翌年5月，水库在死水位952 m至正常蓄水位955 m之间作日调节运行。根据收集的龙头石电站2009年及2010年的坝前水位调度过程（见图7、8），对比龙头石实际调度情况与可研设计的要求，在入库输沙量集中的汛期，龙头石水库的坝前运行水位一般情况下比设计要求的运行水位952 m抬高约1．5 m左右（最大抬高3 m）。由于龙头石水库在输沙量集中的汛期的运行水位高于设计运行水位，使入库推移质及悬移质粗沙首先迅速在龙头石库尾大量淤积，致使目前龙头石水库库尾河段的淤积高程比可行性设计预测的5年后的地形还要偏高。

图7 龙头石水库2009年5～9月坝前水位

图8 龙头石水库2010年5～9月坝前水位

3 影响分析

由于龙头石库尾的河段的大量淤积，大幅降低了该河段的行洪及防洪能力。图9、10给出了龙头石库尾的大岗山尾水水尺（5断面位置）、桃坝渣场水尺（8－1断面位置）2010年至2013年汛期的水位流量变化过程。从以上水尺水位及流量过程图可以看出，2010年汛期运行过程中，库尾河段床面急剧抬高，致使库尾河段水位急剧抬升，出现小流量高水位情况，在流量为2 000 m3／s左右时水位抬高近2 m，2011年由于坝前水位控制较好，该河段水位较2010年最高时有一定降低，但随运行年限的增加，库尾河段发生累积性淤积，使2012年、2013年库尾河段水位又逐渐抬升。

由于2010年7～8月龙头石库尾河段床面急剧抬高，在8月19日至8月24日，大渡河相应河段流量在1 900 m3／s左右，造成龙头石库尾的挖角乡当地居民房屋、农田、电站及省道211线受到不同程度的淹没影响。由于库尾河段累积性淤积，2013年7 月17～21日，大渡河该河段流量在3 000～3 400 m3／s左右，再次发生水淹挖角集镇及电站、变电站情况。

图9 大岗山尾水水尺水位流量观测过程

图10 龙头石库尾桃坝渣场水尺水位流量观测过程

4 冲刷试验及效果简析

为了尽量降低库尾河段泥沙淤积高程及水库回水位，在龙头石水电站实施了电站停机、降低水库水位的冲沙试验。龙头石水库2011年6月10日冲沙试验总历时8小时零6分，冲沙试验期间，入库流量1 900 m3／s，出库最大流量3 907 m3／s。坝前最高水位952．25 m，最低水位939．1 m，水位降幅13．15 m。

本次冲沙试验的库区冲刷发生在距坝3．63 km～距坝9．21 km范围内（新民～小马集镇），其中新民集镇以上距坝7．42 km～距坝3．63 km范围为本次冲沙试验的主要冲刷库段，在主要冲刷库段形成宽约200～300 m、滩槽深度约2～10 m左右的冲刷下切河槽。新民集镇以上库区累计冲刷量约490万m3，上游冲刷的泥沙大部分在距坝3．63 km以下的壅水库段中再次淤积沉淀，该壅水库段的总淤积量约为480万m3，全库区累计冲刷出库的库区泥沙约为10万m3。

本次冲沙试验前后，库尾河段的水位降幅有限，在入库流量1 900 m3／s、2年一遇洪水流量3 920 m3／s及5年一遇洪水流量4 800 m3／s时，库尾加油站河段的水位降幅分别为0．03 m、0．10 m及0．14 m。从本次冲沙试验来看，若要依靠水库降低水位敞泄冲沙减轻库尾河段的淤积程度可能耗时较长且效果有限［3］。龙头石库区冲沙前后对比见图11。