石门水库泥沙淤积对枢纽建筑物的影响探讨

高嵩（汉中市石门水库管理局　陕西　汉中　723000）

石门水库泥沙淤积对枢纽建筑物的影响探讨

高嵩
（汉中市石门水库管理局陕西汉中723000）

本文论述了石门水库泥沙淤积形态及过程特征，分析了泥沙淤积对水库枢纽建筑物的影响。提出了加强流域内的水土保持工作、加强水库管理的科学研究以及采取工程处理措施等方法，以控制和减少水库的泥沙淤积，以期为同类工程提供借鉴。

泥沙；建筑物；影响；处理措施；石门水库

1　工程概况

石门水利枢纽工程位于陕西省汉中市，汉江支流褒河峡谷出口以上1.8km处，是以灌溉为主、兼顾发电、防洪、城市供水等综合利用的大型水利枢纽工程。石门水库灌溉51.5万亩稻田，占汉中地区稻田的1/4，电站总装机容量4.05万kw，平均年发电量1.21亿度。大坝为混凝土拱坝，最大坝高88m，坝顶高程620m，坝身中部开设六个7m×8m泄洪孔口，底槛高程596m，并设有2m×2m底孔一个，底槛高程550m。大坝于1973年基本建成，水库开始发挥效益。褒河流域系长江水系汉江上游较大支流之一，属山溪性河流，全长130km，河床平均比降4.3%，流域面积3864km2，水库面积3.2km2，水库回水长度17km，平均水库宽度180m，最大宽度250m，是典型的峡谷式河道型水库，总库容1.098亿m3，其中有效库容0.607亿m3。石门水库根据工程修建前的水文记载，多年平均流量43.6m3/s，年径流13.8亿m3，径流的主要补给是降雨，库区多年平均降雨量905.6mm，多集中在7月～9月份，占全年雨量3/4，洪水陡涨陡落，峰高量小，汇流快，历时短，多年平均含沙量0.934kg/m3，多年平均输沙量（悬移质）148万t。石门水库1972年蓄水后，在库区共布设了25个测淤断面，采用横断面法测量。

2　泥沙淤积形态及过程特征

2.1泥沙淤积形态

根据水文资料褒河汛期（6月～9月）泥沙含量为全年的85.2%，淤积也多在汛期生成。石门水库坝高水深，库面狭长，库容相对较小，汛期容易造成淤积，形成三角洲的淤积性态。

汛期泥沙的造床质部分 （泥沙粒径大于0.02mm部分），全淤在三角洲上并逐年向坝前推移，河沙粒径小于0.02mm冲泻质部分淤在三角洲前坡至坝前之间，并在拱坝底孔前形成冲刷漏斗。

在水库的上游尾部段和顶坡段，较粗颗粒泥沙迅速落淤，粒径0.01mm～1mm，当水库泄洪时尤其当降低水位泄洪时，就以推移质的形式向下游运动，在这部分的库底形成河槽、转弯河段岸边形成滩地形态。三角洲前坡逐年向坝前推移，已从1980年距坝10km的12号断面推移到1994年距坝5km的7～8号断面。处于三角洲顶坡的9号断面淤积面高程已达死库容水位595m。

细颗粒泥沙多以异重流的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，冲写质淤积段也是主要的淤积部分。坝前初期淤积很快，至1980年坝前淤积高程就达553m，淤积厚度10m，平均年淤积2m。特别是汉中“81.8”洪水加速了石门水库的淤积程度，河道底部已由原来的V型变成较平坦的U型。

2.2泥沙淤积过程特征

石门水库每年大约有9.8亿m3水量挟带泥沙入库，而有效库容仅有0.6亿m3，大量洪水下泄，这个过程是水库主要泥沙的淤积成因。

水文特征对水库落淤的影响：石门水库坝高水深，水库所在的褒河，系汉江上游较大支流之一，发源于秦岭南麓崇山峻岭之中，河道短，坡降大。故洪水集流甚快，洪峰陡涨陡落，易造成表土冲刷。

另外，随着经济的发展，一些开矿、耕种活动增加，植被破坏，加之库区森林覆盖率不高，从而造成水土流失严重，加剧了水库淤积。

3　泥沙淤积现状

3.1历年淤积量测量结果

石门水库1972年建成，蓄水后在库区共布置了25个测淤断面，采用断面法测量并计算历年水库淤积量及淤积分布。

石门水库历年淤积量计算统计见表1。

根据2012年淤积测量成果，至2012年累积淤积量已达4291.42万m3，占总库容的40.87%，9号断面以上淤积面均超过了死水位595m高程。死水位595m高程以上有效库容淤积1282.48万m3，占有效库容6070万m3的 21.13%。石门水库淤积大部分在死库容水位595m以下，达3008.94万m3，占死库容4430 万m3的67.92%，其主河道淤积增加主要分布在2号断面至14号断面。由石门水库历年淤积量表可知，2012年11月所测淤积量比2007 年10月所测淤积量增加了403.65万m3，近五年淤积速度有所加快，主要原因在于沿库区多项工程建设弃渣经雨水冲入库区，加之2007年至2012年间降水较多，多次发生洪水。但库区整体淤积速率保持下降，这主要得益于近年来流域内退耕还林，水土保持良好。石门水库自1972年建成蓄水运行已经40年，水库多年平均淤积速率为1.02%。

由坝前水下地形图测量数据得知，2012年坝前淤积最低高程为563.82m，已高出底孔底槛550m高程13.82m；河床电站进水口淤积最低高程为565.34m，与河床电站进水口底槛567m高程相差1.66m。淤积已对东干渠进水口（588.5m）、西干渠进水口（592m）、河床电站进水口（567m）的正常引水造成威胁，由于大量淤积，曾多次造成石门东电站事故停机，1990年9月迫降库水位，对东干渠进水口进行了清淤。

3.2泥沙淤积对工程设施的影响

（1）淤积对水库效益的影响

由于石门水库没有有效的排砂减淤设施，水库建成至2012年，已有4291.42万m3的泥沙淤积，其中，有效库容淤积已超过1282.48 万m3，使灌溉、发电受到影响，从而造成水库效益锐减。

（2）淤积对底孔的运行影响。

由淤积测量结果可知，2012年坝前淤积高程已达563.82m，已高出底孔底槛550m高程13.82m。如1981年的一次开底孔时，提升0.3m还不见出水，提升到0.4m时才突然涌出泥浆水，因此有堵塞底孔进口的可能性。

（3）淤积对东电站的影响。

1990年7月6日大洪水后，由于大量污物进入机组，直接影响了东电站正常发电，使东电站7、8两个月被迫5次停机排除故障，由于故障频繁，机组损坏严重，9月初东电站只好停机待命。

表1　　石门水库历年淤积量表

（4）淤积对拦污栅的影响。

由于库区特有的地形地貌及进水口所处的位置，加之淤积物的来源、种类比较复杂，使拦污栅的安全运行受到影响。如1990 年9月18日当库水位降至586.5m，进行拦污栅检查时发现：进水口前方淤积高程约594.5m，进水口拦污栅前形成涡流坑，直径约3m，坑深约4m～5m，拦污栅上伏着被沉入泥沙中的树枝、木棍及少量石块等淤积物，两个栅片发生弯曲变形，栅片挂齿发生扭曲变形。也直接影响了东干渠灌溉引水和东电站正常发电。

4　控制泥沙淤积的对策

4.1采取工程措施

为解决石门水库的淤积问题，确保工程设施的安全运行，应采取工程处理措施，如：对坝前100m以内泥沙进行清挖，以缓解目前泥砂对底孔、东干渠、河床电站引水口及拦污栅的淤堵，同时又可以恢复一定的有效库容。

4.2加强上游流域内的水土保持工作

依据《水法》、《水土保持法》等相关法律、法规，加大执法力度，严禁在库区和流域内进行采矿、耕种等活动。对跨库区建设工程，要坚强监督检查，防止弃渣进入水库。

4.3加快研究和开发褒河上游梯级水库

上游建库将有效解决石门水库的淤积问题，对延长水库寿命和水库效益的发挥都将起到积极作用，因此，应积极向有关部门建议加快研究和开发褒河上游梯级水库。

4.4加强水库管理的科学研究

建立出库入库流量站，掌握洪水含沙量基本资料。建立准确可靠的水情预报系统，制定有利于减淤排沙的调度运行原则。开展水库泥沙淤积形态及淤积过程特征的科学研究，为采取工程措施和制定水库调度运行原则减少泥沙淤积提供科学依据。

5　结语

石门水库地处陕西省汉中地区，是一座重要的大（二）型水利枢纽工程，石门水库坝高水深，库面狭长，库容相对较小，汛期容易造成淤积，形成三角洲的淤积性态，水库运行40多年，2012年实测淤积已达到4291.42万m3。通过对石门水库淤积现状的分析，不难看出，石门水库的淤积情况是严重的，已对工程设施的安全运行构成威胁，因此，除应加强对淤积的监测及其运动规律的分析研究外，采取工程处理措施是十分必要的，已确保水库效益的正常发挥。陕西水利

［1］赵克玉，蓝俊东，汤建斌.石门水库排沙减淤技术研究 ［J］.水资源与水工程学报，2006，（5）：46-49.

［2］中国水利学会泥沙专业委员会.泥沙手册［M］.北京:中国环境科学出版社，1992.4.

（责任编辑：唐红云）

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