小浪底水库支流拦门沙成因分析

□张心娜（黄河小浪底水资源投资有限公司）

小浪底水库支流拦门沙成因分析

□张心娜（黄河小浪底水资源投资有限公司）

拦门沙问题是水库运用常见的问题也是难题，文章通过对小浪底水库多年实测和实体模型开展水库拦沙后期运用方式长系列年试验研究，对小浪底支流拦门沙成因进行了分析，提供了研究成果，明确了支流拦门沙变化趋态，提出了小浪底水库拦门沙今后处理措施：利用自然力量，通过优化水库调度方式塑造有利的水沙条件和淤积形态，消减支流拦门沙副作用，同时建议将水库调度方式优化作为今后研究重点，强化研究，提出可控性且可操作性强的泄水方式。

小浪底水库；支流拦门沙模型试验；响应关系非工程措施

1 小浪底水库概况

小浪底水库为峡谷型水库，平面形态上窄下宽。根据平面形态可划分为两段，上段自三门峡水文站至HH37断面，长60.92 km、河谷底宽200～400 m；下段长62.49 km、河谷底宽800～1400 m、其中距大坝27～31 km之间河谷宽仅300 m左右。库区支流原始库容＞1亿m3的有11条，均分布在水库下段，水库正常蓄水位275 m。

2 实体模型选用及试验条件

小浪底水库实体模型模拟范围自三门峡水文站至小浪底大坝约124 km库段，覆盖了100%的干流库容与支流大部分库容。模型水平比尺1：300，垂直比尺1：60,变率5，模型糙率比尺1：0.88，沉速比尺1∶1.34，含沙量比尺1∶1.50，时间比尺1∶44.90。模型沙选用郑州热电厂粉煤灰。模型设计采用的相似条件包括水流重力相似、阻力相似、挟沙相似、泥沙悬移相似、河床变形相似、泥沙起动及扬动相似，同时考虑异重流运动相似，即异重流发生(或潜入)相似、异重流挟沙相似及异重流连续相似。研究使用的小浪底水库模型曾进行了水库拦沙初期调度方式研究和黄河调水调沙模型试验研究，实践证明实用准确。

研究采用的来水来沙条件暂采用小浪底入库站资料，实际上由于沿程调整，在每条支流口的水沙条件会与入库有不同幅度的差别。水沙条件采用2020年水平1960—1976年共17个年份设计系列。水库调度方式为“多年调节泥沙,相机降水冲刷运用方式。

3 支流拦门沙成因分析方法

通过实体模型试验，根据水库“多年调节泥沙，相机降水冲刷”运用方式，采用水库拦沙后期运用方式研究长系列年模型试验对拦门沙各影响因素进行相关性分析，提出支流拦门沙影响机理。因篇幅原因，对具体研究过程不在赘述，仅提供研究成果，图示也仅选取具有代表性的支流畛水河显示。

4 支流拦门沙与来水来沙的响应关系

4.1 支流淤积量随来水来沙条件的响应关系

支流年淤积量具有随年来水来沙量的增大而增加的趋势，但在在水量丰沛的年份，水库调度往往会相机降水冲刷，在洪水期干流不仅不向支流倒灌，而且还会引起支流口门的冲刷。小浪底水库拦沙后期模型试验支流淤积量与干流来水关系见图1。

4.2 支流拦门沙坎高度变化值随干流来水来沙条件的响应

支流拦门沙坎高度年度变化值总体表现为随年干流来水来沙量的增大而增加的趋势，但因支流所处的边界条件不同，拦门沙坎高度变化过程不同，之后趋于相对稳定，只随来水来沙大小略有调整。小浪底水库拦沙后期支流拦门沙坎高度变化值与干流来沙关系见图1。

图1 小浪底水库拦沙后期模型试验支流淤积量、拦门沙坎高度变化值与干流来水来沙关系图

5 支流拦门沙与干流淤积形态的响应

支流相当于干流河床的横向延伸，随干流滩面的抬高，支流沟口淤积面同步上升。随着库区淤积，三角洲顶点不断向坝前推进，支流拦门沙坎高度变化会受干流这种比降调整的影响，经历一个先由小（三角洲异重流淤积段）逐渐变大（三角洲前坡段）再变小（三角洲顶坡段）并趋于稳定的过程。支流口门干流滩面淤积厚度增加较快时，拦门沙坎高度增加也较快。支流拦门沙坎高度变化值与支流沟口干流滩面高程变化值关系见图2。

图2 支流拦门沙坎高度变化值与支流沟口干流滩面高程变化值关系图

6 支流拦门沙与干流输沙流态的响应

与干流比降变化相一致，在异重流倒灌后期和明流倒灌初期，即在支流沟口干流位于三角洲前坡段至三角洲顶点推进到支流下游的一段时间（过渡期），支流拦门沙坎抬升迅速。在水库三角洲顶点推过支流口门后，相同水沙搭配条件下，明流倒灌情况下河底高程抬升值总体大于异重流的抬升值。支流不同流态倒灌时拦门沙坎高度变化值与沟口干流滩面高程变化值关系见图3。

图3 支流不同流态倒灌时拦门沙坎高度变化值与沟口干流滩面高程变化值关系图

7 结论及建议

7.1 小浪底库区支流淤积主要为干流来沙倒灌所致。支流相当于干流河床的横向延伸，随干流滩面的抬高，支流沟口淤积面同步上升，支流拦门沙坎高度与干流倒灌流态关系密切。干流异重流倒灌支流，由于泥沙沿程分选淤积而呈现一定的坡降；当干流浑水明流倒灌支流，表现出支流沟口淤积较厚，沟口以上淤积厚度沿程减少，进而形成明显的拦门沙坎，小浪底水库运用以来支流拦门沙坎总体呈增加趋势。

7.2 建议采用非工程或工程措施，利用自然力量，通过优化水库调度方式塑造有利的水沙条件和淤积形态，延缓消减支流拦门沙副作用。具体措施包括；一是当水库形态指标不满足设计调水调沙要求时，增加近坝段排沙机会，如在汛末伺机进行一次降水冲刷；二是不增加新的冲刷机会，但在执行“相机降水冲刷”指令时适当延长或拓展（如增加造峰天数或优化控制指标等）；三是利用支流来水与蓄水能量叠加对拦门沙进行冲刷。四是在支流拦门沙处先开挖小槽，在口门处预留适当长度的挡水堰，以保障支流蓄水量。在水库控制较低水位时，清除挡水堰，利用快速释放的支流蓄水加大对拦门沙大的冲刷。以上措施的具体效果，建议做进一步研究，量化有关指标。

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1673-8853（2016）10-0016-02

2016-08-15

（责任编辑：国立杰）

张心娜（1982-），女，河南许昌，工程师。