宁东能源化工基地供水工程鸭子荡水库黄河取水泥沙分析研究

田欣宁

(宁东水务有限责任公司，宁夏 银川 750001)

1 概 述

宁夏回族自治区煤炭资源相对丰富，其中，宁东煤田已探明适宜开采煤炭储量273亿t，远景储量1394.3亿t，是一个全国罕见的储量大、煤质好、地质构造简单的整装煤田，被列为国家13个重点开发的亿吨级矿区之一。为促进宁夏经济的跨越式发展，宁夏2003年规划开发利用宁东丰富的煤炭资源，建设宁东能源化工基地——宁东煤炭基地、宁东火电基地、宁东煤化工基地。规划至2020年，形成煤炭生产能力1.1亿t，电力装机2000万kW以上，煤炭间接液化生产能力1000万t、煤化工产品500万t，初步测算，项目全部建成后，将新增工业产值及拉动其他行业形成产值约1500亿元，被列为“宁夏一号工程”。

基地开发，水资源是主要资源，因此，宁东供水一期工程于2003年规划建设，工程包括水源工程和净配水工程两部分，其中，水源工程鸭子荡水库是该供水工程的心脏工程，工程位于黄河流域挂井子沟支流内，坝型采用均质土坝，一期工程坝高23.5m、坝顶长2330m、设计库容2053万m3，其中淤积库容750万m3、调节库容1200万m3，防洪库容103万m3。工程于2006年5月建成并通水运行，一期设计日供水规模40万m3/d，2011年日供水量首次突破40万m3，达到了一期供水规模的极限，根据园区发展规划，必须尽快启动二期供水工程设计及建设，因此，需要科学确定鸭子荡水库二期设计库容、黄河水泥沙含量及水库蓄水运行方案，为水库二期加坝扩容提供指导及借鉴。

2 鸭子荡水库入库泥沙分析研究

2.1 水库一期设计入库泥沙分析

2.1.1 库区流域泥沙

根据《宁夏回族自治区水文手册》，该区域平均侵蚀模数500t/(km2·a)，流域面积按15km2计算，相应入库年输沙总量为0.75万t/a。

2.1.2 设计黄河水携带泥沙分析及确定

一期工程设计中采用黄河青铜峡水文站1967—2000年各年逐日平均含沙量水文资料。据资料统计分析，1967—2000年各年逐日平均含沙量大于30kg/m3天数以1996年出现的最多(见表1)，故选作为典型年(该年度逐日平均含沙量和各级逐日平均含沙量天数的统计情况见表2～表4)。

表1 黄河青铜峡站日平均含沙量大于30kg/m3天数统计 单位：天

表2 黄河青铜峡站1996年各级逐日平均含沙量天数统计 单位：天

表3 黄河宁夏段下河沿、青铜峡、石嘴山水文站各时期径流、泥沙统计

表4 黄河青铜峡站逐月平均含沙量

续表

从典型年的泥沙分布情况统计分析，汛期(6—9月份)含沙量为0.32～166kg/m3，非汛期一般为0.06～36.8kg/m3。多年平均含沙量4.133kg/m3。

据统计，含沙量大于5.0kg/m3的天数多出现在7、8月份，分别为21天和29天。全年含沙量小于5.0kg/m3的天数为323天，远多于泵站运行308天的天数，因此，一期水库设计黄河水入库含沙量取4.133kg/m3能够满足工程建设要求。

2.2 鸭子荡水库一期运行泥沙分析

鸭子荡水库一期工程2006年建成并投入运营，其中2010—2017年(至9月)间测得了完整的水量、泥沙及水质运行监测资料(见图1)。

综合分析：图1(a)统计分析了同一月份不同年份的泥沙含量，可以看出不同年份间同一月份的输沙量差异较大，每一月的峰值年份都不尽一致，年内基本上冬春季节含沙量少而夏秋季节含沙量大。

图1 泥沙统计分析

图1(b)统计分析了多年月平均含沙量，其变化趋势与图1(a)大致相同，可以明显看出输沙量多集中在5—11月，尤以8月份为峰值，其月平均泥沙含量达到3.4kg/m3，其余6个月的月平均泥沙含量均处于1.28kg/m3的区间内，数值趋近于总的月平均泥沙含量1.08kg/m3。12月—4月的月平均泥沙含量相对较小，均低于1kg/m3，其中2月最小，约为0.38kg/m3。

图1(c)结合日入库流量、泥沙含量分析计算得到逐年的月输沙量，可见入库输沙量在年内和年际间均存在较大差异。逐年月输沙量与月泥沙含量的大小及变化趋势具有一致性，即多集中于夏秋季的5—11月，且峰值出现在8月，月平均输沙量约为4.7万t，远高于多年月平均值1.2万t。其余6个月的月平均输沙量数值比较平稳，数值接近多年月平均值。

图1(d)更加清晰展示了年内输沙量的分布，可以看出冬春季的12月—4月的月输沙量较小，低于逐年平均输沙量，且多数低于0.5万t，但各月间差异不大。累计计算每年的输沙量得到逐年的年总输沙量，多年平均输沙量为14.3万t，其中2016年的年输沙量最高，约为12.3万t，且集中于8、11、12月份，其原因在于2016年下半年在来流量增加不大的情况下月泥沙含量显著提高，使得8月的输沙量急剧增加。最低峰值是2010年，约为8.8万t；2011—2015年则增量不大，接近多年平均值。

3 黄河青铜峡水文站泥沙分析

黄河青铜峡水文站龙(羊峡)刘(家峡)联调以后1987—2016年共计30年的悬移质泥沙实测资料，按30年系列统计分析，多年平均含沙量为3.54kg/m3；按近20年(1997—2016年)系列资料统计分析，年平均含沙量为2.88kg/m3。自2000年以后，黄河沿岸实施了退耕还林、生态保护，蓄水固沙效果显著，青铜峡站含沙量呈下降趋势(见表5)。

青铜峡站2007年平均含沙量为2.84kg/m3，与近20年(1997—2016年)平均含沙量2.88kg/m3比较接近，因此选取2007年为1997—2016年系列平均值的典型年(表6)。高含沙量主要发生在每年的7、8月，日均最大含沙量为72.3kg/m3(7月29日)，含沙量连续大于10kg/m3的天数有7天，出现时间为8月8—14日。

表5 黄河青铜峡水文站年月含沙量平均值统计

表6 2007年青铜峡站逐日含沙量

续表

4 结 论

鸭子荡水库一期工程黄河引水泥沙含量：设计采用黄河青铜峡水文站1967—2000年34年系列多年年平均含沙量4.133kg/m3为计算标准，2005年水库建成蓄水运行以来，实际近10年的多年年平均含沙量小于2.0kg/m3。

鸭子荡水库二期工程黄河引水泥沙含量选取：黄河青铜峡水文站龙(羊峡)刘(家峡)联调以后，按近20年(1997—2016年)系列资料、2007年年均含沙量资料、鸭子荡水库一期运行近十年资料综合分析，建议鸭子荡水库二期工程黄河引水泥沙含沙量取2.5kg/m3。