多沙河流水库淤积影响评价及对策分析

刘 江，张宗亮

(1.新疆水利水电规划设计管理局，新疆 乌鲁木齐 830000；2.中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222)

1 项目背景

英吉沙县位于新疆喀什地区境内，全县人口29.38万人，其中维吾尔族占总人口的90%以上，耕地面积35.87万亩，灌溉面积59万亩，人均耕地仅有1.5亩，是典型的沙漠干旱区，是以农牧业为主的县，工业基础薄弱，农牧民的收入低，县财政不足以支付本县的经济开支，属国家级贫困县。

沙汗水库位于英吉沙县城东南方向约5 km处，是喀什噶尔河流域库山河岔河沙汗沟末端的平原区内，是一座平原中型水库。水库坝长2300 m，最大坝高22 m，原设计总库容5600万m3，是一座具有灌溉、防洪等综合用途的水利枢纽工程[1]。沙汗水库是控制耕地20万亩，灌溉面积24.84万亩，对该县的经济起着决定性的作用。沙汗水库主要水源有四个[2]：依格孜牙河河水、库山河引水、库依两河之间的浅山降水以及沙汗沟泉水。

(1)依格孜牙河洪水是沙汗水库的主要水源，依格孜牙河全长110 km，集水面积1340 km2，多年平均径流量1.12×108m3，属于降雨、季节性积雪和暴雨补给型河流。

(2)库山河位于水库西南面，全长232 km，河源海拔高程7546 m，流域面积6950 km2，多年平均径流量6.52×108m3，径流量年季变化较稳定。该河属于冰川融雪补给型河流。库山河进入沙汗水库的水量通过木华里渠首控制，最大引水流量为30 m3/s。

(3)库依两河间共有小山洪沟21条，这些山洪沟均为季节性洪沟。区间集水面积共454 km2。这些洪沟产生的洪水均注入沙汗水库。

(4)沙汗水库进库泉水水量比较稳定，年平均值为0.731×108m3，年平均流量2.30 m3/s。

2 泥沙运动规律

沙汗水库的泥沙主要是洪水期汇流冲刷侵蚀作用强烈，水流含沙量很大，洪水携带大量泥沙泄入库中，造成水库淤积，水库泥沙淤积以悬移质为主。根据1967年和1997年实测库容曲线及水库淤积情况推求泥沙淤积量。悬移质泥沙平均每年淤积沙汗水库库容102.6×104m3，推移质取悬移质的10%。沙汗水库运行时间较短，泥沙淤积紧密度相对疏松。参考有关资料，取折算系数1.6计算进库泥沙的总量。沙汗水库平均每年的淤积总量为93.32×104m3。沙汗水库为多泥沙河流上修建的中型水库，泥沙淤积类型为典型的锥体淤积[3]。此种淤积形态的主要特点是坝前淤积多，泥沙淤积很快发展到坝前，形成淤积锥体，与大型水库先在上游淤积然后向坝前推进发展的淤积形式完全不同。当水库淤满后，河床纵比降比原河床纵比降小，此后淤积继续向上游发展。

沙汗水库泥沙淤积具有多沙河流上水库普遍地存在的“淤积一大片，冲刷一条带”[4]的特点和规律。这就是水库淤积在横断面上的分布基本上是平淤的，库区横断面不存在明显的滩槽形态，出现“淤积一大片”的特点。当库水位下降时，如果水库具有足够大的泄流能力，并采取经常泄空的运用方式，则库区将拉出一条深槽，恢复横断面上滩槽分明的河道形态，形成一个有滩有槽的复式断面，出现“冲刷一条带”的特点。

多沙河流水库在淤积过程中，横断面的发展变化，一般还具有“死滩活槽”的规律。即滩地只淤不冲，滩面逐年淤高；主槽则有淤有冲，在采用合理的运用方式的条件下，淤废的主槽可以复活，使库区保持一条相对稳定深槽，不致被泥沙淤死。

3 历次整治工程

沙汗水库自1967年建成运行以来，经过30多年的运行，库区淤积严重，如果不进行除险加固措施，根据目前年淤积100万m3的速度，15年后水库兴利库容将被淤死，将极大地制约英吉沙县农业经济的发展，英吉沙水利局先后进行过两次清淤整治：

第一次：2008年英吉沙水利局对沙汗水库进行了除险加固，2009年除险加固施工完成。

第二次：2011年～2013年，沙汗水库又实施了水库清淤，为了对坝前进行清淤，英吉沙县水利局在库中建设库中坝，继而对坝前泥沙进行了清淤，恢复了死库容。

4 库容曲线对比

为详细评价每次整治工程的效果，英吉沙县水利局组织测量单位实施了水下地形测量[5-6]，分别绘制了水库整治前以及各次工程整治后的库容～水位曲线[7]，对其进行对比，通过对比分析泥沙淤积趋势，找出主要原因，以便针对性的提出防淤策略。

4.1 整治前库容

依据《英吉沙县沙汗水库除险加固工程初步设计报告》，水库除险加固前，水库库容参数如下：

(1)沙汗水库原设计死库容800×104m3，运行30多年来，水库库区目前已淤积3000×104m3，淤积面已达到1322.0 m，高于涵洞进口8.5 m，原设计死库容已被淤积。

(2)水库正常蓄水位为1324.1 m，对应库容1577×104m3。

水库除险加固前库容曲线见表1[1]。

表1 沙汗水库除险加固前水位～库容数值表

4.2 除险加固后的库容

沙汗水库除险加固工程实施后，消除了水库存在的险情，恢复了部分兴利库容，水库总库容达到3185×104m3，2010年水库采取水力清淤(人工辅助)措施后，预计水库增加库容500×104m3。除险加固后的库容参数如下：

(1)水库死水位为1321.4 m，死库容200×104m3。

(2)水库正常蓄水位为1324.1 m，对应库容2100×104m3。

(3)水库设计洪水位为1324.71 m。对应库容2622×104m3。

(4)水库校核洪水位为1325.24 m，对应库容3185×104m3。

沙汗水库除险加固后水位～库容数值见表2。

表2 沙汗水库除险加固后水位～库容数值表

4.3 第二次清淤后库容

2011年～2013年，沙汗水库又实施了水库清淤，为了对坝前进行清淤，英吉沙水利局在库中建设库中坝，继而对坝前泥沙进行了清淤，恢复了死库容，第二次清淤后的库容参数如下：

(1)水库死水位为1321.4 m，死库容455×104m3。

(2)水库正常蓄水位为1324.1 m，对应库容2096×104m3。

(3)水库设计洪水位为1324.71 m。对应库容2594×104m3。

(4)水库校核洪水位为1325.24 m，对应库容3031×104m3。

沙汗水库第二次清淤后水位～库容数值见表3。

表3 第二次清淤后沙汗水库水位～面积、水位～库容关系曲线表

4.4 历次库容曲线对比分析

为更清晰对比两次清淤工程的实施效果，将工程实施前后三次量测的库容曲线放到一张图上[8]，沙汗水库三次测量水位～库容关系曲线变化对比，见图1。

图1 沙汗水库三次测量水位～库容关系曲线变化对比图

由以上图可以看出，第一次除险加固前，沙汗水库淤积十分严重，1322 m水位以下库容全部淤死，随着除险加固的进行，对水库进行清淤后，增加了较多库容，死库容恢复到设计库容。第二次填筑库中坝清淤后，起到了围堰的作用，加大了坝前清淤的力度，使得死库容增加至455万m3。三次量算正常蓄水位对应库容、死库容及调节库容对比，见表4。

表4 沙汗水库三次测量水库特征参数对比表 单位：万m3

由表4可以看出，虽然经过几轮水库清淤后，水库库容有所恢复，但并不能改变水库每年淤积的泥沙量。第一次除险加固后，虽然又进行了死库容的清淤，但受制于每年的泥沙淤积，调节库容仍然有所减少，因此若想保住目前的调蓄能力，需保持目前每年清淤的方式，方可保证沙汗水库能够满足下游灌区灌溉调蓄要求。

4 对策及建议

“淤积一大片，冲刷一条带”和“死滩活槽”的概念[9]，对于水库的正确管理运用非常重要。这个规律告诉我们：主槽库容的损失是容易恢复的，滩地库容的损失则是不容易恢复的。水库的管理运用要尽量保持水库的有效库容，以充分发挥水库的作用。因此，必须一方面力求避免损失滩地库容，即在汛期含沙量高时尽量使水流不漫滩，以减少滩地淤积；另一方面，应尽可能扩大主槽库容，即在主槽冲刷时尽可能使它冲得更深、拉得更宽。为此，应尽可能采取蓄清排浑或滞洪运用方式，使水库有泄空冲刷的条件；其次，还应尽可能加大泄流能力，并降低底孔位置，以加强主槽冲刷。

根据多泥沙水库淤积特点和规律，沙汗水库运行管理中应采用以下几种主要排沙措施：

(1)滞洪排沙：洪水到来时，尽可能空库迎洪，或者降低水位运用。当入库洪水流量大于泄水流量时，便会产生滞洪壅水；为了减轻下游洪水的负担，可滞留一部分洪水。滞洪期内，整个库区要保持一定的行近流速，粗颗粒泥沙淤积在库中，细颗粒泥沙可被水流带至坝前排出库外，避免蓄水运用可能产生的严重淤积。

(2)异重流排沙：在水库蓄水期间发生洪水，当洪水具有产生异重流的条件时，则洪水入库后将以异重流形式潜入库底向坝前运动。这时应及时打开闸门渲泄异重流，便可将一部分泥沙排走，从而减少水库的淤积量[10]。

利用异重流排沙时，因为浑水潜入清水后将有部分浑水向清水中扩散，尤其是潜入点附近的泥沙在主槽两侧滩地上大量淤积，因而排沙效果较滞洪排沙为低。但是，异重流排沙也有其优越性，主要是弃水量小，不会影响水库蓄水。

(3)泄空排沙：将水库放空，在泄空过程中回水末端将逐渐向坝前移动，因而原来淤积的泥沙也将因回水的下移而发生冲刷，特别是在水库泄空的最后阶段突然加大泄量，则冲刷效果更加显著。

(4)基流排沙：水库泄空后继续打开闸门，让含沙量较小的常流量畅行冲刷主槽，以减少水库泥沙的淤积。

上述各种水库排沙措施，除机械清淤外，其余几种应视水库的具本情况加以联合运用，做到因地制宜、因时制宜，最大限度排走水库淤积的泥沙，达到减少水库淤积的目的。