紫坪铺水库运用以来泥沙淤积特征分析

由丽华 李洪 李昆鹏 郭秀吉

摘 要：紫坪鋪水库是都江堰灌区和成都市最重要的调节水源、成都市最重要的支撑电源，为全面掌握其泥沙淤积现状，基于库区实地调研、大断面观测资料和逐年水位观测资料等，对该水库运用以来的调度运用方式、泥沙淤积形态、泥沙淤积分布以及淤积物颗粒组成等进行了分析。分析结果表明：截至2020年10月，紫坪铺水库淤积总量为1.952亿m 拦沙库容淤损87.1%，其中干流淤积量为1.843亿m3、支流淤积量为0.109亿m3;受2008年汶川地震影响，该水库年均淤积量由地震前的0.088亿m3增大至地震后的0.137亿m 严重影响了水库的功能和寿命;淤积泥沙的95.0%集中在距坝16.32 km的M31断面以下库区，淤积泥沙的85.1%分布在850 m高程以下库区;淤积物中黏粒、粉细沙、中粗沙及卵石分别占淤积物总量的19.5%、73.0%、7.5%。建议尽快实施人工清淤疏浚，以恢复水库拦沙库容。

关键词：泥沙淤积;堰塞体;淤积形态;颗粒级配;紫坪铺水库

中图分类号： TV145+.1;TV697.2+2

文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.11.028

引用格式：由丽华，李洪，李昆鹏，等.紫坪铺水库运用以来泥沙淤积特征分析[J].人民黄河，2021，43（11）：147-149，158.

Analysis of Sedimentation Characteristics of Zipingpu Reservoir Since Its Operation

YOU Lihua1， LI Hong1， LI Kunpeng2，  GUO Xiuji2，3

（1.Sichuan Zipingpu Development Co.， Ltd.， Chengdu 610091， China;

2.Yellow River Institute of Hydraulic Research， Zhengzhou 45000  China;

3.Henan Provincial Engineering Research Center of Reservoir-Lake Function Restoring and Maintaining， Zhengzhou 45000  China）

Abstract： Zipingpu Reservoir is the most important source of water regulation in Dujiangyanirrigation area and Chengdu City， and the most important source of support for Chengdu City. In order to fully grasp the current status of sedimentation， based on field investigations， large-section observation data and year-by-year water level observation data in the reservoir area， it analyzed the operation mode of the reservoir since its operation， the silt deposition form， the distribution of silt deposition and the composition of silt. The analysis results show that as of October 2020， the total amount of siltation in Zipingpu Reservoir is 195.2 million m  and the sediment retention loss of storage capacity is 87.1%， of which， the siltation volume of the main stream is 184.3 million m3 and the siltation volume of tributaries is 10.9 million m3; Influenced by the Wenchuan earthquake， the average annual siltation volume of the reservoir is increased from 8.8 million m3 before the earthquake to 13.37 million m3 after the earthquake， which seriously affects the function and life of the reservoir; 95.0% of the siltation is concentrated on the M31 section which is 16.32 km away from the dam. 85.1% of the sediment is deposited in the reservoir area below the elevation of 850 m; clay， silt and fine sand， medium-coarse sand and pebbles in the silt account for 19.5%， 73.0% and 7.5% of the total silt respectively. It is recommended that manual dredging should be implemented as soon as possible to restore the reservoirs sediment holding capacity.

Key words： sedimentation; dam body; siltation morphology; particle gradation; Zipingpu Reservoir

紫坪铺水库位于距成都市约60 km的岷江上游，控制流域面积2.26万km2，总库容11.12亿m 其中拦沙库容2.24亿m 于2005年9月下闸蓄水，具有不完全年调节功能，其开发任务以灌溉和供水为主，兼顾防洪、发电、环境保护等综合利用，截至2020年年底累计发电468.51亿kw·h、向下游供水2 121.58亿m 成为都江堰灌区和成都市最重要的调节水源、成都市最重要的支撑电源。截至2020年10月，紫坪铺水库库区淤积量达1.952亿m 拦沙库容淤损87.1%。为了全面掌握紫坪铺水库泥沙淤积现状，提高其减淤效果、延长拦沙寿命，笔者基于库区实地调研、大断面观测资料和逐年水位观测资料等，对其淤积情况进行了分析。

1 水库调度方式与运用情况

紫坪铺水库调度运用目标是，在确保工程运行安全的前提下充分利用水库调节性能削峰、错峰，以满足下游地区用水需要并盡量多发电。具体调度方式如下：①蓄水期（9—11月），库水位控制在汛期限制水位850.00 m与正常蓄水位877.00 m之间，蓄水期末库水位控制在正常蓄水位877.00 m;②供水期（12月—次年5月），库水位控制在正常蓄水位877.00 m与死水位817.00 m之间，5月中下旬除按照水库综合用水调度图供水外多余水量蓄在库内，5月末库水位可不降至死水位817.00 m;③主汛期（6—9月），在满足下游综合用水条件下库水位保持在850.00 m以下，加强洪水入库期间泥沙监测，积极实施泥沙调度以避免淤积有效库容。

紫坪铺水库蓄水运用后经受了2008年“5·12”汶川地震的影响：地震造成库区左岸山体滑坡并形成巨大的堰塞体;地震发生后至2008年5月末，为保证大坝安全和至映秀镇的水上生命救援通道畅通，维持水位在830 m附近运行;至2008年8月，大坝面板和止水系统修复工作基本结束后，水位恢复至汛限水位850.00 m[1]。2008—2011年一直保持低水位运行，2012年以后转入正常运行，水库最高运用水位为877.35 m，水库最低运用水位为817.60 m，坝前平均水位为851.82 m。历年运用水位变化情况见图1。

2 库区淤积状态分析

2.1 库区淤积形态

（1）干流淤积形态。紫坪铺水库库区干流淤积整体呈平铺抬升状态，但2008年“5·12”汶川地震造成库区M13断面左岸山体滑坡，使大量泥石堆积在M11—M14库段（距坝5.8～7.2 km），形成了犹如拦沙坝的巨大堰塞体，堰塞体所在的M13断面最低点高程由地震前的774.92 m抬升到地震后的808.76 m，堰塞体高度达33.84 m，堰塞体上游（M13—M21库段）成为堰塞湖，因而改变了库区干流泥沙自然淤积形态（见图2，图中+M11等为库区横断面编号及位置）。至2020年10月，距坝3.46 km处的M07断面不断平铺淤积抬高，距坝5.86 km的堰塞体下游M11断面和距坝7.19 km的堰塞体上游M14断面抬升较快，库尾段距坝16.32 km的M31断面冲淤变化频繁。未来，堰塞体上游仍会缓慢淤积抬升，堰塞体下游的淤积抬升速度将加快并影响水库汛期出库水流含沙量。

（2）支流淤积形态。库区汇入的支流主要有龙溪河（距坝约3.35 km）、寿溪河（距坝约12.13 km），典型年份库区两支流淤积纵剖面见图3、图4（图中+L01、+S01等为库区横断面编号及位置），可以看出库区两支流淤积形态总体呈锥形。

离紫坪铺大坝较近的龙溪河于2013年在L03断面处出现倒坡，主要是L03断面左岸山体滑坡形成堰塞体所致。寿溪河于2019年汛前在河口段出现倒坡，2019年汛后至2020年倒坡被淤平。从横断面淤积发展趋势看，两支流都属平铺淤积抬升，未形成明显的滩和槽。

2.2 淤积量

截至2020年10月，库区累计淤积泥沙1.952亿m 年均淤积量为0.129亿m3。受强降雨及2008年汶川地震影响，该水库控制流域的水文特性发生了较大变化[2]，两岸山体的完整性和土体的黏结性受到相当程度的破坏，山体覆盖层稳定性降低，泥石流、山体滑坡、塌岸等次生地质灾害频繁发生，暴雨使大量泥沙进入库区，淤积量年际变化较大（见表1）。2008年4月之前年均淤积量为0.088亿m 之后年均淤积量增大至0.137亿m 严重影响了水库的功能和寿命。

2.3 泥沙淤积位置分布

（1）泥沙淤积平面分布情况。紫坪铺水库处于峡谷地带，平面形态狭长弯曲，随着库区淤积及洪水期水库运用方式的变化，泥沙淤积位置不断发生改变，总体来讲，泥沙主要淤积在干流，支流淤积量相对较小，截至2020年10月库区干、支流淤积量分别为1.843亿、0.109亿m3（见表1），分别占库区淤积总量的94%、6%。干流淤积主要集中在M31断面以下（占干流淤积总量的95.0%），M31断面以上淤积量较小（见图5）;在干流M31断面以下，断面M23—断面M26、断面M11—断面M13因河道狭窄而淤积量相对较小，大坝—断面M03淤积量也相对较小。

（2）泥沙淤积垂直分布情况。泥沙淤积垂直分布情况与来沙时段的运用水位密不可分，汛期是主要来水来沙时段，汛限水位的高低直接影响泥沙淤积分布[3-5]。紫坪铺水库受2008年汶川地震影响，2012年以前一直保持低水位运行，2012年以后转入正常运行，库区泥沙淤积主要集中在850 m高程以下（截至2020年10月850 m高程以下淤积量为1.662亿m3），850 m高程以上淤积量较小（见表2）。

2.4 淤积泥沙颗粒级配及沿程变化情况

库区淤积泥沙颗粒组成沿程变化与库区地形和水库调度运用方式有关，受超饱和输沙状态制约，总体变化规律为沿程细化[6-7]。截至2020年10月，紫坪铺水库累计淤积泥沙1.952亿m 其中黏粒（中值粒径d50<0.005 mm）约0.381亿m3、粉细沙（0.005 mm0.25mm）约0.147亿m 分别占淤积总量的19.5%、73.0%、7.5%。坝前淤积泥沙颗粒相对较细，距坝10 km以下淤积泥沙中值粒径基本在0.01 mm以下;距坝10～18 km范围内泥沙中值粒径在0.1 mm以下;距坝18 km附近库区泥沙颗粒明显较粗，中值粒径在0.1 mm以上，甚至超过1 mm;距坝22 km以上库区淤积物基本为卵石。

3 结 论

截至2020年10月，紫坪铺水库淤积总量为1.952亿m 其中干流淤积量为1.843亿m3、支流淤积量为0.109亿m 拦沙库容淤损87.1%;受2008年汶川地震影响，紫坪铺水库年均淤积量由地震前的0.088亿m3增大至0.137亿m 严重影响了水库的功能和寿命;库区干流淤积泥沙的95.0%集中在距坝16.32 km的M31断面以下，淤积泥沙的85.1%集中在850 m高程以下;紫坪铺水库淤积泥沙中，黏粒、粉细沙、中粗沙及卵石分别占淤积总量的19.5%、73.0%、7.5%。目前，库区堰塞体上游已被淤平，未来进入坝前的泥沙量将逐年增大，在保证供水安全的前提下，应尽快实施人工清淤疏浚，以恢复水库拦沙库容。

参考文献：

[1] 由丽华，阳莉，易瑞吉.“5·12”汶川地震对紫坪铺水库调度运用的影响分析[J].四川水力发电，2012，31（增刊1）：84-93.

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[7] 王婷，马怀宝，王远见，等.小浪底水库运用以来进出库泥沙分析[J].人民黄河，2019，41（1）：6-9，13.

【责任编辑 张智民】