延缓水库淤积的措施建议

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：对于水槽子水库泥沙淤积问题的解决方法，有根本性和暂时性两种。对于水槽子水库现有的总库容与年来沙量之比，只有3倍左右，若不考虑充分排沙，其后果必然是大大加快淤积的速度，造成不应有的损失。从水槽子水库的淤积形态判断，水库有异重流发生，现场观察亦曾见到发生异重流的现象。水槽子水库运用以来，共进行过6次规模较大的降低水位冲刷。为延缓水库淤积作出了积极贡献（见表5）。

对于水槽子水库泥沙淤积问题的解决方法，有根本性和暂时性两种。这里先就后者提出几点建议。

首先要明确一个前提，即在多沙河流上引水发电，我们不可能百分之百地利用来水，而只能利用其中的一部分，另一部分则应用来排沙。对于水槽子水库现有的总库容与年来沙量之比，只有3倍左右，若不考虑充分排沙，其后果必然是大大加快淤积的速度，造成不应有的损失。

另一方面，水槽子水库既然已经失去调节全部区间洪水的能力，在设计来水的情况下，弃水是必然的事情。我们必须避免既弃了水又发生大量淤积的不利结果，而应做到弃水时不发生淤积或少淤积，争取利用弃水使水库发生冲刷的最好效果。

我们认为，不采取其他措施，维持现在的汛期高水位运用方式，就会出现上述第一种被动的结果，因为高水位运用时，大小洪水都上滩，弃水的同时，滩库容已被淤积。汛期降低水位运用，排走沙峰后再让清水上滩的运用方式，可获得第二种结果。如果能在整个电力系统灵活调度，使水槽子水库能在洪水期降低水位冲刷，则有可能收到第三种效果。下面着重说明后面两种措施。

（1）汛期降低水位运行。前面提到，目前水槽子水库仅有120万m3左右的有效库容。已失去了调节设计平水年区间洪水（要求有309万m3有效库容）的能力。因此，在这种情况下弃水是必然的。水槽子水库目前还有55万m3的有效库容在滩上，其分布情况如图8所示。如果在弃水之前就让洪水上滩，则势必在弃水之前就损失了部分滩库容，既弃了水，又损失了滩库容；毛家村到水槽子区间的来水来沙如图9所示，有沙峰导前于洪峰的特点，沙峰基本上都集中在洪峰的头一两天内。如果在洪峰初期压低坝前水位，不让洪水上滩，并排走部分泥沙含量高的区间洪水，等沙峰过去后，再回蓄较清的洪水，这样弃了浑水，蓄了清水，滩库容可少损失或不损失。汛期的这个运行水位，主要是为了排沙、保滩库容，该水位还应满足一般日调节的需要。根据图4可定在2098m左右，在该水位之下有效库容还有35万m3左右，可满足日调节的要求。此外，目前约60%的有效滩库容都在这个高程之上，该水位对滩库容亦有显著的保护作用。

图8　水槽子水库有效滩库容分布

图9　披戛站1964年洪峰沙峰过程

值得指出的是，这种降低水位排沙运用的时间是不长的，根据水槽子入库水文站迤则站及披戛河1955～1962年实测资料统计，汛期来水量占全年的70%～80%，来沙量占全年的99%，而洪峰过程挟带的沙量又占整个汛期来沙的80%。因此，几天的降低水位排沙运用，可使水库长年受益。

（2）研究利用区间洪水冲刷库区的可能性。下面将要说明，为了减缓淤积，在水电站春节停电时，由毛家村水库放水冲刷水槽子库区。其代价显然是比较昂贵的。因为毛家村放出的是经过调蓄的清水。然而，历次水槽子水库的冲刷资料都说明，最有效的冲刷时间都不超过10个小时。

水槽子冲刷资料还说明，如果冲刷流量增大到200m3/s以上，冲刷效果是很好的。如1966年8月31日的一次冲刷，流量为200～230m3/s，仅用4.5h，即冲刷13.8万m3淤积物。

利用区间挟带泥沙的洪水来冲刷当然是最经济合理的，但需要停电，建议研究让以礼河电站短时间停电冲刷的可能性。如果考虑发挥三、四级调节池的潜力，停电的时间就更短。

（3）研究异重流排沙的可能性。从水槽子水库的淤积形态判断，水库有异重流发生，现场观察亦曾见到发生异重流的现象。水槽子水库具备了几乎一切有利异重流传播的条件：泥沙细、坡度陡、河槽窄以及水库短等。根据异重流的生成条件，异重流总是在三角洲前坡上形成。1965年的分析指出：水库发生异重流的可能性［7］是存在的。目前水槽子水库的三角洲顶点离坝仅1.2km左右。由于这段库底坡度很陡（3‰～4‰），据估算异重流的速度可达0.2～0.5m/s即异重流生成后1～2h即可到达坝前。异重流到达坝前的路程和时间如此之短，对于排沙是很有利的。

异重流排沙在水槽子水库之所以值得研究，还因为利用异重流排沙同利用明流排沙相比，发电同排沙之间的矛盾可以减小，即排沙时能利用弃水，坝前水位可以保持在死水位以上，不影响发电。

（4）水库泄空溯源冲刷恢复部分库容。1965年进行的泄洪冲刷试验，说明利用水力冲刷是恢复部分库容的有效措施。水槽子水库运用以来，共进行过6次规模较大的降低水位冲刷。根据以礼河电厂的统计累计冲刷淤积物121.8万m3。为延缓水库淤积作出了积极贡献（见表5）。［8］

毛家村水库建成后的冲刷，都是利用电网在春节时允许以礼河电站停机的机会进行。所用的水量均由毛家村水库从宝贵的蓄水中放出。由于一、二级水库之间的河道被侵占，过流能力很低，入库流量最大不超过50m3/s。又由于各次冲刷实际上都附带有其他试验任务，未能完全按照节省用水的合理方式进行控制，例如，水位不能很快下降到最低点并长时间保持低水位冲刷等。

对于水槽子水库的冲刷资料和经验我们还将用专文加以分析，在这里我们只说明以下几点：

1）水槽子水库的淤积物抗冲性是比较强的。文献［9］根据北方水库的资料：点绘了溯源冲刷时输沙率与水流强度之间的关系如下式

式中：QSO为输沙率，t/s；Q为流量，m3/s；J为比降；B为河宽，m；ψ为与淤积物抗冲能力有关的系数。

图10　水槽子站（1965年6月10～17日）实测水位流量含沙量过程图

文献资料中淤积物抗冲性低时ψ=380；抗冲性强的ψ=180，为泥沙较粗或黏性大的淤积物。按式（1）计算，水槽子水库淤积物的ψ值约在10～80之间。这可能与该库淤积物组成特别细且黏性大，淤积年限又长有关。

2）改进坝前水位的控制方法可减少耗水量。文献［10］从理论上说明，短时间的冲刷，坝前水位下降越快，冲刷效果越好。此外，应使冲刷保持在最低水位上进行。

水槽子水库对于冲刷强度并无限制。而资料表明，该水库的冲刷强度还是很低的。因此，宜于采用上述的冲刷方式。

另外，文献［9］说明，冲刷强度与流量的1.6次方成正比。文献［11］说明水库细沙淤积的冲刷强度与流量的2次方成正比，因此，使用相同的水量冲刷，加大冲刷流量、缩短冲刷时间而冲刷量反而会增加。因此，水槽子效率最高的冲刷发生在大流量、低水位的1966年8月一次不是偶然的。

图10～图13点绘了1965年、1978年、1980年以及1981年各次冲刷的坝前水位、流量、出库含沙量过程。从以上各图可以看到，1965年的泄洪冲刷，低水位运行时间极短，且上游冲起的淤积物在坝前深水区有淤积；1978年的冲刷，坝前水位过高；1980年、1981年两次冲刷以及1978年的冲刷都因有其他试验任务，使坝前水位不能稳定在最低水位上冲刷；故出库沙量都很小。以1981年为例，总共48h的冲刷中，只有6h（占1/8）的时间稳定在低水位上。从历次冲刷情况来看，改进水位控制对提高冲刷效率的潜力是不小的。

图11　水槽子水库1978年冲刷综合过程图

3）短时间空库冲刷的作用是显著的。1981年同1980年冲刷之后相隔一年进行了两天的冲刷，其冲刷部面从图5可以看出：不仅完全恢复了1980年的主槽部面，还略有冲深。冲刷量为181万m3。说明通过春节的冲刷，可能使目前的主槽剖面得以维持，每年调蓄处理的泥沙，按1981年的冲刷量计算，相当于年来沙的1/3左右。这部分泥沙如果用目前电厂买到的JyP250型绞吸式挖泥船来清挖，需要一条船按设计能力（60m3/h）连续工作3000h，如果考虑实际作业，则可能要2艘这样的挖泥船工作一年。

图12　以礼河水槽子水库1980年2月冲刷综合过程

图13　以礼河水槽子水库1981年2月冲沙试验坝前水位、流量、含沙量及输沙率过程

4）建议冲刷时考虑切实可行的辅助措施。前面提到，提高冲刷效率的方法首先应改进坝前水位控制方法，提高冲刷流量等。鉴于前面提到的水槽子淤积物抗冲性强的特点，有必要考虑采取辅助措施。在冲刷时增加泥沙补给，和破坏淤积物的胶结状态。目前冲刷时坝前河段有4‰的比降，水流挟沙能力很强，只要有泥沙补给就能输送出库，故冲刷时可考虑加速两岸的崩塌向主槽加入淤积物。此外，可利用现有的挖泥船，在主槽内搅动底部淤积物，通过加深主槽也可促使两岸崩塌。

表5　水槽子水库泄空排沙统计

延缓水库淤积的措施建议

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