小浪底水库的泥沙问题解读

小浪底水库的泥沙问题

作者：李珍时间：2007-11-25 12:28:00

摘要：通过分析小浪底水库泥沙观测手段及观测成果，结合水库这几年的调度运用情况，文中就水库泥沙淤积的观测方法、泥沙淤积层的确定、排沙洞运用、淤积量比较以及泥沙淤积形态共5个方面的问题进行了分析和探讨

关键词：泥沙泥沙淤积层泥浆层小浪底水库

1 前言

黄河是一条举世瞩目的多沙河流，小浪底水库承接来自黄河三门峡及小浪底库区的全部来沙量，泥沙淤积将是水库运用面临的突出问题之一。加强对水库水文泥沙测验及泥沙调度运用，控制库区泥沙冲淤变化，关系到小浪底水库的使用寿命及社会与经济效益发挥，因此，小浪底水库的泥沙问题备受国内外水利专家的关注。

小浪底库区泥沙淤积测验常设断面174个，其中干流布设56个，左岸21条支流布设65个，右岸19条支流布设53个。根据设计要求，干流上的断面在高程275m 以上左、右岸埋设端点桩、控制桩各1个，在高程250m以下各埋设地形桩1个；支流上部分较窄断面，左、右岸埋设端点桩、控制桩各1个，而地形桩则视具体情况酌情埋设，同时，为找桩定线的方便，在端点桩附近加埋了指示桩。

小浪底水库蓄水至275m时，形成东西长130km，南北宽300～3000m的狭长水域，断面法实测总库容为126.5亿m3，其中，支流库容占总库容的41.1%。通过近几年的泥沙淤积观测，结合枢纽近几年来的调度运用情况，这里对小浪底水库的泥沙问题进行了初步的分析与探讨。

2 水库泥沙运用的设计原则

按小浪底水库泥沙运用的设计思想，小浪底水库泥沙运用应遵循的主要原则是：

（1）拦粗排细，且初期以拦沙运用为主。

（2）采用蓄清排浑运用方式，利用水库75.5亿m3的拦沙库容和10.5亿m3的调水调沙库容，在50年运用期内相当于约25年内下游河床不再抬升。

3蓄水四年来水库泥沙冲淤情况

通过对下闸蓄水4年来水库泥沙淤积观测资料的整编，我们得到：

（1）蓄水后第一年即2000年，水库入库沙量3.61亿t，出库沙量0.042亿t，排沙比仅为1.2%。

（2）蓄水后第二年即2001年，水库入库沙量2.94亿t，出库沙量0.29亿t，排沙比为9.9%。

（3）蓄水后第三年即2002年，水库入库沙量2.71亿t，出库沙量0.634亿t，排沙比为23.4%。

（4）蓄水后第四年即2003年，水库入库沙量7.10亿t，出库沙量1.07亿t，排沙比为15.1%。

在泥沙淤积形态方面，从2003年12月的观测结果看，回水末端的淤积三角洲其顶点位置大约在距坝74.5km处，较汛前的顶点上延了26.8 km，其顶点高程为244.9m。洲面段在距坝74.5km ~113.1km之间，前坡段延伸到距坝49.6km，形成了一个长达63.5km的淤积三角洲。洲面段和前坡段的比降分别为0.28‰和1.43‰。通过计算，该三角洲泥沙淤积量为3.23亿m3，占2003年水库干流淤积量的93.3%。

在淤积泥沙的颗粒组成上，测验范围内淤积泥沙的粒径普遍较细，d50一般在0.004~0.016m之间，属于粉沙类。2003年汛后观测结果显示，在距坝40.9km以下，淤积泥沙其d50在0.004~0.008mm之间，属极细的粉沙类。

4有关问题分析

4.1 观测手段的变革

传统的水库泥沙淤积观测，特别是大型水库泥沙淤积观测一般均采用断面法进行，其根本原因在于观测仪器一个周期只能采集一个水深数据。如采用地形法观测，费时费力，且观测成本较高。2003年小浪底建管局引进了具有世界先进水平的条带测深仪，使库区淤积观测从传统的断面法观测转变为地形法观测，在提高测验精度、降低劳动强度的同时，又使库区水下地形实现了可视化演示，为实现水库数字化管理奠定了基础。该成果受到水利部有关领导的重视，并在长江提防工程水下部分复测中引进应用，效果良好。

条带测深仪的引进，一方面降低了库区泥沙淤积观测的成本，经对比测算，每年按2个测次计算，每年可节省测验费用在80万元左右。另一方面，条带测深仪的引进使大型水库水下采用地形法测量变为可能，这将带来水库泥沙淤积观测的一场变革，其意义及影响将是深远的。

4.2 泥沙淤积层的确定

在清水状态下，水库库底泥沙淤积层的观测一般容易实现，但在异重流形成浑水水库后，利用声波测深仪一般会测出两个界面即清浑水界面与泥浆层界面，而库底泥沙淤积层面却无法测出。在这种情况下，泥沙淤积层的观测是困扰水库泥沙观测人员的一道难题。在有些时候，为了准确测出泥沙淤积层的深度，观测人员不得不冒

险将重达150kg的铅鱼下放到库底，以便弄清泥沙淤积层的位置。

通过这几年对小浪底浑水水库的观测，笔者发现泥沙淤积层与泥浆层之间存在如下关系：

H y =H n-k

式中：Hy为库底泥沙淤积层高度；Hn为浑水层内泥浆层高度；k为经验系数。

根据小浪底水库来水来沙情况以及这几年的泥沙观测实际，在利用12Khz的测深仪进行汛期浑水水库观测时，经验系数k一般在 0.65m~1.85m之间。因此，当浑水水库出现时，在利用12Khz的测深仪很容易测出泥浆层高度Hn的前提下，进行泥沙淤积层Hy的推算则变的容易的多。

4.3 排沙洞运用问题

在小浪底工程设计中，排沙洞主要用于汛期排沙，在汛期属于经常开启的洞室。通过对这几年水库调度运用情况的分析，笔者发现排沙洞的运用受到一定的限制。2002年汛期异重流形成达到坝前后，为了使排沙洞投入拉沙运用，小浪底建管局经请示主管部门后才得以解决。从这几年排沙洞运用情况看，存在如下值得商榷的问题。

（1）从设计思路看，汛期特别是异重流到达坝前形成浑水水库后，排沙洞关闭，很容易使发电机组的过机含沙量增大，造成水轮机叶片磨蚀，于机组的使用寿命不利。有时，为了停机避沙还影响到发电效益的发挥。

（2）调度部门决策排沙洞是否启用主要是控制出库含沙量，以免下游河道淤积抬升。从浑水水库泥沙颗粒组成看，其d50一般在0.004~0.008mm之间，此类泥沙在一定水流强度的作用下很容易挟沙入海，一般不会造成下游河道的淤积，2003年后汛期的防洪运用就说明了这一点，同时，细纱拦在库内，这与设计“拦粗排细”的指导思想也存在一定的矛盾。

（3）长期的排沙洞关闭，容易使排沙洞进口段被泥沙淤堵封死。另外，当塔前泥沙淤积高程较高时，也不利于塔前泥沙冲刷漏斗的形成，同时将威胁进水塔闸门的启闭安全。

4.4 淤积量比较

截止2003年12月，小浪底水库累计淤积泥沙13.91亿m3，平均每年淤积泥沙3.48亿m3。而设计当初预测，小浪底水库平均每年的泥沙淤积量为3.02亿m3。两者相比，小浪底水库这几年所拦泥沙特别是细纱明显偏多。何况这几年黄河来水来沙属偏枯年份，特别是2002年入库沙量仅2.71亿t，较多年小浪底实测平均输沙量少9.40亿t。

因此，从维护水库正常使用寿命出发，建议汛期多利用异重流进行排沙，将水库淤沙库容的使用寿命与下游河道的不抬高有机地结合起来，以便探索出一条水库调度运用方式双赢之路。