恰甫其海水库泥沙淤积分析及防治措施

第３ ９卷 第２期 ２ ０ １ ５年４月２ ０日
水电自动化与大坝监测
Ｈ ｄ ｒ ｏ ｏ ｗ ｅ ｒ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｄ ａ ｍ Ｍ ｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｙ ｐ ｇ
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ９ Ｎ ｏ ． ２ Ａ ｒ ． ２ ０， ２ ０ １ ５ ｐ
８ ０ ． ８ ３ ９ ． ２ ２
０ ． ０ ４ ８ ． ０ ５ ９ ． ３ ５ ９ ． ８ ４ ８ ． ６ ８ ５ ． ９ １ ７ ． １ ３ ０ ０ ０ ０ ０ １ ３ ． ４ ０ ０ ． ９ １ ０ ． １ ５ ４ ． １ ４ ２ ． ７ ０ ３ １ ． ０ １ ０ ． １ ７ １ ３ ２ ２ １ ６ ４ ８ ０ ７ ０ ３
项目 粒径 （ ｍｍ） 含量 （ ％） 小于某粒径的沙重百分数 （ ％） ０ ． ２ ５ ５ ２ ０ ４ ０ ８ ０ ０ ０ ＞２ ０ ０ ２
２ ． ４ ０ ． ０ ７ ． ３ ５ ． ６ ４ ． ７ ８ ． ８ ０ ０ ２ ２ ３ ６ ８ １
Ａｓ Ｇ ＋ ＝０ γ ｓ ｔ ｘ Ｇ＝Ｑ×Ｓ
８ ． ７ ７ ４ ． １ ３ ７ ． ９ ７ ２ ４ ． ４ ８ ８ ． ２ ４ ６ ． ８ ０ ９ ． ７ ２ ． ０ ２ ３ ５ １ １ １ １ ４ １ ． ４ ９ ５ ． ８ ０ ９ ． ８ ５ １ ． １ ４ １ ． ９ ８ ４ ． ９ ４ ． ３ ５ ２ ３ ２ ３ ０ ． ６ ８
表 ２ 恰甫其海水库悬移质泥沙颗粒级配成果表
项目 小于某粒径的沙重百分数 （ ％） 中值粒 径（ ｍ ｍ）
— —计 算 系 数， 根 据 实 测 资 料 率 定， 恰甫其海 ｍ、 ｋ— 水 库 挟 沙 力 参 数 取 值 为： ｍ ＝１ ． ０， ｋ＝ ／ ０ ． ０ ５ ｋ ｍ３ ； ｇ — — 挟沙水流的浑水容重 ， ／ ｋ ｍ３ ； γｍ — ｇ — — 挟沙淤积物的干容重 ， ／ ｋ ｍ３ 。 γ ｇ ｓ— ） ： 河道水面线方程按式 （ ３
２ ２ Ｂ０ ｎ Ｑ Ｘ Ｂ ＋ Ｈ ＝Ｈ０ ＋ ２ Ａ Ａ０
３ ４
（
３ ４
１ ０ ３
３ ４
）
（ ） ３
— — 水位 ， 式中 ： Ｈ０ — ｍ； — — 糙率 ； ｎ— — — 流量 ， ／ ； Ｑ— ｍ３ ｓ — — 断面间距 ， Ｘ— ｍ； — — 河段进 、 出口水面宽 ， Ｂ０ 、 Ｂ— ｍ； — — 河段进 、 出口过水断面面积 ， Ａ０ 、 Ａ— ｍ２ 。 ） ： 河床变形方程按式 （ ４
３ ， 恰甫其海 水 库 坝 址 处 多 年 平 均 流 量 ３ ２ ９ ． １ ９ ｍ／ ｓ
１ 工程概况
恰甫其海 水 库 位 于 伊 犁 巩 留 县 境 内 的 特 克 斯 河 由黏土心墙坝 、 泄水隧洞、 发电站厂房等主要建筑 上， 组成 ， 属大 （ 型 一 等 工 程， 是 一 座 以 灌 溉 为 主， 兼顾 １） 防洪和发电的 综 合 性 水 利 工 程 。 坝 址 距 河 源 ３ ７ ０ ｋ ｍ， 坝址处控制全流域９ ２％ 以 上 的 径 流 量 。 库 区 右 岸 有 支流小吉尔格郎河汇入 ， 汇合口距坝址 ０ ． ２ ｋ ｍ。
— — 河段长度 ， 式中 ： Ｌ— ｍ； — — 计算进口河段上断面含沙量 ， ／ ｓ ｋ ｍ３ ； ｇ ０— ＊ — — 计算进口河段上断面挟沙力 ， ／ ｓ ｋ ｍ３ ； ｇ ０ — — — 计算出口河段上断面挟沙力 ， ／ ｓ — ｋ ｍ； ｇ — —泥 沙 恢 复 饱 和 系 数， 淤积时为０ 冲刷 ． ２ ５， α—
２］ ， 果［ 各月含沙量采用多年平均值 ， 进行水库泥沙 淤 积
４ 水库泥沙淤积计算
４ ． １ 模型的基本方程 恰甫其海 水 库 泥 沙 冲 淤 计 算 采 用 一 维 悬 移 质 不
１］ ， 平衡输沙数学模 型 ［ 采用的计算方法为不平衡有限
） ： 差分法 。 入库悬移质平均含沙量沿程变化按式 （ １
０ 引言
在河流上修建水 库 后 ， 河 道 水 位 雍 高， 水 深 增 大， 流速 减 小， 水 流 输 沙 能 力 显 著 降 低， 破坏了天然河流 水力 ， 造成 坝 上 游 库 区 的 泥 沙 淤 积 。 同 时 ， 大量泥沙 严重 影 响 了 行 洪 安 全 和 降 低 了 水 库 的 沿途淤积河床 ， 利用效果 ， 甚至缩 短 水 库 的 使 用 寿 命 。 为 了 减 少 泥 沙 定期分析水库泥沙特性和淤 淤积对水库运行的 影 响 ， 积状况 ， 研究泥沙 发 展 规 律 ， 对 充 分 发 挥 水 库 蓄 水、 防 洪及抗旱功能 ， 具有良好的社会经济效益 。
２ 水库特性
特克斯河属山区性河流， 河道坡度较陡， 高差大， 沿河 两岸岩石陡壁， 生长灌木杂草， 植被较好， 河底由砾石和卵 石组成。水库坝址以上河道开阔， 库区是湖泊状， 库区谷底 平均宽度１ 河面平均宽度２ 在正常蓄水位情况 ０ ３ ０ ｍ， ６ ３ ０ ｍ，
表 １
月份 ／ ） 流量 （ ｍ３ ｓ ／ 含沙量 （ ｋ ｍ３） ｇ ／ ） 输沙率 （ ｋ ｓ ｇ
３ 泥沙状况
３ ． １ 泥沙来源 特克斯河发源于哈尔克山西部 ， 天山主峰汗腾格里 在海拔 ２ 峰北侧 。 流域内大部分地区植被茂密 ， ５ ０ ０ ｍ以 上的山区生长有茂密的松树林 。 因此 ， 特克斯河流域水 土流失很少 ， 河流含沙量较小 。 泥沙主要来源于山前丘 遇 有 暴 雨 洪 水 冲 泻 带 入 河 流， 因 陵地区的沙 质 堆 积 物 ， 此， 特克斯河水 、 沙表现为水大沙大 、 水小沙少的形势 。 ３ ． ２ 入库水沙特性
＊ ３
时为 １ ． ０； — — 泥沙沉速 ， ／ ； ｍ ｓ ω— ３ — — 单宽流量 ， 。 ｍ／ ｓ ｑ— ） ： 非均匀水流的挟沙力采用式 （ ２
３ ｍ ｖ 烄 烌烌 ｓ ＝ ｋγ γ ｓ－ ｍ ·ｇ·ｈ·ω 烆 γｍ 烎烍 ＊
（ ） ２
从图中可以看出 ， 在水库运行 １ 干流淤积 ０ ０ 年内 ， 三角洲前坡至坝址 形态为不明显的复 合 三 角 洲 形 态 ， 为带状淤 积 。 支 流 由 于 坡 降 较 大 ， 在前３ ０年为带状 淤， 运行至 ５ ０ 年演变为三角洲形态 。
４ ） 输沙量 （ １ ０ ｔ
恰甫其海水库坝址多年平均悬移质泥沙特征值
１ ７ ０ ． ５ ２ ７ ０ ． ２ ３ ８ ５ ． ６ ４ １ ４ ４ ５ ２ ９ ４ ６ ５ ０ １ ７ ５ ９ ７ ８ ５ ０ ２ ９ ２ ６ ３ １ ０ １ ４ ５ １ １ １ ０ ４ １ ２ 年
（ ） ４
悬 ｍｍ 以 下 颗 粒 试 验 成 果 ， 根据库 区 河 床 小 于 ２ ３ ３ ／ ， ／ 。 湿容重为 实测河 移 质干容重为 １ ． ６ ５ ｔｍ １ ． ７ ４ ｔｍ ／ ｍ３ ， ／ 床质干容重为 ２ 湿容重为 ２ ． ２ ５ ｔ ． ３ １ ｔ ｍ３ 。
— — 河床变形面积 ， 式中 ： Ａｓ— ｍ２ ； — — 淤积物干容重 ， ／ ｋ ｍ３ ； γ ｇ ｓ— — — — 时间步长 ， ； ｔ ｓ — — 断面悬移质输沙率 ， ／ ； Ｇ— ｋ ｓ ｇ ２ — — — ， ／ 。 断面平均含沙量 Ｓ ｋ ｇｍ 水库泥沙 冲 淤 计 算 时 ， 各 月 入 库 流 量、 出库流量 和相 应 的 坝 前 水 位 采 用 径 流 调 节 计 算 的 长 系 列 成
， 多年平 均 悬 移 质 输 沙 量 ５ 多年平均含沙量 ８ ８ ． ７ 万ｔ
３ ／ ， 多年平均推移 质 年 输 沙 量 ８ 多年 ０ ． ７ ５ ７ ｋ ｍ， ８ ． ３ 万ｔ ｇ 。 由坝址处多年平均月径流量及 平均输沙总量６ ７ ７ 万ｔ
月输沙量的统计资料可知 ， 特克斯河的水 、 沙年内变化是 据水 、 沙多年平均月过程线统计资料分析 ， 不均衡的 ， ５月 至 ９ 月的水量占全年水量 ６ 沙量可占到 ８ ８ ％， ９ ％； ６ 月至 沙量占 ７ 由此可见水沙 ８ 月的水量占全年水量 ４ ９ ％， ７ ％， ， ， 量多集中于汛期 这种特征现象 沙量比水量显得更为突 。 出 。 多年平均悬移质泥沙特征值见表 １
１ ． ０ ６ ． ２ ６ ８ ． １ ０ １ ． ０ ５ ９ ． ０ ４ ９ ． ７ ５ ７ ０ ０ ０ ０ ０ ５ ４ ８ ７ ６ ． １ ０ ５ ． ０ ０ ． ２ ４ １ ６ １ ． ６ ２ ０ ． ２ ７ ４ ． ０ １ ８ ６ ． ５ １ １ ． ０ ７ ８ ８ ． ７ ５ ０ ． １ ８ １ ０ ０
： ／ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ １ Ｄ Ｏ Ｉ １ ０ ． ３ ９ ６ ９ － ３ ８ ９ ３ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ２ ． ０ １ ７ ｊ
恰甫其海水库泥沙淤积分析及防治措施
张阿峰
（ ） 新疆伊犁河流域开发建设管理局， 新 疆 乌 鲁 木 齐 ８ ３ ０ ０ ０ ０
摘要 ： 水库的泥沙淤积使水 库 有 效 库 容 逐 年 减 少 ， 蓄 水 调 节 性 能 相 应 降 低， 同时还会引起河道冲刷下 降， 给水库的管理造成一定的困扰 。 因此 ， 根据河道泥 沙 特 性 和 水 库 淤 积 模 型 计 算 ， 分析水库泥沙淤积 以及泥沙淤积与水库运行的 相 互 影 响 ， 对水库正常效益的发挥和防止水库有效库容及使用寿命 特性 ， 的减少具有重要意义 。 关键词 ：水库 ； 泥沙淤积 ； 模型计算 ； 防治措施 回水长度 ２ 坝前水深 ８ 下， １ ． ９ １ ｋ ｍ， ９ ． ７ ９ ｍ。 干流库区天然 河床比降３ 支流库区天然河床比降 １ 水库的库 ． ９ ‰， ５ ． ５ ‰， ， 沙比远大于１ 属泥沙不严重类别。 ０ ０
粒径 ０ ． ０ ０ ２ ． ０ ０ ５ ． ０ １ ． ０ ２ ． ０ ５ ． １ ０ ． ２ ０ ． ５ ０ ０ ０ ０ ０ （ ｍｍ） 含量 （ ％） ２ ０ ２ ５ ３ ４ ４ ８ ７ ９ ５ ７ ０ ０ ９ ９ １
０ ． ０ ２
表 ３ 恰甫其海水库库区河床质颗粒级配成果表
占全年 （ ％）
— ７ １ —
（ ） ２ ０ １ ５， ３ ９ ２
３ ． ３ 泥沙颗粒级配及干容重 恰甫其海 水 库 入 库 悬 移 质 和 推 移 质 泥 沙 颗 粒 分 析成果见表 ２ 和表 ３， 由颗 粒 分 析 成 果 可 知 ， 中值粒径 小于０ Ｄ５ ． ０ ２ ｍｍ 左右 ， ． ０ ５ ｍｍ 的 细 颗 粒 占 ７ ９％ ， ０为 ０ 悬移质粒径较细 ， 为水流挟带泥沙及排沙创造了有利 条件 。
Leabharlann Baidu－ － ＊ ＊ ＊ ＊ ）ｑ （ ） ｓ ｓ ｓ ｅ ｓ ｓ １－ｅ ＝ ＋（ ＋（ ０－ ０ ） ０ － Ｌ α ω ） （ １
Ｌ α ω ｑ Ｌ α ω ｑ
计算 。 时段 步 长 和 水 位 根 据 水 库 径 流 调 节 成 果 按 月 进行初步划分 ， 为避 免 相 邻 时 段 过 长 和 相 邻 水 位 变 化 以水位变化０ 过大而引起的 断 面 变 化 过 大 ， ． １ ｍ 为一 根据划分的水位步长再细分时 个单位进行水位内 插 ， 段 步 长， 当 相 邻 时 段 水 位 相 同 时， 计算时段步长以一 天计 。 河道淤积时 断 面 按 湿 周 等 厚 分 布 ， 冲刷时冲槽 不冲滩 ， 断面特性 按 水 平 状 态 进 行 冲 刷 。 推 移 质 计 算 按梅叶 — 彼德公式计算 ， 入库 量 按 悬 移 质 入 库 的 １ ５％ 计算 。 ４ ． ２ 泥沙冲淤计算结果 （ ）水库淤积纵断面形态 。 １ 根据恰甫其海水 库 运 行 方 式 ， 采用一维不平衡数 学模型淤积分析计 算 ， 水库各不同年限冲淤纵断面图 见图 １ 和图 ２。