刘福林，张 磊，孟繁星，刘扬扬

（1.白石水库管理局，辽宁 朝阳 122000；2.朝阳市水务局，辽宁 朝阳 122000）

白石水库位于辽宁省西部地区大凌河干流，坝址控制流域面积17 649km2，占大凌河总流域面积的76％，最大坝高50.3m，坝顶长513m，水库总库容16.45亿m3。多年平均径流量13.45亿m3，多年平均输沙量2 143.43万t，平均含沙量18.08kg/m3，侵蚀模数1 214.48t/（km2·a）。大凌河流域共有泥沙观测站12处，其中坝址以上10处，主要泥沙资料系列为1955～1985年，共31年。对于新建水利工程，来沙分析、泥沙淤积研究极为重要，是水利调度运用的基础。

1 泥沙基本资料

大凌河泥沙资料系列为1955～1985年，将资料延展至1992年，即主要泥沙系列为38年。由于实测系列中包括了近100年一遇的1962年大洪水及1963，1969两年超过10 000m3/s流量的大水年，又包括1970年以后出现的连续枯水年组，所以此泥沙系列代表性较好。

1.1 产沙区分布及泥沙主要来源

大凌河泥沙主要来自中游地区，特别是左侧发源于内蒙奈曼库仑旗半移动沙丘、黄土丘陵区的多泥沙支流，如牛亡牛河、老虎山河、第二牛亡牛河等，侵蚀模数分别为2 688.65，2 328.58，2 214.58 t/（km2·a），牛亡牛河迷力营子站含沙量高达 40kg/m3左右，其年输沙量为1 160万t，占大凌河站输沙量的54.2％。输沙量、含沙量的沿程变化见图1。

由图1可以看出，大凌河站为输沙量最大的断面，大凌河站以上沿程输沙量成倍递增，大凌河站以下沿程输沙量递减。说明泥沙来自中游地区，牛亡牛河等几条支流来沙占很大比重；大凌河站以下部分泥沙在河道内落淤。

图1 大凌河干流输沙量、含沙量、中值粒径沿程变化图

1.2 输沙量年际、年内变化

大凌河输沙量的年际变化很大。干、支流各站输沙量最大、最小值之比可达50～392倍，且大凌河年输沙量变幅是上游比下游大，支流比干流大。由于流域局部暴雨产沙，使得各年沙量及分布的差异极大。

由于输沙量与水量变化是相关的，且大凌河流域暴雨多发生在汛期，故沙量年内分配也极不均匀，大部分集中在汛期的几场洪水中。据统计6～9月沙量占全年95.4％～98.8％，其中7，8两月沙量占年沙量75％～85％，且一次洪水的沙量又往往占很大比重。

1.3 泥沙的颗粒组成

大凌河流域悬移质泥沙颗粒组成比较单一，多以粉沙为主。多年平均中值粒径d50在0.0157～0.1219mm之间，平均粒径dpj变化在0.0242～0.0318mm之间。汛期泥沙由暴雨侵蚀流域面挟带而来，故颗粒较细；非汛期泥沙则是来自上游河道的冲刷，故颗粒相对较粗。

1.4 入库泥沙量的估算

由长期泥沙系列资料统计得，在38年入库泥沙量中悬移质70233.8万t，年平均1848.26万t。推移质按经验公式，用推悬比K值（K=推移质输沙率Gb/悬移质输沙率Gs），采用沙莫夫法计算得K沙=2.63％，用梅叶—彼得法算得K梅=2.68％，故据沙、梅两法的成果，采用推悬比K=3％，38年入库推移质为2107.1万t，年平均量55.45万t。故38年推移质和悬移质合计入库沙量为72341万t，平均每年入库沙量为1903.7万t。

2 产沙原因分析

（1）地质地貌、植被等流域下垫层因素的影响。大凌河流域地质情况复杂，岩性多样，抗风化、侵蚀能力差，粉沙质土、砂砾石分布于河道两岸浅滩，抗冲刷能力差。地貌多低山丘陵，地属干旱地区，植被条件差，多荒山秃岭。因此，降雨后无滞流，滞沙能力差，很少产生基流，几乎全部形成地表径流。

（2）河道比降的影响。大凌河属山区河流，上游河道比降为0.2％～0.4％，中游为0.1％～0.2％，下游小于0.1％，随着河道比降减小泥沙落淤，含沙量呈逐渐减小趋势。

（3）降雨、径流的影响。当垫面的条件一定时，输沙量的变化主要受降雨时空分布变化的影响，通常大水大沙、小水小沙，但在不同降雨量和不同暴雨区、暴雨强度，其产沙结果是不同的。因此，降雨产流与产沙有一定的相关性，也有一定离散性和偶然性。

3 清淤排沙的方法

水库的运用方式直接关系到多沙河流水库有效库容变化和水库的正常使用寿命。为此，对白石水库枢纽布置、以及水库正常运用时的调度运用方式的研究将有更深远、重大的意义。

3.1 水库枢纽布置

白石水库水工枢纽布置上采用大底孔集中布置。泥沙冲淤模型试验对比结果表明，集中布置对水库排沙有利，同样的入库水沙条件，同样的排沙运用方式，集中布置方案排沙比可达32.8％，是分散布置的近30倍，而且水库形成120m以下的槽库容和冲刷漏斗，有利于长期保持有效库容。

3.2 水库的运用方式

水库在蓄水兴利的同时，必须兼顾排沙。经过各种排沙运用方式的比较，采用大水大沙年汛期集中排沙，其他年份蓄洪运用的排沙方案。考虑同上游阎王鼻子水库的梯级开发运用，还应避开阎王鼻子水库排沙期蓄水，以使水库达到蓄清排浑的运用方针。

3.3 充分运用异重流排沙

当具有足够浓度和流速的浑水进入库区，此水流潜入清水面下沿库底向前推进，形成异重流。若及时开启底孔泄洪，可使水库在存蓄清水的同时排泄浑水，既能保证水库的效益，又能利用异重流排沙，减少水库淤积。根据一些水库实测资料的分析，对于河道较陡、洪水陡涨陡落、历时较短、含沙量浓度较高的水库，利用异重流排沙效果都比较好，一次洪水排沙比可达90％以上，多次平均排沙比可达40％～50％。

异重流排沙产生的条件：L＜QS·J0，其中L为水库的回水长度，km；QS为洪峰的平均输沙率，kg/s，可近似地根据洪峰流量来推求；J0为库底比降。

白石水库水文、库区地理条件正适合于异重流排沙的产生。在实际运用时加强观测，尽量利用异重流排沙，有利于白石水库保持有效库容。

3.4 加强洪水、泥沙预报，库区泥沙淤积定期观测

白石水库干流入库站为朝阳站，支流站为迷力营子站、凉水河子站。借助于现代化水情自动测报系统的建立，为水库调度运用提供水情和沙情预报。同时布置测淤断面，必要时可以局部加密，保证准确测量并动态掌握库区泥沙淤积形态和库容变化，为水库运用方式的确定提供依据，从而更有效地排沙减淤，从而达到了延长水库使用寿命，更好地发挥其应有的综合利用效益。