黄 维，陆 欣，史 彬

（中国水电顾问集团华东勘测设计研究院，浙江 杭州 310014）

江边水电站是一座以发电为主的低闸高水头引水式电站，是雅砻江一级支流九龙河流域5个梯级中最下游的一个水电站，位于四川省甘孜藏族自治州九龙县境内。电站共装3台110 MW水轮发电机。电站正常蓄水位1 797.00 m，淤积前、后相应库容分别为133万、99.3万m3，死水位1 789.00 m，最大闸高32 m。坝址处多年平均流量107 m3/s，设计洪水流量947 m3/s，校核洪水流量1 300 m3/s。坝址处悬移质多年平均含沙量为0.582 kg/m3，悬移质多年平均输沙量为197万t，汛期 (6月～9月)输沙量占全年的91.9%，推移质年平均输沙量16.7万t。

电站库小沙多，水库泥沙问题严重。因此，解决好电站首部的取水防沙问题和保持有效的调节库容是工程设计的重点。同时，水库库尾张家沟为活动泥石流沟，水库运行期间泥石流最大入库量为23.59万～38.08万m3，约占水库库容的1/3，泥石流对工程的影响主要表现为加剧水库泥沙淤积，这对水库的冲沙排沙提出了更高的要求。

1 首部枢纽布置优化

1.1 首部枢纽原布置方案

江边水电站首部枢纽由冲沙闸、泄洪闸、进水口及左右岸挡水坝段组成。为保持原河道的走势和泄流、冲沙顺畅，泄洪闸、冲沙闸等主要泄水建筑物布置于河床干流上。电站进水口布置于左岸，在进水口下游设置一孔冲沙闸，冲沙闸右侧布置二孔泄洪闸，形成 “侧向取水，正向泄洪、排沙”的布置形式。

为阻止大量泥沙进入进水口，在进水口前沿设置底坎，底坎前设置冲沙槽和导沙坎，在冲沙闸与泄洪闸之间的前沿设置一道束水墙 （见图1）。

水工模型试验成果显示，原布置方案基本能保证 “门前清”，即推移质不会进入进水口前冲沙闸正对区域，但该区域落淤悬移质或受不确定因素影响进入该区域的少许推移质不能被有效冲走。主要原因是该区域在敞泄拉沙时底部流速较小，如枢纽在流量为350 m3/s敞泄拉沙时，该区域底部流速仅为0.7～0.8 m/s；枢纽在宣泄设计洪水与校核洪水时，该区域底部最大流速也只能达到0.9 m/s。

模型试验验证表明，如果该区域淤积高程达到1 780 m，枢纽进行敞泄拉沙，基本上不能降低沙面高程。

1.2 方案优化

为解决上述底部流速较小的问题，设计人员在原枢纽布置的基础上，在束水导墙与导沙坎之间增设一曲线形扰沙坎 （见图1），其主要功能为加强扰动、增加局部流速。

水工模型试验结果表明，增加扰沙坎后，如果该区域淤积高程达到1 781 m，枢纽进行敞泄拉沙，能有效地降低该区域沙面高程，使扰沙坎与束水导墙间淤积高程降低到1 776 m(即底板顶高程)，扰沙坎与导沙坎间淤积高程降低到1 778 m。因此，增加扰沙坎后，能有效保证进水口 “门前清”。

2 敞泄拉沙试验

枢纽敞泄拉沙试验结果表明，当流量达到350 m3/s进行敞泄拉沙时，由于闸前水位降低，淤积泥沙洲面和前坡比降大，闸前区平均流速达4 m/s左右，淤积泥沙能全部启动并以悬移质形式被水流挟带出库。冲淤过程中，沿主流两侧淤沙逐渐垮塌，主槽随之拓宽。根据试验成果，敞泄拉沙6 h，基本能将坝前200 m区域的淤积高程降低到1 780 m以下，将200～500 m区域淤沙高程降低到1 782 m以下。

3 水库运行方式优选

为减少江边水电站水库库区泥沙淤积，保持必要的调节库容，初拟水库汛期降低至汛限水位1 789 m运行，10月～5月按水库调度运行 （即1 789～1 797 m）。为保持长期有效库容以及确保取水口“门前清”，在主汛期设置敞泄拉沙流量，并初拟了6月～9月汛期4个方案进行比选。方案①，按汛限水位1 789 m运行；方案②，汛限水位1 789 m运行，当流量大于450 m3/s，全闸敞泄排沙 （平均每年2 d左右）；方案③，汛限水位1 789 m运行，当流量大于400 m3/s，全闸敞泄排沙 （平均每年4 d左右）；方案④，汛限水位1 789 m运行，当流量大于400 m3/s，全闸敞泄排沙；且保证汛期每月选择流量大于300 m3/s敞泄冲沙6 h，以及当坝前100 m区域平均淤积高程达到1 781 m时，亦要求停机拉沙6 h（平均每年4 d左右）。

模型试验成果显示，按照方案④运行，水库泥沙淤积量、正常蓄水位以下库容损失和调节库容损失均最小，达到淤积平衡后调节库容最大。因此，选择方案④为水库运行方式。各方案水库泥沙淤积纵剖面见图2。

4 水库过机泥沙特征值

图1 首部枢纽布置方案 （单位：m）

图2 水库泥沙淤积纵剖面

通过模型试验对汛期 （库水位1 789.0 m，流量分别为100、200、300、400 m3/s）和非汛期 （库水位1 797.0 m，流量分别为50、100 m3/s）的水库过机含沙量及粒径进行了测量。不同流量下过机含沙量与入库含沙量比值实测结果见表1，过机粒径见表2。

表1 不同流量下过机含沙量与入库含沙量比值

表2 过机泥沙的特征粒径 （汛限水位工况）

根据模型试验成果，各种运行工况下d≥0.1 mm泥沙颗粒过机累积百分比最大为13.3%。因此，根据SL 269—2001《水利水电工程沉沙池设计规范》，电站可不设置沉沙池。

5 张家沟泥石流的影响

张家沟河段的来沙主要是由上游输送下来的泥沙落淤而成，而这部分落淤泥沙更可能是泥石流挟带进入干流的。因此，泥石流级配以河床覆盖层级配为参照，并在此基础上适当增加大粒径石块的含量以模拟张家沟泥石流堆积区调查发现的5～6 m直径的巨石运动情况。

试验以输沙量最大的100年一遇泥石流总量为控制条件，并以泥石流运动速度换算得到的模型加沙量和加沙时间进行综合控制。考虑到支流来泥石流时相应干流流量一般也将因暴雨而增大，为安全计，控制相应干流流量为30年一遇洪水。

试验发现，由于张家沟泥石流入汇区干流河道比降较陡，河道断面宽度较小，干流流速较高，因此，并未观察到堵江现象。但受支流入汇影响，干流上游一定范围内，尤其是交汇区范围内水面受到一定程度的抬高。在泥石流入汇初期，干流水体受泥石流侧向作用，上游水位壅高，交汇口位置处水体被挤压向对岸，在交汇口下游则形成一定的回流区，但由于干流本身河道比降较大，泥石流入汇的影响很快消弱，与干流充分掺混的高含沙水体，一起向下游运动。受交汇区两股水体的强烈紊动掺混的影响，在交汇区并未形成明显的成型淤积。泥石流所携带的泥沙被携带到下游干流坡度相对平缓的区段分散淤积，并最后在河道弯道凸岸形成累计性淤积。由此可见，张家沟泥石流的主要影响在于增大了干流局部时段的含沙量。

根据敞泄拉沙试验，淤积的泥沙可以被冲出库外。但由于泥石流含沙浓度高，汇入后造成干流含沙浓度瞬时过饱和，其输沙规律与常规的推移质输沙有差异，加上泥石流中常含有大颗粒物质，集中落淤后，往往在干流内形成常规洪水无法冲动的河流节点，易于引起干流的进一步累计性淤积。因此，在设计中需要预留一定库容来减少泥石流灾害的不利影响；同时，在发生泥石流后须延长拉沙时间，尽量降低运行水位，以利于粗颗粒泥沙出库。

6 结语

（1）通过在束水墙与导沙坎之间增设一曲线形扰沙坎，优化了枢纽引水防沙布置，有效保证了进水口 “门前清”。

（2）水库运行方式采用汛期 （6月～9月）进行敞泄排沙，枯水期 （10月～5月）按实际调度水位运行，有利于减少库区泥沙淤积，长期保持调节库容，降低过机粒径和过机含沙量。

（3）根据模型试验成果，电站可不设置沉沙池，但水轮机在水力、结构设计及过流部件材料选择上，应采取可靠的抗磨措施。

（4）张家沟泥石流主要影响是增大了干流局部时段的含沙量，在敞泄拉沙情况下，淤积的泥沙可以被冲出库外。考虑到泥石流的特殊性，在设计中预留一定库容以减少泥石流灾害对库容减少的不利影响；同时在发生泥石流后必须增大拉沙时间，尽量降低运行水位，以利于粗颗粒泥沙出库。

［1］聂锐华，黄维，史彬，等.四川省九龙河江边水电站可研阶段水工泥沙模型试验研究专题报告［R］.杭州：中国水电顾问集团华东勘测设计研究院，2005.

［2］SL 269—2001 水利水电工程沉沙池设计规范［S］.