探究水库泥沙淤积对库容的影响

2015-10-25于丽君

黑龙江水利科技 2015年4期

于丽君

(辽宁省闹德海水库管理局，辽宁阜新123000)

0 前言

虽然国内各大水库给工农业发展与人们生活带来了不少的便利，可与此同时其也改变了原本河道的性质与特点，在一定程度上打破了原本河道径流的平衡状态，并且造成了严重程度不一的水库泥沙淤积问题，给原本河道上下游造成了难以估计的影响作用。而闹德海水库主要坐落在辽宁省柳河上，其主要具备了防洪滞沙、工农业给水等特质，是目前国内规模较大的关键性控制管理项目，为此其的建设管理工作应当受到广大专家学者的高度关注与重视［1］。

近几年来，随着闹德海水库的不断完善，柳河洪水突发、河道泥沙堆积、水域范围广泛等要素也在不断困扰着水库建设工作，从而在一定程度上促使着闹德海水库的有效库容不断减少。并且根据调查显示，水库的泥沙淤积问题已经逐渐发展成为限制水库得到进一步发展的重要原因，也是当前水库建设工作当中首要处理的任务之一。所以，本文先对加强水库泥沙淤积防治工作的重要性进行了深入地分析，并且依据闹德海水库的水沙特性、冲淤量计算方式等实际情况，合理地提出水库泥沙淤积现象对水库有效库容的影响作用。

1 加强水库泥沙淤积防治工作的必要性与重要性

从古至今，水库泥沙淤积现象不仅降低了水库的有效库容量，而且还在一定程度上削减了水库自身的经济效益与社会效益，给水库带来了一些不良的影响作用。并且依据国内外水库库容研究项目结果得出，现阶段不少水库电站的经济效益与社会效益正逐渐受到水库泥沙淤积现象的威胁，尤其是对于那部分泥沙较多的河道［2］。由此可见进一步加强水库泥沙淤积的防治工作是具有一定必要性与重要性的。

众所周知，柳河自身属于多泥沙的一条河道，其主要源于内蒙古曼旗双山子东坡朝阳沟，最终流向闹德海水库，而且根据实际测量结果得到，近几年来该河道年平均含沙量为39 kg/m3，最高值为1 300 kg/m3。

通过这一系列数据可见目前闹德海水库的泥沙淤积问题的严重性与危害性是不能忽略的，广大专家学者应当积极地分析与研究下一步有效防治泥沙淤积问题的措施。

以前，因为水库泥沙淤积现象没有影响到水库正常运行，所以人们在思想上与行为上并没有关注与重视过该方面的防治工作，然而伴随着泥沙淤积问题不断加深和良好开发坝址不断减少的步伐，闹德海水库的有效库容量也在逐渐减少，这在很大程度上就大大加重了闹德海水库水资源供需之间的矛盾。

尤其是在多泥沙的柳河上面修建闹德海水库之后，因为水库蓄水作用，在一定程度上提高了整个柳河河道的水位，改变了河道原本运输泥沙的性质与状态，造成了河道水量重新分配、大量泥沙淤积等问题，导致闹德海水库的总效益受到了一定的负面影响。

为了建设科学合理的水库大坝、降低水库泥沙淤积的可能性，国内外不少专家学者正研究着如何通过适当地水库调度措施来实现河道冲淤的平衡状态，从而合理地提升水库的有效库容、增强水库的洪水抵御能力［3］。

总而言之，务必要按照原本原道与水库大坝的性质与特征，清晰地了解与掌握水库泥沙淤积的规律，寻找到泥沙淤积现象影响水库经济效益与社会效益的根本源头，并按照具体的问题源头，选择出科学恰当的解决措施［4］。

2 闹德海水库水沙特性分析

表1 为水库年平均水沙特性记录表，并根据多年水库水文实测情况分析，从各个河道水库站的流域面积来看，位于扣河子河的石门子的上游位置水沙含量比较少，属于较为清澈的水源地带，位于乌根稿河的白庙子的水量比较少而沙量就比较多，在三者中是属于含沙量较多的地带，而位于养畜牧河的三家子的水量比较多而沙量就比较少，河道整体的平均含沙量就只有27.8 kg/m3，其是辽河水资源汇集的关键地带。而下图1 则为闹德海水库历年来河道水沙含量变化过程图，根据图1，能够观察到近几年来闹德海水库的水沙含量变化情况是巨大的，但在整体上来看其是呈现出逐渐减少的发展倾向。

表1 闹德海水库年平均水沙特性记录表

图1 闹德海水库历年河道水沙含量变化过程图

近几年来，闹德海水库水沙含量日益降低，形成这一良好发展局面的原因不仅因为降水量增多等自然因素，而且还因为水库泥沙淤积防治工作贯切落实等一系列人为因素。

在1983年，我国就已经将闹德海水库以上的河流区域纳入为国家八大水土治理地域之一，而且从那时起，人们就逐渐关注与重视水库泥沙淤积问题，并且通过一系列行之有效的泥沙防治措施来增强水库的作用。

柳河的重点治理区域是阜新市境内范围，整个治理工作所涉及的规模大小为1 255 km2，当中就包括1 035 km2的水土流失面积。

而且截止2004年，其已完成治理工作的区域规模为1 011.58 km2，整个河道绿化覆盖面高达37%，也由此可见我国政府通过一系列水库泥沙淤积治理措施，确实在一定程度上改善了柳河流域的自然生态环境，对有效降低河道水沙含量确实起着至关重要的正面推动作用。

3 历年水库流域冲淤量变化的计算方式

3.1 通过水库流域的输沙率得出水库流域的冲淤量

该方法需要应用如下两条沙量平衡的数学公式:

式中:Ws入是指进入水库流域范围的输沙量;Ws出是指流出水库流域范围的输沙量;Ws末是指进入河道水库站到未得到控制管理区域之间范围的水沙含量;Ws间入是指在河道水库站到未得到恰当控制管理的区域之间突增的水沙含量;Ws间出是指河道水库站到大坝之间实际的水沙输出含量。

然而这种公式法的计算模式在根本上而言存在如下两点不足:

1)数学公式自身就拥有着一定的系统偏差，在计算方面单单考虑了水库流域沙量的输入与输出问题。

2)因为每年的降水量与降雨强度都会存在一定的差异性，产沙模数也存在一定的不同，所以如果专家学者仅仅通过区间沙量的输入与输出来计算确定冲淤量，其得出的结果必定会存在一定的偏差。

3.2 通过水库断面测量的方式得出水库流域的冲淤量

这种方法主要是把水库断面划分为多个断面来实施冲淤量的计算工作，可是其仍然存在着一定的不足，具体表现为如下3 点:

1)水库断面与断面之间的距离以及测量位置的集中程度均能够对冲淤量计算结果产生一定的影响。

2)一般而言，通过该方法所计算出来的水库冲淤量越小，则其可能存在的偏差就会越大。

3)水库低水位处所出现的塌岸问题也会影响着断面计算法与输沙量计算法的最终结果，甚至会导致以上两种方法所得出的结果相差甚远。

为了准确地计算出闹德海水库的冲淤量、恰当地选择泥沙淤积治理措施，笔者先后采用以上两种方式来计算水库的冲淤量，通过分析与研究能够观察出，两种计算方式所得出的冲淤量在个别年份呈现出较大的差异性，而在其他年份则普遍较为相近，尤其在2000年以后，闹德海水库的冲淤量表现出较大的增长趋势。笔者认为在未来发展期间内，闹德海水库冲淤量仍然会以增长的趋势在变化，所以其应当值得国家政府以及广大水库研究者继续重视与探究。

4 闹德海水库有效库容变化情况分析

为了更清晰准确地分析与研究不同时期水库有效库容的变化情况，笔者把闹德海库容依据高程来划分为如下几个组别:154 ～165 m、165 ～170 m、170～174 m、174 ～177.5 m、177.5 ～179 m、179 ～181.5 m、181.5 ～192 m。根据调查数据得出，以上每种水库库容组别在水库泥沙淤积防治方面所产生的作用存在一定的差异性，具体表现为以下3个方面:

1)高程为165 m以下的水库有效库容逐年呈现出提升的倾向，而170 ～174 m高程的水库库存量变化情况较大，这主要是因为该河道流域位于洪水频繁产生、水域冲刷严重的地理位置。

2)177.5 ～179 m与179 ～181.5 m高程的水库库容量就开始呈现出逐年降低的倾向，但在个别的年份以及月份仍然会出现突增的现象。

3)位于181.5 ～192 m高程的水库水位远远大于溢流堰顶，该水库流域属于防洪性的库容位置，一般性的突发洪水是较少对其产生影响的。

由此可见，闹德海水库有效库容出现以上变化情况的主要原因是因为政府部门在每年汛期期间都选择了“平水控制、洪水敝泄”的解决措施，虽然在洪水敝泄的过程中，水库流域会出现溯源冲刷的现象，水库有效库容也随着措施的深入落实也得到一定地增加，可是水库入口的水沙流量偏小，其所产生的冲刷力度过低，所以对水库高水位位置的有效库容影响程度就比较低。

根据历年实践经验得出，闹德海水库在近十年内都没有发生较为严重洪水灾害，汛期期间所出现的水沙流量也比较少，由此可见缺乏长时间且大面积的冲刷作用是形成闹德海严重的水库泥沙淤积问题的关键因素。