水库调度运行方式对水库泥沙淤积的影响

曾凯

摘要：一般情况下，水库的作用主要是平衡水资源的分布，同时也可以在一定程度上降低洪涝灾害等所造成的损失，为部分地区的水资源系统开发提供基础，但是泥沙淤泥问题的出现极大影响了水库兴利效益的充分发挥。如：建设在多沙河流上的水库，泥沙淤泥的速度比较快，且随着泥沙淤积量的增加，对水库的影响作用也会越来越大，降低了水库的使用寿命，甚至使水库完全丧失功能，因此这些年，国家加大了对水库泥沙淤泥问题的研究和投入力度，以切实提高水库功能发挥，实现兴利效益的根本目的。

关键词：水库调度运行方式；泥沙淤积形态；库尾淤积；淤积量；模型试验

引言

对于水库而言，泥沙淤积情况的存在，一方面会影响水库自身的正常运行，使其难以充分发挥作用，甚至影响水库的使用周期，另一方面还会对下游河床造成一定冲刷。因此在水库建设过程中，泥沙淤泥是必须应当考虑和研究的问题之一。通常情况下，水库可以采取多种方式来进行清淤工作，如：水库泥沙调度等，而为了更加全面地了解和认识水库调度运行方式对泥沙淤泥的影响，本文将结合工作经验，对此进行详细说明，以供今后参考使用。

1模型设计与建立

1.1模型比尺

根据模拟库区的范围和试验场地情况，通过不同比尺的比较，确定模型水平比尺λL，垂向比尺λH，变率为5。应当指出，当研究工程设施对河道泥沙运行和河床演变影响为主要对象时，模型变率宜为2～5，本文模型变率较大，会造成垂直方向的动力和动态的不相似，对试验结果有着一定的影响，但是从模型验证的结果以及前人的试验情况来看，试验结果还是能够反映水库泥沙淤积的实际情况的。

1.2悬移质泥沙设计

悬沙设计应满足沉降相似、扬动相似、挟沙能力相似和冲淤时间相似。沉降相似保证淤积部位相似，扬动相似保证泥沙悬浮相似，以沉降相似条件设计泥沙，以扬动相似条件校核；挟沙能力相似保证泥沙量的相似，用其条件控制模型进口加沙量；冲淤时间相似保证泥沙运动时间相似，用其条件控制模型试验时间。

1.2.1沉降相似

为使泥沙级配沿垂线分布相似，要求模型沙和原型沙的级配相似，为此，需由原型沙级配求沉降速度ωP。建议采用如下沉降速度公式。

对于粒径≤0．062mm的沙，选用斯托克斯沉速公式［7］推算泥沙颗粒的沉降速度，即

式中：ω为沉降速度（cm/s）；D为沉降粒径（mm）；ρs为泥沙密度（g/m3）；ρw为清水密度（g/cm3）；g为重力加速度（cm/s2）；ν为水的运动黏滞系数（cm2/s）。

1.2.2扬动流速相似

扬动流速比尺应满足λVf=λV。为此，需要分别计算原型沙与模型沙的扬动流速，求出扬动流速比尺，检验是否满足扬动流速相似准则。

1.2.3冲淤时间相似

冲淤时间比尺，由河床变形微分方程导出，即

式中λγ0为干重度比尺。

2试验成果及分析

从水库淤积纵剖面分析，在2种运行方式下，水库淤积均呈三角洲形态向坝前推进；淤积三角洲顶端的淤积高程与汛期坝前水位基本相同。水库运行前50a，泥沙淤积演变过程及淤积形态差别较大。水库运行第50年，淤积三角洲顶端位于距坝16．0km处，淤积高程约1813m；淤积三角洲顶端距坝6．0km处，淤积高程约1770m。水库运行后50a，2种运行方式下，水库的调度运行方式相同，随着运行年限的增加，水库的淤积演变过程趋于相同，运行至第100年，三角洲顶端均推至坝前，淤积高程约1770m。以淤积三角洲推进至坝前的时间作为平衡标准，水库的初步淤积平衡年限均在水库运行90a。

3探究水库调度方式变化对水库淤积的影响

就现阶段来说，中国大部分水库主要是通过采用蓄清排浑的调度方式来解决泥沙淤积问题的。水库调度对水库兴利计划的实现具有十分重要的影响，而不同水库的泥沙情况也是不同，其蓄清排浑调度过程也是不同的，也就是说不同的水库调度，泥沙淤积也存在差异，而本文将结合新疆部分水库调度方式对水库淤积问题进行详细分析。

3.1汛限水位调度对淤积影响

在新疆汛期阶段，来水来沙量都处于高水平，且这一阶段河床形态也处于一个相对比较稳定的时期，但是每一年水库的来水来沙量是不同的，但是汛期水沙量对水库来水来沙量的影响是不容置疑的。水库进入到运行阶段后，其调度方式的选择会对水库河段下游的水位产生一定影响，也就是说这一阶段水库中的水不再是“自由”的。新疆部分水库利用蓄清排浑的方式来解决水库淤积问题，以实现水库运行的平衡运行。另外水库坝前水位波动比较大，且待进入到平衡阶段后同年冲淤量也比较大。在水库蓄水期，泥沙被冲刷，水位处于高水平。另外新疆部分水库其平衡状态的形成是蓄水期和汛期水库共同冲刷作用的结果，且这一阶段水库造床流量增大，而这对河床形态的形成具有十分重要的作用，由此可以看出水库调动方式对水库泥沙淤积平衡状态的形成具有一定推动作用。

3.2汛前缩短汛限水位持续时间对淤积的影响

汛前推迟落水是指推迟汛前落水的时间，其实质上和汛后提前蓄水一样，改变了汛限水位的持续时间，同时也影响了落水冲刷，这一方案的计算主要是对汛后缩短汛限水位持续时间的补充，通过与汛后缩短汛限水位持续时间对水库淤积影响的对比来分析汛前缩短汛限水位持续时间对水库淤积的影响。从整个库区的淤积发展来看，汛前推迟落水后，新疆部分水库淤积发展明显加快。

结束语

总而言之，通过不同蓄水方案情况下新疆部分水库淤积发展及淤积平衡的比较，可以看出，一定水沙条件下，汛前及汛后一定范围内改变汛限水位持续时间或者正常蓄水位的小幅变动只会改变水库的淤积过程，并不会改变最终的平衡状态；整体改变汛限水位不仅可以改变水库的淤积过程，也会改变最终的淤积平衡状态.在水库调度过程中，汛限水位对水库淤积起着关键作用，汛限水位持续时间的改变一旦超过一定的“度”，水库的最终淤积平衡也会改变，这对制定水库调度方案具有重要的指导意义。

参考文献：

[1]李巍.水库调度运行方式对水库泥沙淤积的影响[J].水利建设与管理，2017，37（09）：65-67.

[2]叶辉辉，高学平，贠振星，赵自越.水库调度运行方式对水库泥沙淤积的影响[J].长江科学院院报，2015，32（01）：1-5+10.