云南红河南沙水电站汛期排沙方案探讨

贺海涛

摘要：针对红河流域来水含沙量较大、南沙水电站水库建成后泥沙淤积较快的情况，对水电站在运行过程中采取的排沙方案进行研究。

关键词：库区淤积；排沙方案；红河

引言

红河流域来水含沙量较大，水库建成后泥沙淤积较快，特别是2009年至今整个红河流域持续干旱，来水量较小，泥沙大部分淤积在水库中无法排除水库，引起一系列问题，需采取一定措施，减少淤积。

1电站基本情况

南沙水电站位于红河（元江）干流上，坝址在红河哈尼族彝族自治州的元阳县和建水县交界处，是《云南省红河（元江）干流梯级综合规划报告》中的第9个梯级。南沙水电站正常蓄水位267.00m，总库容2.65亿m3，兴利库容2.08亿m3，死库容1.15亿m3，电站装机容量150MW，多年平均发电量7.02亿kWh。南沙水电站工程于河床中部设有3个泄流表孔，堰顶高程250.0m，表孔左侧设有2个排沙底孔，孔口底坎高程228.0m。

2库区淤积情况

根据珠委设计院近几年的实测情况，列出了各次测量的库容变化（表2.1）。2007年底蓄水时正常蓄水位267m以下库容为2.08亿m3，至2013年底库容损失9046万m3，库容损失率43.5％。255m～267m区间总有效库容9300万m3，库容损失2150万m3，占比23.1％。

3汛期排沙调度方案

3.1简要分析

根据南沙电站的设计文件，排沙底孔的功能是当泥沙淤积到坝前厂房进口时，用于排走厂房进口前的泥沙，确保发电进水口“门前清”，排沙底孔开启的条件是需要将水位降低至死水位255m后开启。排沙底孔进口底高程228m，厂房进口底高程242m，实地测量发现，目前坝前泥沙淤积高程为235m，尚未到进水口高程，但是已高出底孔底高程7m。

本次汛期排沙为电站蓄水以来首次排沙调度，主要目标有两个：

一是验证排沙底孔是否有“门前清”功能。设计报告中显示，当排沙底孔开启时，由于水流作用，在底孔前沿会形成“漏斗”状，由于“漏斗”内水流流速大，拉走泥沙较快，在“漏斗”外，由于水流断面较大，流速迅速减小，靠流速已不能拉走“漏斗”以外的泥沙。

二是希望在库区形成异重流进行排沙。查阅相关资料得知，形成水库异重流需要满足四个条件：①入库洪水又一定的流量和一定的持续时间，推动异重流向前运动；②水流含有一定的含沙量，以保证明显的密度差和满足异重流持续运动的水量；③具有一定的库区地形和比降，能够满足形成的异重流在河槽内克服沿程阻力和局部阻力而持续流动；④泄流孔的高程和开启情况。由于上游无水电站，入库流量不可调，因此满足第①和第②个条件只能依靠降雨形成径流；根据库区地形沿程剖面图，异重流潜入点宜在坡度较大处，可满足第③个条件；目前坝前泥沙已超过底孔进口底高程，第④个条件已满足。

3.2启动排沙调度时的水位

排沙调度中关键的是确定排沙水位，设计单位最初给定的排沙水位时255m，但从目前的实际运行经验和淤积情况看，排沙水位宜在260m，由于库区有大量网箱养殖户，急剧降低水位会使水中含氧量降低，造成大量鱼类死亡，对电站的安全运行产生不利影响，急剧降低水位也易造成崩岸和滑坡等次生灾害，因此，水位尽量高一些，暂定为260m。

3.3排沙调度方案

（1）在汛期，尤其是天气预报入库流域将有较大降雨时，电厂可提前通过机组满发，将水位降低至260m，提前的时间根据水雨情预报确定，初步计算不少于40个小时；

（2）当洪水来临时水库水位已降低至260m，此时电站可停机，将排沙底孔打开，通过调整底孔开度控制下泄流量，保持上游水位在260m；

（3）通过底孔泄流将异重流排出库区，避免库区泥沙淤积，当入库水流变清后关闭底孔蓄水至正常蓄水位。

这是初步方案，由于库区淤积问题复杂，本次又是水库第一次进行排沙调度，经验欠缺，需在调度过程中根据来水流量和异重流的表征进行调整，为以后的排沙调度积累经验。

3.4监测方案

（1）为了客观真实反应排沙效果，需要在排沙前、后分别测量坝前500m范围内以及整个库区的水下地形图，以对比分析排沙效果和排沙范围；

（2）排沙底孔开启后，每30分钟采集一次下游水样，测出水样含沙量，以对比分析下泄洪水含沙量变化；

（3）排沙调度过程中全程录像、拍照，将出库水流的流态、浑浊度、库区浑水形成、异重流潜入点处的漂浮物堆积等现象为观测重点。

3.5不确定因素

水库内形成异重流是有效排沙的关键，若不能形成异重流，则排沙方案不能实施。而形成异重流需要上游来水具有一定的流量和一定的含沙量，流量愈大含沙量愈大，因此影响调度方案的关键是上游来水，来水量越大越容易形成异重流。由于上游来水需等待降雨，这是关键的不确定因素。

3.6风险分析

此次排沙调度的风险主要有两个：

一是在较短时间内水库水位连续下降较多，最大可达7m（从267m降至260m），水位的急剧降低可能造成崩岸、滑坡、鱼类死亡等灾害，需提前告知相关单位和人员，做好预案。

二是排沙底孔采用的面流消能，根据原设计报告下游水位较高时才开启，此时可满足面流消能的要求。本次调度中来水流量可能不大，下游水位较低，水流会直接冲刷河床，形成冲刷坑。

4结语

作为水库调度人员，关键是要把握好洪水来临前的水情信息，若能确定有洪水来临以及洪水级别，则可对冲沙的时机和过程进行把握，发挥出排沙调度的最大功效。排沙调度过程中，需要水工观测人员密切注意异重流是否形成，以及每次排沙后库区淤积测量与比较，确定排沙效果，以便及时调整排沙方案。

如何用水库操作来减轻泥沙淤积是一个重要的课题，需要在今后的实践中不断摸索，不断总结，找到适合南沙水电站的排沙调度方案，这对确保工程安全，保持水库有效库容，延长水库寿命有重要意义。

参考文献：

[1]何贞俊，黄斌杰.南沙水电站库区泥沙淤积的测量与分析.2013

[2]管新建，张文鸽.水库防洪调度风险分析研究进展与发展趋势［J］.中国水利，2004

[3]吴晴，凌春海.云南省红河南沙水电站工程可行性研究报告.2003