子洲縣康家溝水庫(kù)泥沙淤積分析計(jì)算

燕荔

(陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院陜西西安710001)

子洲縣康家溝水庫(kù)泥沙淤積分析計(jì)算

燕荔

(陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院陜西西安710001)

本文以陜西省榆林市子洲縣康家溝水庫(kù)的水沙基礎(chǔ)資料以及庫(kù)區(qū)特性為基礎(chǔ)，運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)公式法及試擺淤積體法，對(duì)位于大理河一級(jí)支溝楊家溝上康家溝水庫(kù)進(jìn)行泥沙淤積分析與計(jì)算,為研究多泥沙河流上的全攔全蓄小水庫(kù)工程，提供有益的幫助與借鑒作用。

水沙基礎(chǔ)資料；泥沙淤積；淤積形態(tài)；分析計(jì)算

1 流域概況

大理河屬無(wú)定河一級(jí)支流，發(fā)源于靖邊縣南部的白于山東部，自西向東依次流經(jīng)靖邊、橫山、子洲，在綏德縣城附近匯入無(wú)定河。該流域地處陜北黃土高原腹地，屬黃土高原丘陵溝壑地貌，西部以黃土梁狀丘陵為主，東部以黃土峁?fàn)钋鹆隇橹?，梁峁起伏，溝壑交錯(cuò)。地勢(shì)西高東低，海拔高度在863m～1405m之間。流域內(nèi)植被較差，水土流失嚴(yán)重。

大理河流域面積3906km2，分布在綏德、子洲、橫山、靖邊、子長(zhǎng)等五個(gè)縣，干流全長(zhǎng)170km，平均比降3.16‰。大理河在子洲縣境內(nèi)流域面積為1385km2，河長(zhǎng)60km。大理河左岸較大支流有小理河、焦家河、岔巴溝等，右岸有青陽(yáng)岔、槐樹(shù)岔、駝耳巷溝等。

2 工程概況

擬建的康家溝水庫(kù)及供水工程位于大理河左岸的楊家溝內(nèi)，該工程包括大壩、張家寨取水樞紐、張家寨泵站和供水管線四部分。通過(guò)設(shè)在大理河干流的泵站，將大理河地表徑流抽至康家溝水庫(kù)進(jìn)行調(diào)蓄。張家寨泵站均位于子洲縣城上游大理河左岸，距縣城約3km。泵站取水口位于大理河干流。

康家溝水庫(kù)及供水工程建筑物主要由康家溝大壩、張家寨取水樞紐、抽水泵站及供水管道等部分組成。設(shè)計(jì)大壩為均質(zhì)土壩，壩高50.0m，壩頂寬7.0m，總庫(kù)容306.2萬(wàn)m3，壩頂高程958.5m，正常蓄水位955.5m，死水位934m。

3 水庫(kù)運(yùn)行方式及泥沙調(diào)度方式

根據(jù)設(shè)計(jì)水平年子洲縣雙湖峪鎮(zhèn)、苗家坪鎮(zhèn)城鎮(zhèn)居民綜合生活用水以及苗家坪工業(yè)園區(qū)內(nèi)各企業(yè)工業(yè)生產(chǎn)用水要求，考慮附近大理河水源特點(diǎn)，大理河為多泥沙河流，泥沙淤積致使不能布置蓄水工程，這就要求把大理河受沙限要求的水量調(diào)入有條件的水庫(kù)中進(jìn)行調(diào)蓄。

經(jīng)對(duì)附近有條件的河、溝進(jìn)行綜合勘察分析，選取在楊家溝修建康家溝水庫(kù)。大理河調(diào)水入康家溝水庫(kù)，經(jīng)康家溝水庫(kù)調(diào)蓄，滿足工程需水要求。

楊家溝流域徑流量為7.17萬(wàn)m3，遠(yuǎn)小于工程需水量691萬(wàn)m3，可將楊家溝本流域徑流量作為生態(tài)流量下泄。

大理河為多泥沙河流，直接由大理河抽水入庫(kù)，必然抽水?dāng)y沙，加大康家溝水庫(kù)淤積。

故在大理河泵站處設(shè)置泥沙處理設(shè)施，處理后的清水從泥沙設(shè)施出水口的輸水管道進(jìn)行供水，若處理后的清水水量滿足受水區(qū)需水要求，余水通過(guò)泵站抽水充庫(kù)；若不滿足，則由水庫(kù)進(jìn)行補(bǔ)水。

在水庫(kù)滿足供水效益條件下，康家溝水庫(kù)工程，采用全蓄全攔的水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行方式。

4 基礎(chǔ)資料

根據(jù)工程布置及水庫(kù)運(yùn)行方式，進(jìn)康家溝水庫(kù)的沙量由兩部分組成：

4.1 康家溝水庫(kù)本流域來(lái)沙量

康家溝水庫(kù)壩址多年平均懸移質(zhì)沙量為1.89萬(wàn)t，各月分配過(guò)程見(jiàn)表1，推懸比按10%計(jì)，推移質(zhì)輸沙量為0.189萬(wàn)t。懸移質(zhì)與推移質(zhì)合計(jì)值為2.08萬(wàn)t。

表1 壩址斷面多年平均懸移質(zhì)輸沙量各月分配表

4.2 庫(kù)區(qū)塌岸沙量

根據(jù)地質(zhì)資料提供：954m高程時(shí)的最終塌岸方量為71.3萬(wàn)m3，其中近壩址處有10.7萬(wàn)m3塌岸量；水位960m高程時(shí)的最終塌岸方量為82.0萬(wàn)m3，其中近壩址處有11.5萬(wàn)m3塌岸量。

5 基礎(chǔ)資料的分析采用

5.1 康家溝水庫(kù)本流域來(lái)沙量

康家溝水庫(kù)壩址年入庫(kù)沙量推移質(zhì)、懸移質(zhì)為2.08萬(wàn)t。

5.2 庫(kù)區(qū)塌岸沙量

對(duì)壩前塌岸量進(jìn)行工程地質(zhì)分析，結(jié)合施工組織設(shè)計(jì)要求，近壩址處塌岸量可作為上壩料處理，不計(jì)入總塌岸量中，所以根據(jù)不同高程塌岸量，954m高程時(shí)的最終塌岸方量為60.6萬(wàn)m3，960m高程時(shí)的最終塌岸方量為70.5萬(wàn)m3，進(jìn)行線性內(nèi)插，得出水位955.5m高程時(shí)的塌岸量為63萬(wàn)m3。

結(jié)合工程實(shí)際情況分析，水庫(kù)蓄水后導(dǎo)致庫(kù)岸再造，最終形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的岸坡，其中坍岸方量中一部分在坍岸范圍內(nèi)自身穩(wěn)定，另一部分塌落到庫(kù)區(qū)內(nèi)，偏于對(duì)工程安全考慮，總塌岸量63萬(wàn)m3在水庫(kù)運(yùn)行初期塌落至庫(kù)區(qū)。

6 泥沙淤積計(jì)算目的

根據(jù)規(guī)范要求，結(jié)合本工程特點(diǎn)，泥沙淤積計(jì)算目的為：水庫(kù)運(yùn)行30年后的水位庫(kù)容曲線；水庫(kù)運(yùn)行30年的淤積形態(tài)和壩前淤積高程；在水庫(kù)淤積30年床面上進(jìn)行不同工況回水計(jì)算。

圖2 康家溝水庫(kù)錐體淤積縱剖面示意圖

7 淤積計(jì)算成果

7.1 淤積形態(tài)

①橫向淤積分布

由于康家溝水庫(kù)壩址處庫(kù)內(nèi)水深較大，淤積使河道整個(gè)斷面淤高，故淤積橫向分布按照不分灘槽計(jì)算。

②壩址縱向淤積型態(tài)判別與分析計(jì)算

式中：α'——淤積形態(tài)判別系數(shù)，α'＜2.2，為錐體淤積，α'＞2.2，為三角洲淤積或帶狀淤積。

V——汛期平均庫(kù)水位以下庫(kù)容，V= 101.32萬(wàn)m3；

Ws——多年平均入庫(kù)沙量，Ws=1.54萬(wàn)m3；

J0——庫(kù)區(qū)原河道比降，以萬(wàn)分率計(jì)，J0=170。

經(jīng)計(jì)算，α'為0.39＜2.2，故按錐體淤積形態(tài)進(jìn)行淤積分布計(jì)算。

7.2 淤積末端位置的確定

圖1 水庫(kù)錐體淤積縱剖面示意圖

圖中：Jo——為壩址以上天然河床平均比降；

L0——最高庫(kù)水位與原庫(kù)底AB的水平交點(diǎn)距壩址的距離；

L——淤積起點(diǎn)A距壩址的距離，其中L=KL0，系數(shù)K此次取1.0；

J——水庫(kù)錐體淤積后的比降。

根據(jù)上述水庫(kù)淤積縱剖面示意圖（圖1），泥沙淤積量應(yīng)等于錐形AOB的體積?？导覝纤畮?kù)擬定采用全攔全蓄運(yùn)用方式，根據(jù)溝道縱斷面圖，壩址處河床高程位置為B，即B點(diǎn)高程為911m（溝底），該庫(kù)最高庫(kù)水位955.5m與原庫(kù)底線的水平交點(diǎn)A的位置，從溝道縱斷面，根據(jù)水庫(kù)實(shí)際情況，選k=1.0，根據(jù)公式L=kL0計(jì)算，則淤積末端A距離壩址距離為：L=1.592km。

表2 康家溝水庫(kù)不同運(yùn)用年限庫(kù)容曲線計(jì)算成果表

7.3 試擺確定淤積部位

從淤積末端A出發(fā)，試作幾條淤積縱剖面線，交于壩軸線于O，即壩前淤積高程，使錐體AOB體積等于淤積量46.2萬(wàn)m3，其淤積面AO線即為所求的淤積面。

根據(jù)所剖的溝道縱斷面、18個(gè)橫斷面，假設(shè)不同的壩前淤積高程，通過(guò)試算，確定壩前淤積高程。

圖3 康家溝水庫(kù)不同運(yùn)行年限庫(kù)容曲線

經(jīng)過(guò)試算，壩前淤積高程為945m時(shí)，淤積總量為92.28萬(wàn)m3；壩前淤積高程為943m時(shí)，淤積總量為78.09萬(wàn)m3；壩前淤積高程為942m時(shí)，淤積總量為75.24萬(wàn)m3；壩前淤積高程為929m時(shí)，淤積總量為33.12萬(wàn)m3，當(dāng)壩前淤積高程為932m時(shí)，淤積總量為46.36萬(wàn)m3，與實(shí)際淤積量46.2萬(wàn)m3基本一致，可以認(rèn)為AO線為所求的淤積面，比降為i=14.6‰。康家溝水庫(kù)淤積形態(tài)分布結(jié)果見(jiàn)圖4。

7.4 淤積庫(kù)容曲線計(jì)算結(jié)果

由天然水位～庫(kù)容曲線及水庫(kù)運(yùn)用30年，46.2萬(wàn)m3泥沙形成錐體淤積形態(tài)，并考慮庫(kù)區(qū)塌岸63萬(wàn)m3，累計(jì)侵占庫(kù)容容積約109.2萬(wàn)m3，可得到水庫(kù)運(yùn)用30年的水位～庫(kù)容曲線。成果見(jiàn)表2及圖5。

7.5 死水位

水庫(kù)30年淤積量為109.2萬(wàn)m3，壩前淤積高程為932m，淤積坡降14.6‰。水庫(kù)供水建筑物進(jìn)口布置在庫(kù)內(nèi)，取水形式為分層取水放水塔，可適應(yīng)不同高程的取水要求。輸水管道取水采用分層取水，根據(jù)供水建筑物的布置，本階段確定康家溝水庫(kù)壩址死水位934m。

8 結(jié)論與建議

通過(guò)子洲縣康家溝水庫(kù)泥沙淤積分析計(jì)算，可以得出：

在多泥沙河流上修建小水庫(kù)，采用經(jīng)驗(yàn)公式法及試擺淤積體方法計(jì)算泥沙淤積量以及壩前淤積高程，簡(jiǎn)單方便，可大大提高工作效率。為水庫(kù)確定死水位和調(diào)節(jié)庫(kù)容，提供了基礎(chǔ)參數(shù)；也為確定供水建筑物進(jìn)水口的最低高程，引水建筑物的布置提供依據(jù)，以便更合理的確定水利樞紐工程的總體布置。陜西水利

[1]韓其為.水庫(kù)淤積[M].北京：科學(xué)出版社，2003，40～80.

[2]陜西省水利科學(xué)研究所河渠研究室、清華大學(xué)水利工程系泥沙研究室.水庫(kù)泥沙[M].北京:水利電力出版社，1978，29～80.

（責(zé)任編輯：暢妮）

TV697

A