(伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊 830000)

天然河流修建攔河建筑物后，原有的輸水泄洪平衡遭到破壞，庫區(qū)內(nèi)將產(chǎn)生泥沙淤積，對(duì)水庫產(chǎn)生一些不利影響，淤積泥沙占用有效庫容，降低水庫的防洪和興利能力。水庫淤積計(jì)算的任務(wù)是分析水庫淤積對(duì)防洪、發(fā)電、航運(yùn)、引水及淹沒等的影響，并為研究水庫運(yùn)行方式、確定泄洪排沙設(shè)施規(guī)模提供依據(jù)。天然河道一般與長期來水、來沙條件相適應(yīng)，處于相對(duì)沖淤平衡狀態(tài)。水庫壅水后，庫區(qū)流速變緩，挾沙能力減小，含沙水流進(jìn)入水庫，泥沙不斷落淤，經(jīng)過長期淤積過程，又達(dá)到新的相對(duì)平衡狀態(tài)。水庫淤積易造成如下情況：?常侵占調(diào)節(jié)庫容，逐步降低其綜合利用效益；?淤積末端上延抬高回水位，增加淹沒損失；?變動(dòng)回水區(qū)易使寬淺河段主流擺動(dòng)或移位，影響航道和港口；?壩前淤積將增加作用于建筑物上的泥沙壓力，并有礙船閘及取水口正常運(yùn)行。

1 山口水庫概況

山口水電站位于新疆特克斯河干流上，為特克斯河干流梯級(jí)開發(fā)的最末一級(jí)，距上游恰海水庫約16km，距上游大莫河河口約9km。山口水電站工程屬大(2)型Ⅱ等工程，水庫入庫徑流由恰海水庫出庫徑流過程和大莫河天然徑流過程兩部分組成，主要承擔(dān)發(fā)電任務(wù)，其次是反調(diào)節(jié)任務(wù)。山口水庫，位于下游，水庫調(diào)節(jié)方式為日不完全調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)庫容僅為0.2億m3，調(diào)節(jié)能力較弱，且運(yùn)行水位距汛限水位僅為0.50m。水庫運(yùn)行后，出庫泥沙輸沙量較天然河道輸沙能力大大降低，攜帶泥沙顆粒較細(xì)。莫河是反調(diào)節(jié)水庫的一條小支流，該支流屬山溪性河流，隨著暴雨及融雪性洪水的沖刷夾帶，汛期河道泥沙含量較大，河道坡度大，泥沙基本全部進(jìn)入反調(diào)節(jié)水庫。本文所分析的水庫入庫站地處山溪性河流，山區(qū)河流比降大、水流湍急、輸沙能力強(qiáng)，河流以侵蝕為主，不會(huì)淤積。但匯入水庫入庫口以下，河流縱坡變緩，河道明顯展寬，輸沙能力減小，水流搬運(yùn)物質(zhì)大量堆積形成沖積洪積扇，造成了下游水庫的壩前淤積。

2 水庫淤積量計(jì)算

水庫泥沙淤積計(jì)算是水庫工程設(shè)計(jì)的重要組成部分 ,直接影響到工程的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

山口反調(diào)節(jié)水庫的入庫泥沙來量，可分為上游水庫的出庫泥沙和小莫河水文站的入庫泥沙。

2.1 上游水庫出庫泥沙

山口水庫出庫泥沙計(jì)算利用該反調(diào)節(jié)水庫上游水文站1962—1968年、1977—1987年、1989—2002年共計(jì)32個(gè)完整年的懸移質(zhì)泥沙監(jiān)測(cè)資料作為設(shè)計(jì)依據(jù)。

計(jì)算上游水文站實(shí)測(cè)多年平均懸移質(zhì)輸沙率為187.9kg/s，多年平均懸移質(zhì)輸沙量為593.08萬t，實(shí)測(cè)最大懸移質(zhì)日輸沙率為15700kg/s，實(shí)測(cè)多年平均懸移質(zhì)含沙量為0.762kg/m3。插補(bǔ)處理后的1957—2002年多年平均輸沙率為198.7kg/s，多年平均含沙量為0.763kg/m3，多年平均懸移質(zhì)輸沙量為627萬t。上游恰海水庫建成運(yùn)行后，由于改變了天然河道的泥沙輸移特性,河流中一定量的泥沙將在水庫淤積，其出庫懸移質(zhì)泥沙量占入庫懸移質(zhì)泥沙量的比例為16%，多年平均出庫懸移質(zhì)泥沙年輸沙量為92.03萬t，其多年平均懸移質(zhì)泥沙年內(nèi)分配狀況見表1。

2.2 小莫河水文站入庫泥沙

小莫河水文站是山口反調(diào)節(jié)水庫的入庫站，該反調(diào)節(jié)水庫調(diào)節(jié)庫容約2000萬m3，調(diào)節(jié)類型為日不完全調(diào)節(jié)水庫，該站到達(dá)水庫的傳播時(shí)間約為30min，小莫河水文站所監(jiān)測(cè)的莫河屬于山溪性河流，汛期5—8月是泥沙含量較集中的月份，其輸沙量占年輸沙量的88.22%，河道坡陡流急、泥沙粒徑大、沙量集中，河流徑流小，年徑流量分配不均勻。

莫河流域?qū)偎馁Y料缺乏地區(qū)，無泥沙資料，與其相鄰的流域地質(zhì)條件、植被、降水及河流流向相近，故以鄰近水文站的31年泥沙實(shí)測(cè)資料為依據(jù)進(jìn)行泥沙估算。鄰近水文站輸沙模數(shù)為85.8t/km2，按照面積比擬法估算小莫河水文站入庫多年平均懸移質(zhì)輸沙量為49.41萬t。其多年平均懸移質(zhì)泥沙年內(nèi)分配狀況見表2。

表1 上游水庫出庫多年平均懸移質(zhì)泥沙特征值

表2 小莫河水文站入庫多年平均懸移質(zhì)泥沙特征值

2.3 水庫泥沙年總輸沙量

總輸沙量是指在一定時(shí)間內(nèi)通過某一水體截面的總輸沙量，其大小取決于河流的流量和含沙量。河流輸送的河床沙與河流的流量密切相關(guān)，在大多數(shù)情況下，水流中的沖積物數(shù)量是不飽和的，不僅取決于該段河段的水流狀況，還取決于上游流域的泥沙補(bǔ)給狀況。因此，必須依靠實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來確定沉積物總量以及沖積物體積。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)主要包括水文站實(shí)測(cè)泥沙數(shù)據(jù)、流域?qū)崪y(cè)泥沙數(shù)據(jù)和水庫淤積數(shù)據(jù)。

a.根據(jù)水文站實(shí)測(cè)泥沙數(shù)據(jù)計(jì)算總輸沙量。河上所有重要的水文站都測(cè)量了不同流量下的泥沙輸移速率數(shù)據(jù)，利用水流輸沙速率與流量頻率之間的關(guān)系，計(jì)算出通過斷面的輸沙總量。在使用這種方法時(shí)，首先應(yīng)注意在泥沙測(cè)試中，經(jīng)常會(huì)遺漏近底泥沙的數(shù)量，需要進(jìn)行校正；其次，實(shí)測(cè)的泥沙輸沙率關(guān)系群普遍分散，難以畫出合適的關(guān)系曲線。流量與流量頻率之間的關(guān)系可以根據(jù)徑流的來源、季節(jié)或類型分別確定。

b.基于流域因子計(jì)算總產(chǎn)沙量。流域內(nèi)的泥沙蓄積量與影響流域土壤侵蝕的因素有一定的相關(guān)性，可從懸沙量與流域因子的關(guān)系對(duì)總輸沙量進(jìn)行估算。

c.根據(jù)水庫泥沙蓄積量計(jì)算總輸沙量。河流上的水庫部分或全部截留了上游的泥沙，因此可以估計(jì)水庫的總泥沙荷載。

山口反調(diào)節(jié)水庫入庫懸移質(zhì)泥沙總量，為上游水庫出庫泥沙和小莫河水文站入庫懸移質(zhì)泥沙來量之和，故該水庫多年平均懸移質(zhì)輸沙率為44.82kg/s，相應(yīng)年輸沙量為141.44萬t，以此估算推移質(zhì)泥沙輸沙量，按山區(qū)河流β=0.15計(jì)，得多年平均推移質(zhì)輸沙量為22.63萬t，多年平均輸沙總量為164.06萬t。

3 泥沙監(jiān)測(cè)資料分析

3.1 泥沙監(jiān)測(cè)方法

反調(diào)節(jié)水庫的斷面較為復(fù)雜，中間有支流匯入，如從監(jiān)測(cè)水庫淤積范圍入手較為困難，故以小莫河水文站斷面單沙、斷沙泥沙監(jiān)測(cè)資料作為主要依據(jù)。上游水庫調(diào)節(jié)庫容較大，泥沙淤積設(shè)計(jì)為100年，來水較豐的年份也通常無棄水，可視為泥沙下泄量極少。

小莫河水文站的泥沙監(jiān)測(cè)主要以20m、30m、40m、50m垂線積深法斷沙取樣，以主泓30m垂線單沙取樣。

3.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

反調(diào)節(jié)水庫自2011年開始進(jìn)行全年泥沙監(jiān)測(cè)，其中2011年徑流量較多年平均徑流量偏枯6%，年總輸沙量為64.5萬t，2012年徑流量較多年平均徑流量偏枯36%，年總輸沙量為53.8萬t。即實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)在徑流量未達(dá)到多年平均徑流量的情況下，實(shí)際泥沙年總輸沙量已大于多年平均輸沙量49.41萬t，由此不能準(zhǔn)確了解水庫在運(yùn)行后的泥沙淤積狀況。

3.3 懸移質(zhì)泥沙顆粒級(jí)配

2011年6—8月，對(duì)小莫河水文站進(jìn)行了懸移質(zhì)泥沙顆粒級(jí)配的比測(cè)工作，比測(cè)位置位于水邊和起點(diǎn)距40m處，總共進(jìn)行了6個(gè)點(diǎn)對(duì)的比測(cè)，證實(shí)泥沙的顆粒相對(duì)較細(xì)，平均中值粒徑界于0.017～0.021mm之間，約80%的泥沙組成成分為泥土和黏土，其中黏土約占25%。

4 泥沙淤積分析

山口反調(diào)節(jié)水庫入庫多年平均懸移質(zhì)輸沙量為141.44萬t，其中支流小莫河入庫49.41萬t，占比34.94%；通過對(duì)比2011年、2012年實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，小莫河入庫懸移質(zhì)輸沙量較設(shè)計(jì)分別偏大30.5%、8.9%。根據(jù)小莫河2011年總輸沙量計(jì)算出山口反調(diào)節(jié)水庫庫沙比93.9，相對(duì)原設(shè)計(jì)庫沙比103.4減小9.5,按規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)劃分，均屬于泥沙淤積不嚴(yán)重。

根據(jù)對(duì)小莫河水文站多年泥沙監(jiān)測(cè)的分析，汛期5—8月是泥沙含量較集中的月份，其中輸沙量占年輸沙量的88.22%，根據(jù)淤積計(jì)算分析，水庫運(yùn)行初期，平均排沙比為73.7%，水庫運(yùn)行50年時(shí)，排沙比為75.6%。取2011年小莫河年總輸沙量64.5萬t計(jì)算水庫運(yùn)行50年時(shí)的總庫容，因泥沙淤積造成庫容損失0.16億m3,較原設(shè)計(jì)總庫容損失0.14億m3，損失增大0.02億m3，對(duì)于死庫容為0.50億m3山口水庫損失較小。

由此可看出，水庫運(yùn)行50年內(nèi)，因小莫河入庫懸移質(zhì)輸沙量的變化導(dǎo)致的泥沙淤積增大對(duì)調(diào)節(jié)庫容的影響是較小的。

5 結(jié) 論

無監(jiān)測(cè)資料的小莫河以鄰近水文測(cè)站的泥沙資料作為依據(jù)進(jìn)行泥沙入庫設(shè)計(jì)，在山口反調(diào)節(jié)水庫運(yùn)行后，因山溪性河流挾沙力和輸沙量較內(nèi)陸河流分布不均勻，故增加泥沙監(jiān)測(cè)，根據(jù)實(shí)際資料選取典型年份，計(jì)算水庫實(shí)際淤積面積，從而指導(dǎo)水庫的運(yùn)行管理。