小浪底水库泥沙淤积

小浪底水库泥沙淤积的

观测及处理途径探索水资一班王柯鑫、赵静、王焰、郄虎虎、胡俊亚、李浩、赵庆格

梗概一、小浪底介绍二、水库淤积观测三、泥沙处理途径探索一、小浪底介绍黄河小浪底水利枢纽工程位于河南省洛阳市孟津县小浪底，在洛阳市以北黄河中游最后一段峡谷的出口处，南距洛阳市40公里。上距三门峡水利枢纽130公里，是黄河干流三门峡以下唯一能取得较大库容的控制性工程。被中外水利专家称为世界上最具挑战性的工程之一。水库面积达272.3平方公里，控制流域面积69.42万平方公里；长期有效库容51亿m3，淤沙库容75.5亿m3,总装机容量为180万千瓦，年平均发电量为51亿千瓦时；每年可增加40亿立方米的供水量小浪底工程由拦河大坝、泄洪建筑物和引水发电系统组成。拦河大坝采用斜心墙堆石坝，设计最大坝高154米，坝顶长度为1667米，坝顶宽度15米，坝底最大宽度864米磅礴气势-泄水二、水库淤积观测

水库泥沙运用的设计原则按小浪底水库泥沙运用的设计思想，小浪底水库泥沙运用应遵循的主要原则是：拦粗排细，且初期以拦沙运用为主。采用蓄清排浑运用方式，利用水库75.5亿m3的拦沙库容和10.5亿m3的调水调沙库容，在50年运用期内相当于约25年内下游河床不再抬升。蓄水以来水库泥沙冲淤情况蓄水后第一年即2000年，水库入库沙量3.61亿t，出库沙量0.042亿t，排沙比仅为1.2%。蓄水后第二年即2001年，水库入库沙量2.94亿t，出库沙量0.29亿t，排沙比为9.9%。蓄水后第三年即2002年，水库入库沙量2.71亿t，出库沙量0.634亿t，排沙比为23.4%。蓄水后第四年即2003年，水库入库沙量7.10亿t，出库沙量1.07亿t，排沙比为15.1%。到2006年4月,在坝前40km范围内淤积了约7亿m3细颗粒泥沙(水库总淤积量约21.66亿m3),库容损失较大62亿吨小浪底调水调沙水库过水断面及纵断面变化

洲面段在距坝74.5km-113.1km之间，前坡段延伸到距坝49.6km，形成了一个长达63.5km的淤积三角洲。洲面段和前坡段的比降分别为0.28‰和1.43‰。通过计算，该三角洲泥沙淤积量为3.23亿m3，占2003年水库干流淤积量的93.3%。高程-库容变化最低河底高程变化库区水沙特性小浪底水库人库站为三门峡水文站。1952-2000年三门峡站年平均径流量382.0亿m3，,年平均输沙量为12.3亿t，最大年出库沙量22.56亿t,最大出库含沙量911.0kg/m3。三门峡至小浪底区间泥沙入库主要是汛期暴雨径流形成泥沙,区间内产沙很少,约0.47亿t，仅占三门峡年输沙量的0.4%根据实测资料,距离小浪底大坝40km的库区范围内主要是细泥沙沉积区,水深60～75m;距离小浪底大坝100km的库尾主要是粗泥沙沉积区,水深一般为8～15m;两区之间是粗细泥沙过渡区,水深15～60m。在淤积泥沙的颗粒组成上，测验范围内淤积泥沙的粒径普遍较细，d50一般在0.004~0.016m之间，属于粉沙类。2003年汛后观测结果显示，在距坝40.9km以下，淤积泥沙其d50在0.004~0.008mm之间，属极细的粉沙类库区泥沙淤积观测与分析年入出库水量2004年库区来水2003来沙较年偏少,库水位最高达到EL261.99m,相应库容为82.63亿m3,最低库水位EL218.63m,相应库容18.60亿m3。2004年人库水量166.4亿m3，月平均人库流量为13.87亿m3，最大日均人库流量为2840m3/s，7-10月份入库水量占全年的39.6%，全年出库水量206.6亿m3，最大日均出库流量是2680m3/s。月平均出库流量为17.22亿m3，7-10月份出库水量占全年的33.4%入出库泥沙量2004年泥沙人库主要集中在2次调水调沙期间,其中8月22日最大日均人库含沙量542kg/m3。第3次调水调沙期间人库沙量为0.44亿t，出库沙量为0.055亿t，第4次调水调沙期间人库沙量为1.7亿t，出库沙量为1.5亿t浑水泥沙颗粗径分布虽然含沙量随深度增加而变大,但泥沙粒径却没有明显的变化。8月19日及9月7日出现浑水水库时,中值粒径为0.004-0.005mm,平均粒径为0.005-0.006mm之间,9月28日及10月26日中值粒径为0.004-0.005mm之间,平均粒径为0.006mm这表明在异重流运行到坝前,不论是浑水层上升还是下沉阶段,泥沙粒径组成基本相同,均属于细粉砂类泥沙。如将浑水水库中的泥沙及时下泄,这部分细颗粒泥沙完全可以挟沙入海,且不会对下游河床造成淤积。研究思路加大排沙力度,较好的途径是提高水库异重流排沙效率和扩大淤积面溯源冲刷范围;措施是进行水库淤积面泥沙扰动,增大水库浑浊层厚度、泥沙含量以及加大坝前淤积河床纵比降。考虑到富含细颗粒的高含沙水流可进行高效、远距离的管道输送且大坝上、下游存在水位差这一有利条件,需开发水深为60m左右的库区挖沙及扰沙设备,在水库调水调沙及发电供水期间,挖、扰坝前40km左右(常年回水区)落淤区内的细泥沙,利用非牛顿体两相流低能耗输送、虹吸及调水调沙异重流等自然力量,辅以少量机械措施,使挖、扰的细泥沙排泄出库。三、水库泥沙处理途径探索泥沙扰动技术方案分析目前比较成熟可靠的水下人工扰沙方法主要有两种:一是利用水下高压射流或脉冲射流扰沙;二是利用机械设备搅动床沙并抽取泥浆喷洒回水中,进行双重扰沙第一种方法在三门峡水库库尾清淤和小浪底水库库尾扰沙中得到了应用;第二种方法在2004～2005年黄河下游河段扰沙和2005～2006年封丘河段切滩导流以及黄河标准化堤防建设中得到了应用并取得了很好的效果,特别是细沙松动时较一般射流冲刷的效率更高,技术相对成熟、可靠。大型潜吸式扰沙船扰沙、排沙分析在调水调沙期,将潜吸式扰沙船(抽沙流量4000m3/h、扬程60m、最大潜水深度70m、最大泥浆输送浓度50%)自库区溯源冲刷可能波及的边缘地带开始,按间距300～500m沿大坝纵向布设,利用扰沙船将电动抽沙泵沉入库底绞动淤沙。被扰动的一部分泥沙借助高速脉冲射流的驱动形成人工异重流(含沙量600～800kg/m3),随库区水流被带向坝前漏斗区,产生溯源和沿程冲刷,并经排沙底孔出库;一部分泥沙则借助潜水抽沙泵以高浓度泥浆形式抽吸经管道输送至坝前,借助虹吸原理翻越大坝、排出库外,与水库泄水混合向下游输送设计图纸成果计算小浪底水库这几年的调度运用表明，排沙洞的调度一直是个敏感的话题。建议枢纽调度、管理及运用各方友好协商，在尊重科学的基础上，使排沙洞发挥其应有的作用。坝前淤积高程的变化取决于泄洪洞的运用。当异重