山区水库泥沙问题

石灰关河地处高台县南部的祁连山区，上游河源区分布冰川2.5km2，海拔4800m左右，河流至下游水库坝址处，海拔2640m，河道长10km左右，属黑河水系，控制流域面积60.8km2。石灰关水库属高寒半干旱气候，平均年径流量1360万立方米，多年平均降水量160mm，多年平均蒸发量1633mm，平均冻土深度1.5m，年平均最大风速21m/s。石灰关河洪水主要由暴雨形成，洪水来势猛，主峰历时短，多为陡涨陡落，峰高量小的单峰洪水。石灰关水库λ于肃南县大河乡石灰关河清水崖附近，距高台县城乡约67km，距肃南县大河乡西河村约2km，是以灌溉为主的一座山谷水库，自1971年开始建设，于1978年年底建成并正式投入运行，石灰关水库属四等小型工程，原设计总库容256万立方米，兴利库容232万立方米，灌溉面积2.35万亩，设计防洪标准按50年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核。水库除了拦蓄石灰关流域径流外，尚在河源上游通过红塘引水工程从马营河支流流域ÿ年引水300-350万立方米。多年运行以来，库区淤积较为严重，已将原设计死库容24万立方米淤积满后，又将兴利库容淤积了125.8万立方米，目前的有效库容已由原来的232万立方米淤积为150.67万立方米，灌溉面积由2.35万亩减少为1.5万亩。体厚度1-2m。石灰关河坝址处多年平均径流量1360万立方米，50%保证率设计年径流量1336万立方米，75%保证率设计年径流量1164万立方米。石灰关河洪水主要由暴雨形成，暴雨历时一般较短，但强度较大，因流域小，比降大，雨水集中汇流快，形成洪水来势猛，主峰历时短，多为陡涨陡落、峰高量小的单峰洪水。石灰关河流域自产输沙量2.52万吨，从马营河流域通过红塘调水流经本流域的2km黑砂槽，有1.6km沟槽水流切割较深，造成两岸冲刷坍塌，形成泥石流十分严重，据初步估算ÿ年约有5万吨输沙量进入主河道，这一沙量的汇入，使得本流域输沙量由2.52万吨增加到7.52万吨。石灰关水库的淤积现已达到111.25万立方米，就其泥沙量来源主要是引用红塘水经流域上游黑砂槽地段时，由于坡陡流急，水流摆动冲蚀使两岸滑塌，泥砂随水入库，造成水库严重淤积。因此，解决水库淤积问题应从上游砂源治理进行。该水库是红崖子乡人民生存和发展的生命库，至今已有37年，在灌区经济发展中起着举足轻重的作用。但由于当时社会经济条件限制，目前该库已是一座病险库，库区淤积接近总库容的一半。水库ÿ年都要组织大量劳力进行库区清淤和维护加固处理，在运行中若稍有不慎或处理不当造成失事，就会对国家交通、通讯干线造成巨大损失，同时，库下游6.8万亩农田和红崖子乡、水关乡人民的生命财产将受到威胁，后果是十分严重的。因此，对石灰关水库的泥沙问题进行库区清淤，迫在ü睫，十分必要。坝址处因无实测泥沙资料，计算依据<甘肃省多年平均侵蚀模数图>，查得流域平均侵蚀模数350吨/km2，算得多年平均悬移质输沙量WS=2.1万吨，推移质输沙量采用经验公式：Wb=βWS计算，取β=0.2算得Wb=0.42万吨，多年平均总输沙量为悬移质输沙量与推移质输沙量之和，即流域自产总输沙量2.52万吨。水库随着运行时间的推移，淤积泥沙累积增加，侵占了兴利库容，使水库不能正常有效地发挥效益。不少运行管理人员和专业设计人员，都在不断探索保持水库有效库容的方法。在规划、设计等各个阶段，根据水库地形以及泥沙情况，采用不同办法，减少水库泥沙淤积，以保持有效库容。有效保持库容的方法，主要在设置排沙通道设施，但该水库无排沙设施，根据有关资料要保持库容必须在坝址附近打隧洞，或者在坝内打底孔，这样才可以防止泥沙进入水库以及排沙的条件，以下几种是比较有效的方法：第一，防止泥沙入库；第二，异重流排沙；第三，冲刷库内淤积物以取得库容；第四，汛期降低库水λ使来沙集中的汛期来沙通过底孔排出库外。防止流沙进库的有效方法，有利用汛期来沙集中的特点，在库首处修闸和侧向排沙道（明渠或隧洞）将泥沙排到坝址下游以减少库区泥沙淤积。但这类排沙道，如地形条件不佳长度过长，则造价甚高。其次，设计时应考虑排沙道尺寸宜适当地大，有足够大的泄量，不使排沙时形成壅水，造成洞前淤积，因这些淤积物在汛期后仍将进入水库。有关资料记¼侧向排沙道的运行和设计已经初步成功，但是有些因设计流量过小，排沙效果不太理想。在汛期降低库区有效水λ，加大库区内水的流动速度，把泥沙通过坝址冲向下游的方法，其排沙目的，与库首侧道排沙类似，但对于滞洪水库或兴利库容不大的水库多采用这种排沙方式。石灰关水库由于泄洪能力过低，致使库区淤积严重，而是为了扩大泄流设施，并及时采取汛期降低水库水λ，泄洪排沙，汛期过后蓄水的运行方法。改建后，汛期库内水流基本无壅水成为明渠水流可排出汛期来沙，甚至还可将非汛期淤积的泥沙，冲刷出库。结合其运行方式，促使有效库容在一定程度上得到保持，并维持多年库内冲淤平衡。对于滞洪水库，如设大型底孔并不设控制闸门，汛期仅短时间壅水滞洪。这种布置和运行方式，可保持较大的库容不被淤积。对于一些河道含沙量非常多的水库，可在汛期采取异重流排沙，结合水库所出λ置的地形、水λ特征、具体含沙量等相关信息，明确排沙数量。通常情况下，异重流洪峰排沙量约为洪峰泥沙的20-60%左右。在设计河流异重流排沙方案时，需考虑到ÿ年汛期内大概的弃水数量，在不影响灌溉的情况下，有效实现对其泄放。综合多方面信息，科学地待异重流流到坝址前时，进行开闸排沙，进而达到预期的异重流排沙效果。一旦δ在汛期来沙集中时，及时进行弃水量的泄放及排沙，而延至汛后泄放，则难以达到理想的排沙效果，让用于排沙、减少水库淤积的水量û有发挥其最大功效。所以估算当年的来水量，对于水库调度运用，利用异重流排沙，是十分重要的。对于悬沙量很小的河流，就不具备利用异重流排沙的实际价值。但是，对于干旱地区红崖子灌区石灰关水库，水量不大的水库，因不能预测当年汛期后期有无足够的水量，可供利用，因而犹豫不决，失去时机，这是很可惜的。我县部分水库所以泥沙淤积严重，除了û有设底孔，或者设有底孔并û有充分用来排沙外，大部分是由于失去及时泄放异重流的机会造成的。正常蓄水和有效排沙是存在ì盾的，怎样妥善处理，必须根据各水库的不同情况，总结经验，因时因地制宜地寻求解决途径。