水庫對水沙變異影響分析范文

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《水利水電技術雜志》2015年第S1期

摘要:

利用劉家峽水庫運行前后進出庫控制站的水文資料，對水庫運行以來的徑流泥沙特征進行了分析。研究表明:(1)水庫運行對進出庫年徑流量影響很小，對年內分配影響大;(2)單庫運行期水庫蓄水攔沙，出庫洪峰流量削減，年內徑流量分配發生變化，泥沙量大幅度減少;(3)龍羊峽水庫運行后的聯合運行期，洪峰流量略有削減，年內蓄水過程改變后仍有一定的攔沙作用，出庫含沙量較單庫運行期增加;(4)水庫運行減小了出庫含沙量，并沒有改變出庫含沙量與入庫含沙量的線性關系。

關鍵詞:

河流泥沙;水沙變異;資料分析;劉家峽水庫

1研究背景

劉家峽水電站位于甘肅省永靖縣境內黃河干流上，是一座以發電為主，兼有防洪、灌溉、防凌、養殖等綜合利用效益的大型水利樞紐工程。水庫控制流域面積18.18萬km2，占全流域面積的24.4%，控制徑流量263億m3。劉家峽水庫設計正常蓄水位1735m，相應庫容57億m3，有效調節庫容41.5億m3，為不完全年調節水庫。劉家峽水庫蓄水運行以來，在發電方面取得了巨大的經濟效益，有效減輕了水庫下游特別是寧蒙河段的防洪負擔，對防凌安全作用巨大［1］，庫區淤積有效減少了水庫下游的沙量［2］;同時增加了工農業供水保證率，緩解了黃河中下游水資源短缺狀況［3］，也對寧蒙河段的沖淤變化產生影響［4］。為了更清晰地研究劉家峽水庫運行對上游水沙過程的調控作用，本文對水庫的調控過程和參數特征進行了全面分析，對促進流域水庫聯合調度和河流綜合治理開發大有裨益。

2水庫運行過程

劉家峽水庫于1968年10月15日開始蓄水，1969年11月5日庫水位至1735m開始正常運行。以龍羊峽水庫運行時間為界分單庫運行和聯合運行兩個時期。在劉家峽水庫單獨運行時期，年內運行情況分兩個階段:(1)每年11月～次年5月，一般以泄水為主并控制下泄流量，以滿足下游灌溉和鹽鍋峽、青銅峽電廠用水，以及寧蒙河道防凌需要，到次年5月底泄到接近死水位1694m。(2)每年6～10月為蓄水期，根據來水情況水庫從6月開始蓄水到防洪限制水位1726m，10月底蓄水到接近正常水位1735m。實際運行過程如圖1所示。1986年10月龍羊峽水庫投入運行后實現兩庫聯合調度運行，黃河上游的防洪任務主要由龍羊峽水庫承擔，劉家峽水庫主要配合龍羊峽水庫進行調節運行，年內蓄泄水過程發生改變。一般情況下，每年汛前水庫蓄水位降到較低值迎接汛期洪水，汛期7～10月蓄水運行，水位抬升;11～12月補水發電;1～3月控制流量下泄進行防凌運行，蓄水位抬高;4～6月補水灌溉和發電，水位降低。由于干流流量過程均勻［3］，劉家峽水庫汛限水位抬升，大部分時間蓄水位維持在1720～1730m，相應蓄水量變化在20～30億m3之間，只是在龍羊峽水庫運行初期以及1991年5月～1992年7月庫水位較低。總體看，兩庫聯合運行后，經龍羊峽水庫調節后干流流量過程均勻，劉家峽水庫調節幅度減小，蓄水位變幅小于1969～1986年，蓄水量變幅減小。對不同時期各月蓄泄水量的統計結果如圖2所示。由圖2可見，1969～1986年單庫運行期，每年6～10月為蓄水過程，年均蓄水28.67億m3，9月蓄水量最大(10.54億m3);11月～次年5月為泄水期，年均泄水26.51億m3。1987年兩庫聯合運行后，蓄泄過程發生變化，平均12月～次年3月和7～9月為蓄水過程，其他月份為泄水過程;從蓄變量的絕對值看，5月份泄水量最大(7.35億m3)，其他月份的變化值較小。

3水庫調控作用分析

劉家峽水庫屬于不完全年調節型，汛期水庫蓄水攔沙。水庫的蓄泄水過程直接影響了出庫的徑流泥沙過程，造成洪峰流量削減、出庫流量過程調平，月徑流量過程均勻化，年內水量分配發生變化，出庫泥沙量減少。以干流循化站和洮河紅旗、大夏河折橋之和作為入庫控制過程，小川站為出庫(建庫前為上詮)過程，分析水庫對水沙的調控作用。

3.1洪峰流量削減天然情況下，入庫站和小川站最大流量相差較小。在1969～1986年單庫運行期，入庫最大流量多在2000～4000m3/s之間，相應平均削峰比為24%，劉家峽水庫具有一定的削峰作用，但基本不改變洪水過程，入庫洪峰大時出庫洪峰也大，最大洪峰時出庫流量與入庫具有較好的線性關系(見圖3)，平均削減流量約650m3/s。1987年后受龍羊峽水庫汛期蓄水影響，進入劉家峽水庫的洪水流量過程均勻，最大流量多在1000～2000m3/s之間，但入庫流量最大時，除個別年份出庫流量有增加現象外，多數年份仍有一定的削減。如1987～2009年入庫最大流量平均為1364m3/s，相應出庫流量為1079m3/s，平均削減流量285m3/s。

3.2汛期流量過程均勻統計不同時期7～10月各流量級持續天數的變化(見圖4)。1969～1986年劉家峽水庫單庫運行期，出庫流量500～1000m3/s的天數較入庫年均增加約22d，其他流量級天數均有不同程度減少。1987～2009年受龍羊峽水庫蓄水的影響，進入劉家峽水庫流量過程均勻，汛期各流量級進出庫天數差異小。入庫500～1000m3/s天數年均達88.8d，占汛期72.2%，與1969～1986年相比增加64.6d，其他流量級天數均減少;出庫流量100～1000m3/s天數略有增加，1000～1500m3/s天數減少，其他流量級變化很小，其中500～1500m3/s天數年均為107.5d，為汛期的87.4%，略小于入庫的111.9d。

3.3年內徑流分配發生變化天然情況下，小川站水量與入庫三站比較接近，汛期約占全年的61%。在劉家峽水庫單庫運行期1969～1986年，入庫年水量及汛期比例與長系列平均接近;出庫年徑流量與入庫接近，汛期水量減少，占全年的50.7%。1987～2009年兩庫聯合運行期，入庫年水量減少，但非汛期增加，汛期水量大幅度減少，僅占全年的40.8%，只有1969～1986年的52.2%;出庫年水量與入庫相當，汛期比例進一步減少(見表1)。從各月分配看，天然情況下年內最大最小月徑流之比為7.16，1969～1986年為3.37，1987年后僅為2.63，不僅月徑流量過程均勻，出現最大水量月份從汛期調整到了非汛期的5月份。

3.4出庫泥沙量減少天然情況下，入庫三站年沙量0.725億t，小川站年沙量為0.820億t，汛期占83.6%，略大于入庫。1969～1986年，入庫年沙量及汛期占年比例變化較小，出庫年沙量只有入庫的21.6%，汛期占年比例降至60.2%。1987～2009年兩庫聯合運行期，入庫沙量顯著減少，只有之前時段的41.7%;出庫沙量進一步減少，與單庫運行期基本相當，排沙比增至53.8%，汛期排沙比和占年比例均增加。從歷年來沙系數看(見圖5)，1968年以前三站和小川沒有趨勢性變化，1969～1986年受水庫攔沙影響出庫站來沙系數平均僅0.0008(kg•s)/m6，遠小于入庫平均值0.0029(kg•s)/m6;1987年以后，入庫來沙系數有減小趨勢，但入庫來沙系數大的年份出庫也大，如1988年、1992年等。1987年后由于水庫死庫容基本淤滿，攔沙作用已經減弱，同時為了保證發電也需要進行適當的排沙，出庫含沙量增加，特別是汛期平均為1.36kg/m3，較單庫運行期的0.65kg/m3顯著增加。

4出庫水沙關系分析

在天然情況下，小川站的年水沙量線性關系較明顯(見圖6);測站上游的鹽鍋峽水庫1958年9月開始施工，1961年3月正式蓄水，在施工期、運行后至劉家峽水庫運行前的1960～1968年，水庫滯洪攔沙，相同水量下沙量減少，而且大水時減的少、小水減的多，但是沙量與水量仍具有明顯的線性關系。1969年劉家峽水庫運行后，直至1986年龍羊峽水庫后，年輸沙量變化與來水量關系不明顯。圖7小川站平均含沙量與入庫平均含沙量關系(下轉第42頁)考慮到劉家峽水庫為不完全年調節水庫，出庫過程與入庫水沙條件有一定關系。為此，根據1952年以來的實測資料，進一步分析了汛期和非汛期平均出庫含沙量與入庫含沙量的關系(見圖7)。結果表明，劉家峽水庫運行前、運行后至龍羊峽水庫運由于本次試驗所選滲壓計的精度為±0.1%，滲壓采集儀的精度為±1%;水位計的精度為±0.25%，水位采集儀的測量精度為±0.025%;雨量計的測量精度為±1.5%，雨量采集儀的測量精度為±1.5%，所以由式(1)得測量滲壓水位的理論誤差為0.02m;測量庫區水位的理論誤差為0.005m;測量雨量的理論誤差為0.03。在本次試驗中，就基于網聯網模式的水庫大壩安全監測智能機系統的穩定性、可靠性、實時性和準確性等方面進行了性能測試，結果表明:系統各方面都滿足了設計要求，且系統誤碼率小于10－6，靈敏度小于123dBm，網絡暢通率大于95%，數據完整率大于98%。

參考文獻:

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作者：侯素珍 侯珂 王平 楚衛斌 單位：黃河水利科學研究院