李海斌 張文剛 康 鋒

(河南省豫北水利勘測設(shè)計院 安陽 455000)

1 概述

蓄清排渾運用就是在水庫主要來沙期降低水位運行，滯洪排沙，利用異重流排沙及渾水水庫排沙;少沙期攔蓄徑流，蓄水興利?，F(xiàn)在一些多沙河流水庫多數(shù)已采用蓄清排渾運用方式，并取得了良好的效果。蓄清排渾運用在汛期到來時，要降低水位或泄空水庫，應盡可能結(jié)合灌溉或其他用水，即使有部分棄水，但換來的是水庫不被淤廢，所以還是合算的［1］。我國許多水庫，如:三門峽、黑松林等水庫，在運用期都是采用蓄水運用方式，后來發(fā)現(xiàn)淤積嚴重，改為蓄清排渾運用后，淤積速度大為減緩［2］。

2 水庫蓄清排渾的運用

2.1 頭屯河水庫淤積情況

頭屯河發(fā)源于天山北坡，是一條順坡發(fā)育的多泥沙山溪性河流，多年平均徑流量為2.39億m3，輸沙量為87.8萬t。由于頭屯河水庫建庫以來為了滿足新疆八一鋼鐵公司對水質(zhì)的含沙量不超過5kg/m3的要求，頭屯河水庫一直處于高水位運行狀態(tài)，致使大量懸移質(zhì)泥沙在壩前淤積。頭屯河水庫從1983年建庫運行以來到1998年泥沙淤積，庫容總量達1470萬m3，占總庫容的72%，有效庫容僅剩560萬m3。

1999年頭屯河管理處進行過一次泄空沖刷，恢復了大部分的庫容，但是由于頭屯河本身就屬于多沙河流，所以一旦正常蓄水運用，就又有可能產(chǎn)生嚴重的淤積。為了避免頭屯河水庫重新產(chǎn)生嚴重的淤積問題，我們采用了蓄清排渾的處理方式。

2.2 蓄清排渾的運用

頭屯河水庫以前是蓄水運用，自從2002年以后改為“蓄清排渾運用”，既調(diào)節(jié)水量，又調(diào)節(jié)沙量，淤積速度也會減緩或保持一個較大的長期使用的庫容。蓄清排渾的具體排沙方式又分為滯洪排沙、異重流排沙、渾水水庫排沙等方式［3］。

2.2.1 滯洪排沙

滯洪排沙為水庫進入汛期，結(jié)合引洪淤灌泄空水庫，空庫迎洪，對入庫洪水僅起緩滯作用。洪水過后隨即泄空，利用泄空過程水位降落產(chǎn)生的溯源沖刷和沿程沖刷，把汛前蓄水期和滯洪期淤在水庫中的泥沙排出庫外。滯洪排沙既在汛前泄空降低水庫水位過程中沖刷前期淤積，又在排洪過程中把洪水帶來的高含沙水流排出庫外。

2.2.2 異重流排沙

由于渾水進入水庫時與水庫清水相遇而潛入底部運動，形成異重流，在向壩址行進過程中易沿程發(fā)生淤積。利用異重流排沙，可以減少水庫淤積數(shù)量，對于多年調(diào)節(jié)的水庫或水電站來說，不失為一種經(jīng)濟的減淤辦法。因異重流所挾泥沙極細，其干容重較小，所占庫容比干容重較大的粗粒泥沙的容積大，所以如果不采用異重流排沙，泥沙就會淤在庫內(nèi)。由于此因素造成的水庫庫容的損失則更為嚴重。

利用異重流排沙，水庫合理科學調(diào)度、現(xiàn)場觀測非常重要。在頭屯河水庫進、出庫站均建有泥沙濁度觀測點，一方面監(jiān)測汛期泥沙入庫情況，另一方面是監(jiān)測八鋼工業(yè)供水水質(zhì)狀況和出庫泥沙情況。

按照已建立的頭屯河水庫水情預測預報系統(tǒng)和進、出庫水沙檢測點提供的水沙信息，運用水利動能泥沙理論，通過多年分析總結(jié)出:頭屯河水庫異重流排沙運用，當上游監(jiān)測到有高含沙渾水入庫時，即入庫水流濁度達到1500NTU，流量達到12m3/s時，可先打開底洞按洪峰來水量開始小流量排沙，避免異重流抵達壩前的過程中形成渾水擴散;當入庫水流以異重流形式出庫后，再根據(jù)入庫洪峰流量調(diào)節(jié)出庫流量，確保庫水位沒有大的變化，控制在灘槽內(nèi)。入庫流量增大，則調(diào)整涵洞閘門加大出庫流量，入庫流量減少，則調(diào)閘減少出庫流量，合理控制庫水位。

異重流排沙為“蓄清排渾”運用排沙的主要形式之一，因為它具有一定的徑流和泥沙調(diào)節(jié)能力，在排沙中又不需要泄空水庫，因此在目前中小型水庫防淤保庫中得到廣泛的應用。頭屯河水庫運行以“蓄清排渾”方式為主，既調(diào)節(jié)水量，又調(diào)節(jié)沙量，調(diào)水調(diào)沙能保持一個較大的長期使用庫容，對水庫可持續(xù)利用具有重大意義。

2.2.3 渾水水庫排沙

到達壩前的異重流，經(jīng)常不能及時地全部排出庫外，結(jié)果在清水下面滯蓄成渾水水庫。異重流含沙量高，泥沙粒徑細，渾水水庫內(nèi)的泥沙沉淀很慢，所以渾水水庫內(nèi)有相當長的時間保持較高的含沙量。即使在異重流消失以后，仍能延續(xù)排泄較長時間的渾水。這種現(xiàn)象叫作渾水水庫排沙。

對于頭屯河這種多泥沙水庫在調(diào)度運用中既對徑流進行調(diào)節(jié)，以滿足用水需要，同時也對來沙進行調(diào)節(jié)，以防止水庫產(chǎn)生新的淤積。

2.3 蓄清排渾的成果

蓄清排渾的運用在近四年的時間里，頭屯河水庫減淤效果明顯，恢復庫容321萬m3。2005年底水庫有效庫容達到1388萬m3，調(diào)蓄防洪能力大幅提升。

3 水庫蓄清排渾的重要意義

干旱區(qū)不僅水資源寶貴，壩址資源也十分寶貴，而且壩址資源愈用愈少，有些流域甚至只有一個或者根本就沒有壩址資源［4］。然而由于水庫設(shè)計中的工程泥沙問題，往往存在水庫使用年限問題。本次排沙清淤實踐的成功使即將淤廢的頭屯河水庫恢復了活力，說明只要采取科學的運用方式，完全可以在短期內(nèi)，使水庫重新獲得和恢復較大的庫容。本次清淤實踐打破了水庫以往設(shè)計中的“使用年限”的觀念，為實現(xiàn)水庫永續(xù)利用開創(chuàng)了前景。

新疆有水庫485座，總庫容約為70.24億m3，由于泥沙問題，約1/4庫容已被泥沙淤積，許多水庫的險情也均是因泥沙問題引起。頭屯河水庫蓄清排渾技術(shù)的成功運用為新疆相似水庫的排沙清淤提供了范例，一些淤積嚴重的水庫，可以結(jié)合其實際情況，制定清淤方案進行排沙實踐［5］。

4 結(jié)論

頭屯河水庫近幾年采用的蓄清排渾技術(shù)是基于水庫工程狀況、灌區(qū)供用水特點和入庫水沙特性提出來的，其實施是依靠人為控制而進行的，短期內(nèi)可恢復一定庫容，且不影響水庫供水、防洪等效益的發(fā)揮。這種行之有效的排沙運用方式投資少、省勞力、見效快，具有廣泛的推廣應用前景。若能在其他相似水庫上盡快推廣應用，其效益也將是很突出的。◆

1 于進江．頭屯河水庫排沙減淤的措施及效益分析［J］．西北水力發(fā)電，2005(6)．

2 韓其為．水庫淤積［M］．北京:科學出版社，2003．

3 涂啟華，楊賚婓．泥沙設(shè)計手冊［M］．北京:中國水利水電出版社，2006．

4 康鋒，侍克斌，陶春潔．水庫橫向沖蝕的初步研究［J］．長江科學院院報，2010(5)．

5 康鋒，孔繁新，許杰庭，侍克斌．關(guān)于頭屯河水庫泄空沖刷的研究［J］．人民黃河，2009(12)．

6 陶春潔，趙海波，康鋒．水庫排沙影響因素的初步研究［J］．中國農(nóng)村水利水電，2010(12)．

7 白玉川，顧元棪，邢煥政．水流泥沙水質(zhì)數(shù)學模型理論及應用［M］．天津:天津大學出版社，2005(10)．

8 姜乃森，傅玲燕．中國的水庫泥沙淤積問題［J］．湖泊科學，1997(3)．