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(長江水利委員會(huì)水文局 漢江水文水資源勘測局，湖北 襄陽 441022)

1 丹江口水庫基本情況

1.1 水庫形狀

丹江口水利樞紐是一座具有防洪、發(fā)電、灌溉、運(yùn)輸、養(yǎng)殖、調(diào)水等綜合利用效益的大型水利工程，樞紐位于湖北省丹江口市，支流丹江與干流漢江的入?yún)R口下游0.8 km(見圖1)，集水面積95 200 km2，占全流域面積的60%。水庫1967年底正式蓄水，1968年10月開始發(fā)電，至今已有46 a，水庫修建使得原有天然河道的水沙輸移特性發(fā)生變化。丹江口水庫分為丹江庫區(qū)和漢江庫區(qū)。2個(gè)庫區(qū)沿程寬庫段與窄庫段相互交替，即湖泊型與河道型庫段相間的庫形特征(見圖2)，丹江口水庫運(yùn)行至今仍末改變這一庫形特征[1]。

圖1 漢江流域圖

圖2 丹江口水庫示意圖

1.2 運(yùn)用情況

丹江口水庫一期工程設(shè)計(jì)壩頂高程162 m(吳淞高程，下同)，正常蓄水位為157 m，總庫容209.7億m3，秋汛防洪限制水位為152.5 m(8月21日至9月30日)、夏汛為149 m(6月21日至8月20日)，設(shè)計(jì)低水位為139 m。南水北調(diào)大壩加高后，壩頂高程抬高到176.6 m，正常蓄水位為170 m，相應(yīng)庫容為290.5億m3，具體參數(shù)見表1[2]。

蓄水運(yùn)用至今，壩前最高平均水位152.9 m；最低平均水位138.1 m；歷年平均水位145.1 m。調(diào)度運(yùn)用情況見表1。

1.3 1968—2003年淤積規(guī)律

1968—2003年，對丹江口水庫進(jìn)行大量的研究分析發(fā)現(xiàn)：漢庫干流庫區(qū)重點(diǎn)淤積區(qū)位于距壩37.3～159.5 km，其淤積量占漢江干流庫區(qū)總淤積量的88.1%，且淤積分布呈兩頭少、中間多之特點(diǎn)；垂向淤積分布受壩前防洪限制水位152.5 m所控制[3]。2003—2011年，歷時(shí)8 a，為使研究成果保持連續(xù)性，并對丹江口水庫重點(diǎn)河段的淤積情況有所了解，對漢江干流庫區(qū)淤積情況有必要進(jìn)一步分析研究，現(xiàn)根據(jù)2003，2009，2011年丹江口水庫斷面測量資料，對漢江干流庫區(qū)的縱、橫、垂3向的淤積分布進(jìn)行了詳細(xì)的對比分析。

2 縱向淤積分布特點(diǎn)

水庫的縱剖面常常能反映水庫淤積的總體，因此詳細(xì)分析水庫淤積形態(tài)的縱向表示方式尤為重要。

2.1 淤積量對比分析

現(xiàn)將漢江干流庫區(qū)2003—2009年和2009—2011年正常蓄水位157 m下沿程累計(jì)沖淤量列于表2。

從表2可以看出：2003—2009年，常年回水區(qū)仍處于淤積狀態(tài)，共淤積1.78×108m3，主要淤積區(qū)位于常年回水區(qū)的下段，共淤積1.69×108m3，占常年回水區(qū)淤積總量的94.9%，其中常年回水區(qū)漢庫0—漢庫7庫段，距壩0～37.3 km，該庫段長37.3 km，6 a共淤積了0.19×108m3，平均每年淤積0.03×108m3；漢庫7—漢庫15庫段，距壩37.3～56.7 km，該庫段長19.4 km，因該庫段為漢江干流最寬闊段，相應(yīng)淤積較多，6 a共淤積了1.50×108m3，占常年回水區(qū)淤積總量的84.3%，平均每年淤積0.25×108m3。變動(dòng)回水區(qū)具有水庫和河道的兩重性，其沖淤條件與入庫流量與含沙量及水庫地形、壩前水位密切相關(guān)，變動(dòng)回水區(qū)沖淤規(guī)律分別為：充水沖刷、充水淤積和消落沖刷。表2中，2003—2009年變動(dòng)回水區(qū)處于沖刷狀態(tài)，說明該時(shí)間段充水沖刷及消落沖刷強(qiáng)度大于充水淤積，變動(dòng)回水區(qū)共沖刷0.15×108m3；2009—2011年，常年回水區(qū)沖淤相間，但仍為寬闊段淤積，狹谷段沖刷，其重點(diǎn)淤積仍位于漢庫7—漢庫15庫段，2 a共淤積了0.11×108m3，平均每年淤積0.055×108m3，淤積強(qiáng)度大于2003—2009年時(shí)段；漢庫0—漢庫7庫段在該時(shí)段為沖刷。變動(dòng)回水區(qū)總體微淤，共淤0.01×108m3，回水末端則仍為沖刷。

表2 漢江干流庫區(qū)沿程歷年沖淤量分布統(tǒng)計(jì)(2003—2011年)

2003—2011年漢江庫區(qū)干流縱向淤積量分布有2個(gè)主要特點(diǎn)：一是常年回水區(qū)為重點(diǎn)淤積區(qū)，變動(dòng)回水區(qū)則沖淤交替；二是寬闊段相對淤積量多，狹谷段相對淤積量少。

2.2 淤積形態(tài)分析

水庫淤積形態(tài)是水庫泥沙運(yùn)動(dòng)(包括沖淤)的結(jié)果。而水庫的來水來沙、壩前水位的變化、地形條件等，又決定了泥沙的運(yùn)動(dòng)，因而也決定了水庫的淤積形態(tài)。漢江干流沿程縱向淤積形態(tài)(見圖3)，大致分成3段：懸移質(zhì)輸沙動(dòng)平衡庫段、懸移質(zhì)重點(diǎn)淤積庫段、沖瀉質(zhì)異重流淤積庫段。近期淤積形態(tài)具體分析如下。

圖3 漢江干流庫區(qū)沿程深泓點(diǎn)淤積縱剖面

圖4 漢江干流庫區(qū)局部沿程深泓點(diǎn)淤積縱剖面

2.2.1 懸移質(zhì)輸沙平衡庫段

圖4為距壩91.95～159.5 km深泓點(diǎn)淤積縱剖面圖，庫長67.55 km。圖中峰尖或凸出部位都是相對較為寬闊或順直過渡段部位，深谷或凹下部位都是狹谷彎道及復(fù)凹深潭部位。圖中顯示出一個(gè)鋸齒狀的縱向淤積分布形態(tài)，由圖4可以看出，由于本庫段已進(jìn)入懸移質(zhì)輸沙動(dòng)平衡階段，且其庫形條件中順直段與彎道段部位不變，2003—2009年縱向淤積整體形態(tài)變化不大，僅局部發(fā)生少量沖淤。2009年較2003年峰尖處深泓點(diǎn)高程有所降低，個(gè)別深谷處深泓點(diǎn)高程有所提升；2011年較2009年峰尖處深泓點(diǎn)高程沒發(fā)生大的變化，僅在各別的深谷處深泓點(diǎn)高程有所降低，最為明顯的是距壩151.27 m的漢庫49-1斷面處，距壩101.2 m處的漢庫29斷面為隕縣小西關(guān)強(qiáng)制彎道深潭段，深泓高程2003年為111.5 m，2009年淤為114.6 m，2011年沖至112.9 m。由些可見2003—2011年有沖有淤，峰尖、深谷深泓沖淤高程存在周期性的沖淤變化，這與平衡庫段的兩大造床期內(nèi)沖淤基本相近，不會(huì)再產(chǎn)生明顯的累計(jì)性淤積。

2.2.2 懸移質(zhì)重點(diǎn)淤積區(qū)庫段

懸移質(zhì)重點(diǎn)淤積區(qū)位于距壩37.3～91.95 km庫段，長54.65 km。庫段內(nèi)有老均縣庫段，為大湖泊區(qū)(距壩37.3～56.7 km)、安陽庫段，為小湖泊區(qū)(距壩78.95～84.67 km)，2庫段斷間為狹谷段。建庫后，該庫段為懸移質(zhì)重點(diǎn)淤積區(qū)，由于上首庫段1988年后已進(jìn)入懸移質(zhì)動(dòng)平衡庫段，本庫段90年代淤積發(fā)展較快，從圖5中可看出，近期該庫段淤積減緩，甚至局部分生沖刷。2003—2011年該庫段縱剖面形態(tài)仍呈似駝峰形，2駝峰間為狹谷庫段所間隔；安陽庫段深泓點(diǎn)淤積高度近期有所變化，2011年較2003，2009年發(fā)生沖刷；而老均縣大湖區(qū)的深泓點(diǎn)2011年較2003，2009年淤高。

圖5 漢江干流庫區(qū)強(qiáng)制性狹谷彎道段縱剖面變化

2.2.3 沖瀉質(zhì)重點(diǎn)淤積區(qū)庫段

沖瀉質(zhì)異重流淤積庫段位于距壩37.3 km至壩前為狹谷段，該庫段為丹江口水庫的早期淤積階段，建庫前無論是順直、彎道或分汊等河段，其縱剖面淤積形態(tài)較規(guī)則，呈線性坡降形態(tài)，橫剖面則以平淤形式淤積(見圖6)。在壩前部分2009年較2003年深泓點(diǎn)高程稍高，平淤仍在進(jìn)行，2011年深泓點(diǎn)2009年低，甚至低于2003年。

圖6 漢江干流庫區(qū)強(qiáng)制性狹谷彎道段深泓點(diǎn)高縱剖面變化

3 橫剖面淤積塑造特點(diǎn)

丹江口水庫橫剖面淤積形態(tài)分為3種基本類型：淤槽為主、等厚淤積及淤灘為主?，F(xiàn)對3種橫剖面淤積形態(tài)近期變化進(jìn)行分析如下。

3.1 淤槽為主的橫斷面形態(tài)近期變化

在丹江口水庫漢江干流庫區(qū)，此橫斷面形態(tài)主要發(fā)生在常年回水區(qū)。挾沙水流進(jìn)入回水區(qū)后，含沙量及級配沿?cái)嗝娣植疾痪?，主槽含沙量大，級配粗，由于在回水區(qū)水流挾沙能力過飽和，使得含沙量大于挾沙能力，在淤積條件下，以主槽出現(xiàn)淤積為主?，F(xiàn)以漢庫32斷面為例(見圖7)，1974年較1967年淤積主要發(fā)生在深槽處，主槽淤積到一定程度后，從地形上已失去了主槽的意義，這時(shí)水流就會(huì)沖破灘唇(或自然堤)，在相鄰的低洼地區(qū)形成新的主槽，1967年偏右岸的主槽向左擺動(dòng)，1974年主槽偏左岸，從而使主流發(fā)生擺動(dòng)。近期淤積形態(tài)是主槽位置已較穩(wěn)定，斷面沖淤發(fā)生在毛槽內(nèi)，但灘槽形態(tài)基本未發(fā)生變化。

圖7 漢庫32橫剖面

圖8 漢庫14和漢庫16沿濕周等厚淤積橫剖面

3.2 沿濕周等厚淤積的橫斷面形態(tài)近期變化

沿濕周等厚淤積形態(tài)常發(fā)生在水庫的深水區(qū)斷面及峽谷斷面。水庫深水區(qū)，因含沙量及級配沿橫向分布雖較均勻，但是淤積物粒徑不是很細(xì)，不能形成泥漿，經(jīng)過前一段淤積，挾沙水流中的較粗顆粒已經(jīng)淤下，使含沙量和懸移質(zhì)級配沿橫向較均勻，因而出現(xiàn)等厚淤積，圖8(a)為距壩54.3 km的漢庫14橫剖面圖，該斷面位于老均縣湖泊庫段，為深水區(qū)斷面，從圖8中可以看出，1974年較1967年為等厚淤積，2003—2011年仍按等厚淤積形態(tài)微淤。漢庫16位于老均縣上首彎道段，為峽谷型斷面，因水面窄，橫剖面較均勻，因而同樣出現(xiàn)了等厚淤積，見圖8(b)，近期仍延續(xù)等厚淤積規(guī)律微淤。

3.3 淤灘為主的橫斷面形態(tài)近期變化

淤灘為主的斷面形態(tài)一般由局部河勢造成，例如彎道控制，使凸岸邊灘進(jìn)一步發(fā)展，而表現(xiàn)為淤灘為主，圖9為常年回水區(qū)內(nèi)彎道頂漢庫25斷面，建庫前凸岸邊灘不顯，灘、槽差小;建庫后，凸岸邊灘發(fā)育，彎道頂點(diǎn)旁岸，灘、槽差明顯增大。2003—2011年邊灘發(fā)育減緩，深槽位置穩(wěn)定，深槽處沖淤交替。

3.4 沖淤交替后的橫斷面形態(tài)

以上是單純淤積條件下水庫橫剖面的形態(tài)，而多年橫斷面進(jìn)行比較時(shí)，斷面不僅發(fā)生淤積，也可能發(fā)生沖刷，從而產(chǎn)生沖淤累積后的橫剖面形態(tài)。現(xiàn)以漢庫43橫剖面為例，1974年線示為典型的淤槽橫剖面形態(tài)，至2011年，經(jīng)多年沖淤累積，主槽淤積物大量被沖走，相對于1967年而言，則表現(xiàn)為近似于等厚淤積。見圖10。

圖10 漢庫43橫剖面圖

4 垂向淤積分布特點(diǎn)

現(xiàn)將丹江口水庫漢江干流庫區(qū)2003—2011年沿程地形法電算高程與淤積量分布列表3。其主要分布特點(diǎn)分述如下。

表3 漢江干流庫區(qū)2003—2011年高程與淤積量分布統(tǒng)計(jì)

從表3中可知，2003—2009年整體表現(xiàn)為淤積，淤積規(guī)律與2003年前相似，重點(diǎn)淤積在秋汛防洪限制水位152.5 m以下，共淤積1.45×108m3，占總淤積量的89.5%，至2009年，丹江口水庫漢江庫區(qū)垂向淤積分布仍受壩前152.5 m水位控制，其中設(shè)計(jì)低水位139 m以下0.61×108m3，占總淤積量的37.7%，淤積比重較以往有所減少。

2009—2011年，僅1.5 a的時(shí)間，沖淤規(guī)律不明顯，從表3中看出，該時(shí)段漢江干流庫區(qū)內(nèi)157 m水位下不淤反沖0.055×108m3，沖刷主要發(fā)生在設(shè)計(jì)低水位139 m以下。

2003—2011年正常蓄水位157 m以下共淤1.56×108m3。

5 結(jié) 語

綜上所述，丹江口水庫1967年正式蓄水運(yùn)用，至2011年已有44 a，其縱、橫、垂3向淤積分布存在一定的規(guī)律，水庫從空庫開始最初淤積是迅速的，以后即進(jìn)入沖淤交替階段，水庫淤積進(jìn)入懸移質(zhì)淤積初步平衡后，累計(jì)性的淤積進(jìn)行得很慢。丹江口水庫近期淤積較以前有所減緩，2003—2011年，漢江干流淤積規(guī)律仍延續(xù)著兩頭少、中間多，但淤積比重有所變化，沿程重點(diǎn)淤積區(qū)位于漢庫7—漢庫15庫段，而庫尾段的沖刷量則較以前增大，目前仍沒有出現(xiàn)“翹尾巴”現(xiàn)象。

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