石门水库淤积形态研究

石门水库淤积形态研究
摘要：本文针对石门水库淤积形态及运行管理实际情况，分析共多年淤积形态，揭示了石门水库泥沙淤积规律，探讨了水库运行方式对排沙减淤的
效果，为延长水库寿命提供了必要的资料和依据。

关键词：水库淤积；运行方式；排沙减淤；形态分析
Abstract: this paper shimen reservoir deposition and operating management form actual conditions, analysis of deposition form for many years state, reveals the shimen reservoir sedimentation rules and explore the reservoir operation of the sediment way sedimentation reduction effect, to prolong life of reservoir provides the necessary material and basis.
Keywords: reservoir deposition; Operation mode; Sedimentation reduction sediment; Form analysis
1、概况
石门水库位于陕西省境内汉中市褒河峡谷口处，褒河流域是一个以灌溉为主、结合发电、养鱼等综合利用的水利枢纽工程。

系汉江上游较大支流之一，属山溪性河流，全长130km，河床平均比降4.3‰，流域面积3864km2，水库回水长度17km，平均水库宽度约180m，最大宽度250m。

大坝于1972年建成，坝型为混凝土双曲拱坝，最大坝高88m，坝顶高程620m，坝身中部开设六个7×8 m2泄洪孔口，底槛高程596m，并在550m高程设有2×2 m2底孔一个。

灌溉面积51.5万亩，占汉中地区稻田的1/4，总装机4.05万kW，总库容1.05亿m3，有效库容0.607亿m3。

多年平均流量43.6 m3/s，年径流量13.8亿m3，径流的补给主要是降水，且多系暴雨，库区多年平均降雨量905.6mm，且集中在7～9月份，占全年雨量50%，洪水陡涨陡落，峰高量小，汇流快，历时短。

多年平均含沙量0.934kg/ m3,多年平均输沙量（悬移质）148万t。

2、淤积监测
石门水库共布设测淤断面25个，其中干流21个，支流4个（如图1），采用横断面法，用经纬仪测量距离和高程，用回声测探仪测量水下地形变化。

1972年3月蓄水前进行了库区纵横断面测量，取得了基础资料，1974年汛后11月进行首次测量，淤积物纵向自上游至坝前逐渐加厚，淤积“翘尾”形成在14号断面上游500米处，1980年测量坝前淤积增加较大，超过了555米高程，12号断面处淤积“州头”形成，1986年，淤积“州头”排进至9号断面，淤积“翘尾”延伸至20号断面上游300米，坝前淤积面高达559米高程，2002年9月测得水库淤积量已达3800.21万方，占总库容1.05亿立米的36.19%，其中现水位595米以下淤积2791.3万方，占死库容的63%，595高程以上有效库容淤积1008.9万方，占有效库容16.62%。

见历年淤积监测成果表（表1）
3、淤积形态
3.1运行方式
3.1.1设计运行方式
石门水库属峡谷型水库，为季调节型。

洪水陡涨陡落，洪量小而变幅大。

是以灌溉为主、结合发电等综合利用的水库，水库调度是在满足灌溉用水的条件下进行的。

石门水利枢纽工程为（二）级建筑物，洪水标准为百年设计，五佰年校核，正常高水位618.0m，防洪限制水位615.0m，当p=0.2%时，来水Q=5590m3/s，大孔口闸门全部开启，下泄量Q=5350m3/s，最高库水位619.5m，此时底孔不参与泄洪。

P=0.1%时，底孔参与泄洪，最高库水位621.4m，允许坝顶溢流。

3.1.2运行情况
石门水库于1972年3月17日导流洞下闸封堵，开始蓄水，多年来水库运用规律是：第一季度为蓄水期，库水位较高；第二季度为下灌插秧期，库水位逐渐降至最低；第三季度为蓄泄交替的洪水季节期；第四季度为蓄水冬灌期，一年内有规律的蓄泄交替的运行方式。

水库汛限水位分三个阶段控制，初汛期（5～6月），结合灌溉和发电用水情况，库水位控制在618m运行；主汛期（7～9月），库水位控制在615m以下；汛末照顾发电和满足水库蓄水要求，控制在618m运用。

3.1.3特殊运行情况
1990年7月6日石门水库的一次来洪，使大量树木、柴草漂浮在大坝前水面，部分木柴、石渣淤泥沉积堵塞东干渠进水口拦污栅，使干渠引水能力大大
降低。

同时渠首电站水轮机室也进入树枝、木棍和石块，使东电站多次停机排除故障，且水轮机组磨损严重，迫使停止发电。

石门拱坝大孔口设计无检修门，为了增补，需要降低水位全面测量，于1990年9月15日，开启两孔大孔闸门和底孔，至9月17日库水位降至588.5m，这次急剧迫降，上游基流的淘刷，使库内一片浑浊，鱼大量浮头呛死，排泄出库水含沙量达7.85kg/m3。

3.2淤积形态分析
3.2.1多年淤积过程特征
石门水库坝高水深，库面狭窄，水库库容较小，当洪水峰小量大时，容易形成全断面落淤，而峰高量小的泄洪过程，峰高量大时“截尾”蓄库，又是形成淤积的一种要因素。

每年汛期大约有9.8亿m3水量挟带泥沙入库，而有效库容仅有0.62亿m3，大量洪水穿库而过，造成泥沙淤积。

石门水库回水短，入库悬移质d50<0.005mm，极容易形成异重流运动，逐渐扩散，直至坝前，受坝的阻挡，形成坝前大量落淤。

坝前淤积在1980年以前为一个阶段，淤积厚度达16m，平均年淤积厚度0.7m。

坝前排沙漏斗受底孔作用而形成，漏斗范围不大。

淤积三角洲随时间的增长，州面抬高，州头前移，至1986年已位于8号与9号断面之间，前坡逐渐变陡，2002年三角洲前坡向坝前推进到6-7#断面，且前坡角淤积高程586.0米，
根据历次测量成果，石门水库从1972年到2002年累计淤积量约达3800.21万m3，大部分淤积在595m高程以下，595m高程以上淤积约1008.9万m3，9号断面以上淤积均超过死水位高程。

总淤积量的分布是死库容淤积大于有效库容淤积，595m高程以下淤积占全部死库容的63%。

3.2.2淤积形态比较
根据坝下游河东店水文站1956～1968年实测资料算得，水库来水多年平均含沙量为0.934kg/m3，汛期（6～9月）含沙量为全年的85.2%。

库内悬移质泥沙淤积以三角洲形态堆积，若汛期泥沙的造床质部分（泥沙粒径大于0.02mm 部分），全淤在三角洲上并逐年向坝前推移，而粒径小于0.02mm的冲污质部分，淤积在三角洲前坡至坝前之间，计算三角洲的面平均坡降为1.7‰，前坡为1.5%，设计淤积30年的平均河床纵剖面见图2。

从历次淤积监测成果看出，实测淤积纵剖面形成在1987年前与设计30年平均河床纵剖面相似。

坝前段淤积速率比设计有所增加，三角洲前坡脚向坝前推进1km左右，分析其主要原因是1985年大孔口闸门检修，坝前水位在596.0m 高程以下运行两个多月时间，使9号断面以上库段基流冲刷，库尾大量泥沙搬运至8号断面至坝前库段所造成。

1990年9月迫降库水位，短期内库水位下降25m左右，这种特殊运行方式，使8号段面以上库段流速迅速增加，并且在基流冲刷情况下运行约一个月时间，使得上游库段淤积泥沙大量冲淤至8号断面以下至坝前，使三角洲前坡脚推进至6号断面，超出设计30年淤积前坡脚2.5km，这种冲刷，使有效库容中的淤积冲至死库容。

近年库区淤积量增大的主要原因是汉宝公路库区段的弃弯取直，拓宽改造，在施工中部分弃渣推入库内，另外库区周边地区的石材加工污水流入库内，人为造成水土流失，加剧水库淤积。

3.3排沙减淤
石门水库淤积形态为三角洲形态，若把库水位降到三角洲顶点高程以下，三角洲顶点处出现跌水曲线，由于跌水曲线处局部水面比降变陡，流速加大，因此，水流挟沙力增大，在三角洲顶点处就要发生冲刷，这种冲刷的发展特点是：冲刷自下游向上游发展，随着冲刷段向上游扩展，原来集中在三角洲顶点处的比降，也在冲刷段内调匀，形成溯源冲刷。

石门水库1990年9月迫降水位，从614.28m开始，首先开启底孔，使坝前泥沙部分排除，运行179h后，水位降至605.10m，开启两孔大孔13h渲泄，水位降至大孔口以下，底孔继续运行32h，水位降至588.5m，全部泄水过程水位降低25.78，泄空库容5250万m3，下游冲坑水样化验含沙量为7.85kg/m3，大约有40万t泥沙（取泥沙密度为2.65t/m3）,即约16万m3泥沙随泄水排除，使相应有效库容得到了恢复。

4、结语
4.1石门水库淤积监测表明，截止2007年10月累积库区淤积3887.77万m3，占总库容的37%，坝前淤积高程已达563.4米，已超过底孔孔底13.4米，与河床电站引水口（567米）相差3.7米。

速度偏高，淤积十分严重。

4.2石门水库径流的补给主要是降水，且系暴雨，集中在两三个月内，洪水陡涨陡落，准确掌握水情预报，及时迫降，既能增加水库防洪能力，又可排沙减淤而不影响灌溉发电用水。

4.3水库淤积直接影响水库经济效益的发挥。

石门水库无泥沙测验设备和资料，给泥沙研究带来困难。

开展沙情预报、异重流跟踪测验等方面研究，为调度运行提出更多可靠的资料进而提出科学合理的有利于水库减淤的调度方式，对排淤减淤，延长水库寿命，保持水库工程的长远效益，具有重要的意义。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。