新疆克孜尔水库运行库水位对汛期排沙比的影响分析

胡浩

（水利部新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐830000）

1 工程概况

克孜尔水库坝址位于干流木扎提河与支流黑孜河交汇处下游500 m处，是一座防洪、灌溉、兼顾发电的多任务大（I）型水利枢纽。入库径流主要来源为上游冰川融水及降水混合补给，入库水沙年际变化不大，但是年内分配不均匀。根据系列水文资料显示，克孜尔水库的多年平均入库泥沙主要集中在汛期6～8月份，占年平均入库的一半以上。支流黑孜河上游水流挟带泥沙沿河道右岸流向“鱼嘴”。在“鱼嘴”附近与干流木扎提河交汇，两股水流相互混掺，能量受到削弱，携带泥沙原地落淤，最终形成淤积锥体[1]，见图1。

图1 克孜尔水库泥沙淤积现状图

淤积锥体的形成不仅阻断了木扎提河的泥沙通道，而且使得黑孜河的泥沙也不断落淤库内。据水库管理局提供的实测资料显示，库区泥沙淤积量是预计淤积量的2倍，库区河床逐年增高，库容不断损失，已经严重威胁到水库的使用寿命。清理库区淤积泥沙，增加出库沙量，从而延长水库使用寿命，已刻不容缓。

2 清淤方案比选

为减缓泥沙淤积，水库管理局采用清淤船、人工开挖、机械开挖等方式对库区泥沙进行清理，但成效不大，且费用高昂。故考虑调节水库运行方式，利用水流自身将泥沙挟带出库，并将库区已淤积的泥沙冲刷出库。

2.1 敞库排沙

敞库排沙是指在来洪期间，上游来水全部向下游倾泻，水库不壅水。此方式能够将上游来沙的全部或者大部分跟随来水排出库外，甚至可以将库区淤积的泥沙冲走，排沙效果较好[2]，比较适合克孜尔水库这种前期有泥沙淤积的水库。但综合考虑水库的运行任务：防洪、灌溉、发电，水库协调各方难度较大，且为保证下游城镇、人员、财产等安全，水库的最大下泄流量不能超过750 m3/s，故此方案不能实现。

2.2 低水位排沙

低水位排沙是在汛前将水库泄空或者留有足够的库容，用以接纳上游洪水。随着库水位的下降会产生溯源冲刷和沿程冲刷[3-4]，不仅能够将挟带泥沙冲刷出库，而且在下游形成冲刷漏斗，不断向上游延伸，剖切淤积体[5]。该方式能减少泥沙落淤，冲刷已淤积的泥沙，需水库保持低水位运行。

2.3 壅水位排沙

异重流排沙是壅水排沙的主要方式，其运行机理是挟沙水流进入库区壅水段，因两股水流的重度不同，挟沙浑水下潜至清水以下，在重力沿水流方向分量作用下，沿库底向坝址运行。此排沙方式排沙效果好，可以将下部浑水排出库外，将上部清水滞留库内，达到“蓄清排浑”的目的。但该方式产生的条件苛刻[6-7]，运行规律难以把握，排沙时间不好把控，较难实现。

综上比较，低水位运行排沙较易实现，水库管理者可以通过调节闸门开度来降低库水位，进而实现低水位运行排沙。

3 库水位对排沙比的影响

库区上游来水来沙年内分配不均匀，多集中在汛期，水库多年洪水期间水库运行水位与排沙比资料统计见表1～3（S'为出库沙量）。

表1 克孜尔水库历年汛期排沙比统计（库水位在1142.0 m）

表2 克孜尔水库历年汛期排沙比统计（库水位在1 138.0-1 142 m）

表3 克孜尔水库历年汛期排沙比统计（库水位在1 133-1 138 m）

由表1～3可知：①当水库水位在1 142.0 m左右运行时，汛期水库的排沙比几乎为零，排沙效果差，上游来水挟沙几乎全部淤积在库内；②当库水位逐渐降低到1 138.0-1 142.0 m时，水库的出库泥沙比例相对1 142 m运行水位时高，排沙效果稍好，但仍有大部分泥沙不能排除库区，随着挟沙水流能量削弱落淤库内；③当库水位在1 133.0-1 138.0 m低水位运行时，来洪期间出库泥沙明显比高水位要多很多，排沙效果也相对显著。

根据历年实测资料，点绘克孜尔水库运行库水位与出库泥沙比例的关系图，见图2。

图2 克孜尔水库运行库水位与排沙比关系图

由图2可知：在汛期，库水位降至死水位时排沙比最大，在1 139 m附近时排沙比最低。后随着库水位增加，排沙比有所回升，但回升幅度不大；在非汛期，随着库水位不断增加，排沙比整体趋势是逐渐下降，但下降幅度不大。

4 结语

泥沙淤积问题日趋严重，尤其对于克孜尔水库这种山区大库盘水库。为减少上游来水来沙在库区的淤积，提高水库运行效率，延长水库使用寿命，笔者通过分析水库运行方式分析得出以下几点结论，希望能为水库运行管理提供帮助：

（1）相对敞库排沙与壅水排沙，低水位排沙方式在保证下游安全泄量前提下，通过调节闸门开度即可实现，对于水库管理者操作简便，易于管理，更加适合克孜尔水库。

（2）库水位在死水位1 135 m附近，排沙效果最好。随着水位升高，排沙效果减弱。

（3）在保证下游安全前提下，能协调好防洪、灌溉、发电各方关系时，建议水库保持低水位运行。