吉尔格勒德水库泥沙淤积形态分析与回水计算

余中平

（新疆水利水电工程项目管理有限公司,新疆 乌鲁木齐 835400）

0 引言

泥沙淤积通常会减小水库有效库容,制约水库的调蓄能力,影响其防洪、灌溉、供水和发电效益。水库泥沙来源与上游流域范围内水土流失、表土侵蚀冲刷及植被和气象因素密切相关[1～2]。同时,涉河工程建设会改变河流原有的水文情势,显著降低水流的携沙能力。因此,及时摸清水库推移质特性,确定淤积形态对采取相应的治沙防淤措施是十分必要的。

1 水库概况

吉尔格勒德水利枢纽工程位于乌苏市境内,地处四棵树河上游中山区河段上,水库功能以灌溉、工业供水为主,兼顾防洪发电,是四棵树河水资源合理利用与配置的重要控制性枢纽工程。水库坝址位于四棵树河与九巴勒贝其尔沟汇合口上游约1 km处,坝址多年平均控制径流量2.932亿m3。

四棵树河由于气候干燥,两岸植被稀疏,致使山体风化明显,暴雨来临时残积物砂质堆积物冲入河道,造成河道含沙量沿程累积。水库坝址断面多年平均悬移质输沙量为36.9×104t。泥沙入河过程受气温、降水影响显著造成河水含沙量输沙量大且年内分配极不均衡。

2 泥沙淤积分析

2.1 造床流量计算

造床流量是塑造河床形态最主要的影响因素,其不同于最大洪水流量和枯水流量,是造床作用最为剧烈的邻近最大洪水流量的某个流量值。通常采用马卡维耶夫法计算造成流量,即水流输沙能力和流量的某次方成正比,同时进行频率分析,当QmJp最大时所对应的流量即为造床流量。

将五年典型水沙系列逐日平均流量分级统计,每5 m3/s为一级差,并确定出各级流量出现的频率,绘制Q-QmJp关系曲线,见图1,从图中可以查出造床流量为40 m3/s。

图1 Q-QmpJ关系曲线

2.2 水库淤积纵断面形态

水库死水位以下水库运用水位相对较高,死水位下最大坝前水深41.5 m,易形成“三角洲”淤积形态。根据吉尔格勒德水库运行方式,汛期7 月在死水位运行,水库的回水段较长,当库水位以1503 m的正常蓄水位与河床相交,回水长度5.66 km；以死水位1455 m与河床相交,回水长度2.9 km,变动的回水区长度可达3.0 km,为河道型水库,入库泥沙易行至坝前,根据K=V/（W·J）×10-4=12.6＞2.2可判别吉勒德水库泥沙淤积纵断面形态为三角州淤积或带状淤积。

以河底深泓点高程连线表示河床纵向淤积形态,水库运行各不同年限冲淤纵断面图见图2。从图2可以看出水库运行初期,为三角洲淤积形态,随着运行年限增加,逐渐向锥体淤积形态演变。根据水库运行50年时主河槽形成较明显的三角洲淤积形态分析计算,水库前坡比降为36.6‰,顶坡比降为5.66‰。以河漫滩平均高程表示的连线表示滩地纵向淤积形态,水库运行各不同年限冲淤纵断面图见图3。与主河槽不同,滩地只淤不冲,不受水库冲刷的影响,表现为其顶坡较主河槽大,顶坡较主河槽小。根据水库运行30年时形成较稳定的三角洲淤积形态分析计算,滩地顶坡比降为10.3‰。

图2 主河槽各不同淤积水平年淤积纵断面图

图3 滩地各不同淤积水平年淤积纵断面图

2.3 坝前淤积横断面形态及坝前淤积高程

吉尔格勒德水库运行50 年坝前断面淤积横断面见图4。根据坝前断面淤积变化情况,可计算出淤积50 年坝前平均淤积高程为1426.7 m,最大淤积厚度为21.7 m。

图4 坝前断面不同淤积水平年淤积横断面图

2.4 水库回水计算

根据泥沙淤积分析计算结果,水库淤积水平年为30 年的状况下,河槽泥沙淤积末端位于3.55 km左右处,低于水库正常蓄水位,因此泥沙淤积对水库回水影响较小,考虑泥沙淤积水平年30年的情况进行回水计算。水库回水采用恒定非均匀流方法进行计算,由于库尾泥沙淤积对糙率的影响较小,库尾糙率取值为天然情况下糙率0.04,回水区考虑泥沙淤积的影响,回水区糙率0.03。以正常蓄水位为坝前水位进行回水计算,水库回水计算成果见表1。

表1 水库回水计算成果表

续表1

2.5 水库库容变化

吉尔格德水库为山麓型,相较于平原型水库其滩库容占比小。天然河床比降为16.2‰,水流携沙能力强。悬移质粒径在0.04 mm左右,沉降较慢,易随下泄水流外排。当水库采用控制库水位调度泥沙的运行方式,可大大减小水库淤积量。

采用一维不平衡数学模型淤积分析计算,库容-累积淤积量关系曲线见图5,从图5 中可以看水库运行累积淤积量曲线和和剩余库容曲线变化不大,表明水库运行50 年内库容损失速度变化不大；水库各不同淤积水平年淤积情况见表2。水库各不同淤积水平年库容曲线见图6。

图5 库容～累积淤积量关系曲线图

图6 各不同淤积水平年库容曲线图

表2 吉尔格勒德水库各不同淤积水平年淤积量表

3 结语

通过计算,水库运行初期为三角洲淤积形态,随着运行年限增加,逐渐向锥体淤积形态演变,泥沙淤积对水库回水影响较小。水库运行30 年时,剩余死库容668×104m3,剩余调节库容4836×104m3,调节库容淤积量占调节库容的7.1%；水库运行50 年时,剩余死库容471×104m3,剩余调节库容4629×104m3,调节库容淤积量占调节库容的11.1%。表明水库运行50 年内库容损失速度变化不大。