鄭曉紅

（漢中市石門水庫管理局 陜西 漢中 723000）

1 水庫基本情況

褒河是漢江上游較大支流之一，屬山區(qū)性河流。石門水庫位于漢江上游左岸褒河峽谷出口以上1.8km，距漢中市18km，是一座以灌溉為主，結(jié)合發(fā)電、防洪、城市供水等綜合利用的大(二)型工程。設(shè)計灌溉漢臺、經(jīng)濟開發(fā)區(qū)、城固、勉縣四縣（區(qū)）51.5萬畝農(nóng)田，是陜西省最大的水稻灌區(qū)，電站6臺機組總裝機容量4.05萬kW，設(shè)計年發(fā)電量1.21億kW·h。水庫大壩為變圓心、變半徑混凝土雙曲拱壩，壩高88m，壩頂高程620m，壩址以上控制流域面積3861km2，回水長度17.1km。水庫總庫容1.098億m3，興利庫容0.607億m3，死庫容0.443億m3，水庫正常蓄水位618m，汛限水位615m，死水位595m。2006年水庫除險加固后，解決了水庫壩后沖坑掏刷發(fā)展、泄洪中孔無檢修閘門等病險問題。水庫建成四十年來，為漢中工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會經(jīng)濟發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)，被漢中人民譽為“生命庫”、“母親庫”。

2 石門水庫淤積工作開展情況

石門水庫樞紐工程在施工單位未交付石門水庫管理局之前，由施工單位承擔(dān)運行管理，庫區(qū)的淤積測量工作也由他們承擔(dān)。1972年水庫下閘蓄水至1980年，庫區(qū)淤積量為825萬m3。石門水庫樞紐及灌區(qū)于1983年3月由陜西省人民政府組織正式驗收，交付石門水庫管理局管理。水庫樞紐管理工作由石門水庫管理局下設(shè)的樞紐站管理。大壩安全監(jiān)測是樞紐站的中心工作之一，其中包括水庫淤積監(jiān)測。

根據(jù)水庫運行管理規(guī)范要求，樞紐站采用固定人員、固定測量器具、固定時間對庫區(qū)進(jìn)行淤積測量，以保證水庫淤積量和庫容曲線的準(zhǔn)確性，為水庫進(jìn)行科學(xué)管理、運行以及延長水庫使用壽命提供最真實的資料。

從1972年石門水庫開始庫區(qū)淤積測量至今，測淤工作從未中斷。庫區(qū)沿岸因316國道改線、拓寬，當(dāng)?shù)卣貙挻逋ü?，修建石門棧道等，埋置的永久斷面控制樁損毀嚴(yán)重；沿河群眾為方便耕種，隨意破壞、移動永久斷面控制樁。為此，在每一次測淤前，首先要對所有測淤斷面控制樁進(jìn)行檢查，對丟失、移位的控制樁進(jìn)行恢復(fù)，即根據(jù)相鄰測淤斷面控制樁或國家級控制點的坐標(biāo)、高程，用經(jīng)緯儀按四等三角網(wǎng)控制測量坐標(biāo)，用水準(zhǔn)儀按四等水準(zhǔn)測量精度測量高程，對丟失、移位的控制樁進(jìn)行恢復(fù)和校對。

3 庫區(qū)淤積測量

3.1 測淤橫斷面的布設(shè)

石門水庫于1971年3月開始澆筑壩體混凝土，1972年3月低水位運行，開始發(fā)揮灌溉效益。同年施工單位（水電部第三工程局，也承擔(dān)部分設(shè)計，石門水庫樞紐屬邊勘測、邊施工）根據(jù)其狹長型河道的特點，布設(shè)固定測淤橫斷面25個，其中主河道21個，沙河溝支流4個，見斷面布置圖1。

圖1 石門水庫淤積測量斷面布置圖

在布設(shè)測淤斷面時盡量選擇具有代表性的斷面，橫斷面的疏密程度能基本控制庫區(qū)范圍，能正確反映淤積部位和淤積形態(tài)，滿足計算庫容或泥沙淤積的精度要求。在測淤斷面河道左右岸選擇開闊、穩(wěn)固的地方埋置永久斷面控制樁（預(yù)制鋼筋混凝土樁），為減少控制樁數(shù)量，方便使用、管理，采用平面和高程控制樁合并在一起，共埋設(shè)50個永久斷面控制樁。同時，在流域布設(shè)高程和平面控制網(wǎng)，從國家等級平面控制點、水準(zhǔn)點引點，用經(jīng)緯儀按四等三角網(wǎng)控制測量坐標(biāo)，用水準(zhǔn)儀按四等水準(zhǔn)測量高程，測出各淤積斷面上永久控制樁的坐標(biāo)和高程。

3.2 淤積測量的基本原理

石門水庫淤積測量采用的是斷面法，即采用經(jīng)緯儀測水面高程、測視距控制方向、測繩+重錘配合測水深方法。經(jīng)緯儀視距法是通過測定斷面線與控制邊的夾角，計算出斷面上各測點至斷面控制樁的距離，利用觀測船航行在斷面線上，用測繩+重錘測定水下地形的水深，從而獲得淤積高程和該點的平面位置來實現(xiàn)。即在測淤斷面控制樁上架設(shè)經(jīng)緯儀，測出水邊點與控制樁距離，測出水邊點的高程作為庫水位，然后從水邊開始，觀測船沿斷面線行駛，用經(jīng)緯儀測視距、控制方向、用測繩+重錘配合逐點測定水下地形點位置和水深，根據(jù)庫水位、水深及測深點間距離，確定斷面上各測點的位置和高程。由于水下地形是看不見的，故不能按照特征地形點的方法進(jìn)行測量，而是利用觀測船在水面上探測的方法。為了提高測量精度，在測點布設(shè)時，根據(jù)水下地形的變化趨勢，適當(dāng)放寬或加密測點距離，力求盡量能反映水下地形的真實面貌。

3.3 外業(yè)數(shù)據(jù)的采集

在測淤斷面上選擇視野開闊、適宜安放儀器的一端控制樁上架設(shè)經(jīng)緯儀，在另一端的控制樁上插花桿作為后視點，經(jīng)緯儀整平后，量取儀器高，瞄準(zhǔn)后視點定向，校對斷面上游或下游觀測斷面控制樁與該控制樁之間的夾角和考證資料相符無誤后，即可進(jìn)行施測。首先測定水邊點與控制邊的夾角、視距，同時在觀測船上用測繩+重錘測出水邊點的水深，計算出水邊點至斷面控制樁的距離、水邊點的高程（即庫水位）、水邊點的水下地形高程。然后駕駛觀測船從斷面線一側(cè)的水邊點開始，經(jīng)緯儀觀角、視距、記錄、測繩+重錘配合打測點同步進(jìn)行，如此反復(fù)即可完成對該斷面上所有測點外業(yè)觀測。在觀測過程中駕船人員聽從斷面控制樁上經(jīng)緯儀操作者的對講機指揮，保證在整個斷面的觀測過程中觀測航向始終不偏離斷面線。測量時每個局部點的采集，由測水深操作人員根據(jù)水下地形的變化趨勢，合理判斷布設(shè)測點。為了使測水深和控制樁經(jīng)緯儀觀角同步進(jìn)行，由測水深操作人員先用對講機發(fā)布觀測命令，緊接著測繩+重錘配合打測點，控制樁經(jīng)緯儀操作人員觀角、視距、記錄同時進(jìn)行。

圖2 水庫庫區(qū)淤積縱斷面圖

表1 石門水庫歷年淤積測量成果表

3.4 測量資料的整理

3.4.1 繪制河道縱、橫斷面圖

首先根據(jù)永久斷面控制樁的原始資料，通過實測點與控制邊的夾角、視距以及該斷面上的庫水位、測點水深等數(shù)據(jù)，計算出各個測點至斷面控制樁的平距和各個測點的淤積高程，然后按選定的比例尺在毫米方格紙上以各個測點的平距為橫坐標(biāo)，各個測點的淤積高程為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)系內(nèi)定出各測點的位置，依次連接各點，即得該淤積橫斷面；在毫米方格紙上以各測淤斷面為橫坐標(biāo)，各測淤斷面上河道最低點高程為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)系內(nèi)定出各特征點的位置，依次連接各點，即得河道縱向淤積分布形態(tài)。從2007年開始，庫區(qū)淤積測量河道縱、橫斷面圖采用AutoCAD電腦軟件繪制，提高了繪圖精度和效率。

采用以上方法，庫區(qū)各個控制斷面首次測量精度必須高，各斷面首次測量值是以后每次觀測進(jìn)行比較的依據(jù)，也就是俗稱原始斷面（原始河床）。

3.4.2 水庫淤積量的計算

3.4.2 .1水庫淤積面積計算

在實測河道淤積橫斷面圖上套繪對應(yīng)原始河床橫斷面線，實測淤積斷面線與原始河床斷面線相交所圍成的面積乘以畫圖比例即為實際淤積面積。在使用電腦繪圖以前，采用人工網(wǎng)格統(tǒng)計法計算水庫淤積面積?；舅悸肥且?cm2為基本單位的網(wǎng)格，不足1cm2的，需進(jìn)行估算，根據(jù)統(tǒng)計出的每個實測淤積斷面內(nèi)的網(wǎng)格數(shù)，再乘以每平方厘米代表的實際面積（作圖比例），即得到實測淤積面積。使用電腦繪圖以后，直接使用軟件中的面積查詢命令，即可得到淤積面積，避免了不完整網(wǎng)格產(chǎn)生的誤差，提高了計算精度和效率。

3.4.2 .2水庫淤積量的計算

根據(jù)計算出各淤積斷面面積和相鄰兩斷面間的距離，即可算出相鄰兩斷面間的淤積量，將淤積量求和，即為庫區(qū)淤積總量。

淤積量計算表達(dá)式：

式中，n——庫區(qū)布設(shè)的斷面數(shù)，n=1～25；

Sn——第n個淤積斷面面積；

bn——第n個斷面到n+1個斷面之間的斷面距；

V——水庫的總淤積量。

4 庫區(qū)淤積情況

石門水庫在設(shè)計時認(rèn)為流域內(nèi)植被良好，河流含沙量不大。根據(jù)河?xùn)|店1956年～1968年實測資料，多年平均含沙量0.934kg/m3，汛期（5月～9月）占全年的85.2%，多年平均輸沙率47kg/s，年平均輸沙量148萬t。

石門水庫自1972年3月下閘蓄水至今，水庫樞紐管理站對庫區(qū)的淤積進(jìn)行了連續(xù)性的測量，歷年淤積觀測成果見下表1。

實測結(jié)果表明，實際水庫淤積已相當(dāng)嚴(yán)重。至2012年10月累計淤積量已達(dá)4291.42萬m3，占庫容量40.87%，其中死水位595m高程以下的淤積量為3008.94萬 m3，占死庫容 4430萬 m3的67.92%，595m高程以上有效庫容淤積量1282.48萬m3，占有效庫容6070萬m3的21.13%。由水庫庫區(qū)淤積縱斷面圖2得知，主河道淤積增加主要分布在2＃斷面至14＃斷面。

根據(jù)歷年淤積測量整編資料分析知：石門水庫壩高水深庫面狹長，為三角洲的淤積形態(tài)，水庫上游尾部段較粗顆粒泥沙迅速落淤，當(dāng)水庫泄洪時尤其降低水位泄洪時，已落淤泥沙以推移質(zhì)形式向下游運動，形成新的河床，在河道彎道岸邊還形成灘地。三角洲前坡逐年向壩前推進(jìn)，如2007年位于6#～7#斷面的三角洲前坡，在2012年推進(jìn)至4#～5#斷面，且前坡腳淤積高程574.54m較2007年有所增加。細(xì)粒泥沙多以異重流形態(tài)運動擴散直至壩前，受壩阻擋在壩前大量落淤，其特點是全斷面平均落淤；沖泄質(zhì)淤積段也是主要的淤積部分。

5 減少庫區(qū)泥沙淤積的對策

5.1 加大對庫區(qū)兩岸及流域內(nèi)人為水土流失的監(jiān)管力度

近年來，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，褒河流域內(nèi)相繼修建高等級公路和國家推進(jìn)城鎮(zhèn)化建設(shè)等基礎(chǔ)設(shè)施投資力度的加大，人為加劇了水土流失，導(dǎo)致庫區(qū)淤積嚴(yán)重。因此，流域內(nèi)的各級政府和水庫管理單位，對流域內(nèi)采礦、修路棄渣等進(jìn)行最嚴(yán)厲的監(jiān)管，堅決禁止農(nóng)民開荒，破壞流域內(nèi)的植被。

5.2 運用水庫洪水調(diào)度排沙

在汛期水庫調(diào)度中，避開灌區(qū)夏插和曬田復(fù)水兩個用水高峰期，根據(jù)天氣預(yù)報和上游入庫站洪水的量級，分析判斷在流域出現(xiàn)歷時短、強度大降雨過程，在確保水庫安全的前提下，降低壩前運行水位，使庫面形成一定的水面比降，觀察分析懸移質(zhì)高含沙異重流的流態(tài)以及向壩前行進(jìn)速度，及時通過打開底孔進(jìn)行排沙減淤。

5.3 淤積高灘水力開挖排沙

石門水庫庫區(qū)河谷狹窄呈“V”形，左右兩岸陡峭，采用直接挖除清淤的方法，上游沒有適宜的堆儲條件，必須修建堆積庫或運至下游處理，成本較高。結(jié)合水庫調(diào)度，在庫區(qū)中上游地段595m高程以上占有效庫容的泥沙，采用人工開溝至主河槽，然后用高壓泵配消防水帶、水槍產(chǎn)生的高壓水流將淤積泥沙沖刷至主溝道，利用上游來水和洪水，以及降低水位泄洪拉沙方式將泥沙攜帶至死庫容，由底孔將淤積物排出水庫。

5.4 進(jìn)庫開采清運河沙

水庫上游落淤的粗顆粒泥沙，對于可利用的河沙，允許并鼓勵進(jìn)庫開采清運河沙。

6 結(jié)語

隨著國家南水北調(diào)工程投入資金的加大，漢中作為中線水源保護(hù)地，其生態(tài)環(huán)境逐步改善。褒河流域及庫區(qū)水保治理措施逐年實施，退耕還林、植樹種草、坡改梯工程等多種固土保墑措施，正在有效的改變恢復(fù)著青山綠水，水土流失現(xiàn)象明顯好轉(zhuǎn)，庫區(qū)淤積呈逐年減少趨勢。

石門水庫運用洪水調(diào)度排沙，即每次調(diào)洪均是先開啟底孔，調(diào)洪結(jié)束再關(guān)閉底孔，是非常有效的，2012年實測壩前水下地形，以底孔為圓心，半徑50m范圍形成漏斗。這種調(diào)度方式，既有利于預(yù)防底孔被泥沙淤堵，也減少了泥沙在壩前的淤積。然而，泄洪底孔設(shè)計過流120m3/s,僅依靠底孔來承擔(dān)水庫排沙，顯然是杯水車薪，石門水庫管理局正在積極爭取資金，力爭在水庫第二次除險加固中一并解決水庫存在泥沙淤積嚴(yán)重等安全隱患。陜西水利