趙小寧，雷 慶，張 蕾

(陜西水環(huán)境工程勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西西安710018)

黃地臺(tái)水庫(kù)位于志丹縣城西北約21 km處的黃溝溝口，距順寧鎮(zhèn)2.0 km。黃溝屬周河的一級(jí)支流，流域面積31.6 km2，河道長(zhǎng) 13.7 km，河道平均比降 13.8‰，壩址位于黃溝入?yún)R口以上0.7 km處，壩址以上控制流域面積31.0 km2，多年平均徑流量為111.0萬(wàn)m3。黃地臺(tái)溝又名黃溝，系周河右岸一級(jí)支流，發(fā)源于志丹縣順寧鎮(zhèn)周灣村安新莊組云盤(pán)梁東麓。黃地臺(tái)水庫(kù)壩址徑流的年內(nèi)月日分配按志丹站歷年徑流年內(nèi)月日分配比例進(jìn)行分配，多年平均各月徑流量見(jiàn)表1。

表1 黃地臺(tái)水庫(kù)壩址處多年平均徑流量年內(nèi)各月分配表 萬(wàn)m3

1 工程處流域水沙特性及年輸沙量

周河流域水沙基本協(xié)調(diào)，即大水大沙，小水小沙。如1978年年來(lái)水量0.335億 m3，接近多年平均徑流量0.296億m3，年輸沙量999萬(wàn)t，接近多年平均年沙量819萬(wàn)t;1977年大水年年來(lái)水量0.653億 m3，是多年平均徑流量的2.2倍，沙量3 320萬(wàn)t相當(dāng)于多年平均輸沙量的4倍;枯水年2007 年，年來(lái)水量 0.147 4 億 m3、年沙量 10.3 萬(wàn) t，分別是多年平均徑流量和沙量的0.5和0.012倍。黃地臺(tái)壩址處泥沙計(jì)算采用多種方案計(jì)算，水文比擬法采用志丹站1965-2011年共47年輸沙量資料，既包含了二十世紀(jì)六十年代的大水大沙時(shí)段，也包含了近期的枯水枯沙時(shí)段，且資料精度相對(duì)較高，成果與輸沙模數(shù)分區(qū)圖法、周河流域淤地壩實(shí)測(cè)淤積量推求法成果也比較接近，設(shè)計(jì)采用水文比擬法推求的成果，黃地臺(tái)水庫(kù)壩址以上流域輸沙模數(shù)為10 936 t/km2，多年平均輸沙量為22.9萬(wàn)t，合16.7萬(wàn)m3。輸沙量年內(nèi)月分配采用志丹站年內(nèi)分配比例計(jì)算，其成果見(jiàn)表2。

分析水文成果1965年-2011年共47年逐月徑流過(guò)程，綜合考慮徑流、泥沙、枯水期水量及徑流的年內(nèi)分配比例等多種因素綜合考慮選取，選定10%、25%、50%、75%、90%、多年平均6個(gè)典型年。(多年平均典型年選取原則為徑流量及徑流年內(nèi)分配均接近多年平均值)。選擇典型年后為充分研究水沙特性，收集典型年逐日徑流、泥沙資料，分析不同典型年不同沙限時(shí)可利用水量。

表2 黃地臺(tái)水庫(kù)多年平均輸沙量年內(nèi)月分配表

表3 黃地臺(tái)水庫(kù)典型年選擇成果表

表4 典型年不同沙限時(shí)可利用水量表

表5 典型年不同沙限時(shí)淤積泥沙統(tǒng)計(jì)表

由表3、4、5可知，10%典型年徑流量是90%典型年徑流量的4.2倍，以60 kg/m3沙限為例，10%典型可利用水量是90%典型可利用水量的1.7倍，去除泥沙后各典型年可用水量為40～70萬(wàn)m3，差異較年徑流量差異較小。去除超限泥沙后，淤積庫(kù)內(nèi)泥沙量小于1萬(wàn)m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于流域來(lái)沙量。

2 黃地臺(tái)水庫(kù)運(yùn)行方式

在河道上筑壩形成水庫(kù)后，水深增大，水面坡度變緩，水流速度減小，水流挾沙能力降低，導(dǎo)致來(lái)水中的部分懸移質(zhì)和推移質(zhì)泥沙在庫(kù)區(qū)內(nèi)沉淀，使水庫(kù)庫(kù)區(qū)不斷淤積。在含沙量很大的河流上修建水庫(kù)，泥沙淤積是很嚴(yán)重的問(wèn)題。通常水庫(kù)運(yùn)行方式直接關(guān)系到水庫(kù)規(guī)模的確定，合理的工程規(guī)模必須建立在正確可行的水庫(kù)運(yùn)行方式基礎(chǔ)上。

2.1 全攔全蓄運(yùn)行方案

全攔全蓄的運(yùn)行方式，選擇長(zhǎng)系列或典型年進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)計(jì)算，合理確定水庫(kù)的規(guī)模，進(jìn)行建筑物布設(shè)，考慮擋水、泄洪、輸水等建筑物布置，比較選定建筑物型式。全攔全蓄這種粗放簡(jiǎn)單運(yùn)行方式，對(duì)陜北小流域多泥沙河流的建庫(kù)模式提出考問(wèn)，以黃地臺(tái)水庫(kù)為例:壩址以上控制流域面積31.0 km2，區(qū)域天然輸沙模數(shù)為10 936 t/km2.a，計(jì)算天然輸沙量為22.9萬(wàn)t，合16.7萬(wàn)m3，以水庫(kù)運(yùn)行50年計(jì)，需攔沙庫(kù)容835萬(wàn)m3，考慮庫(kù)區(qū)塌岸、興利、滯洪等因素，水庫(kù)總庫(kù)容至少在1 000萬(wàn)m3以上，工程投資約2億元，可水庫(kù)的總供水量卻為50萬(wàn)m3左右，工程經(jīng)濟(jì)效益差，施工周期長(zhǎng)，因此這種運(yùn)行方式對(duì)于陜北小流域多泥沙河流不太適合，必須選擇則合理的水庫(kù)運(yùn)行方式。

2.2 合理運(yùn)行方案的選擇

工程設(shè)計(jì)中研究了各種壩型的運(yùn)行方式:土石壩的運(yùn)行方式一般為全攔全蓄，如采用異重流排沙，對(duì)庫(kù)區(qū)條件和建筑物要求較高，一般小型工程不予考慮;重力壩的運(yùn)行方式可以考慮蓄清排洪;參考《水庫(kù)泥沙》《泥沙設(shè)計(jì)手冊(cè)》等資料，先后提出了多種運(yùn)行方式，基于水庫(kù)泥沙多集中在7、8月份，兩月份的輸沙量為18.8萬(wàn)m3，為全年輸沙量的82.1%，該運(yùn)行方式雖然保證了大部分泥沙的下泄，可是損失的徑流量為57.2萬(wàn)m3，為多年平均徑流量的51.5%，為解決水沙矛盾、提高供水保證率，現(xiàn)就各運(yùn)行方式進(jìn)行綜合比較。(見(jiàn)表6)

表6 黃地臺(tái)水庫(kù)不同運(yùn)行方案比較表

綜合論述，采用閘壩+蓄水池的運(yùn)行方案，水庫(kù)蓄清排洪、汛期相機(jī)排沙，過(guò)洪期間由蓄水池供水的運(yùn)行方式，合理解決了在陜北小流域多泥沙河流上建庫(kù)投資大、效益差的問(wèn)題。但是這種運(yùn)行方式和設(shè)計(jì)方案適合當(dāng)?shù)赜休^可靠的供水水源，該工程只是作為補(bǔ)充水源的情況。

黃地臺(tái)水庫(kù)樞紐工程由閘壩、輸水管線及蓄水池等建筑物組成。閘壩總庫(kù)容為11.6萬(wàn)m3，調(diào)水庫(kù)容2.4萬(wàn)m3。正常蓄水位1 310.0 m，設(shè)計(jì)洪水位1 310.64 m，校核洪水位1 312.8 m，壩頂高程 1 314.5 m，壩高 16.5 m，壩長(zhǎng) 131.6 m，泄洪壩段設(shè)3孔6×4.5 m泄洪排沙閘，下游消能方式采用底流消能，消力池長(zhǎng)20 m，池深2.3 m，寬24 m。蓄水池布置于黃溝與周河交匯處的高階地上，蓄水池為雙池并排布設(shè)，單個(gè)水池最大蓄水量為2萬(wàn)m3，總蓄水量為4萬(wàn)m3。工程投資約0.6億元，多年平均供水量49萬(wàn)m3，90%典型年供水量約41萬(wàn)m3。

3 結(jié)論與建議

(1)合理可行的運(yùn)行方案，對(duì)于水庫(kù)規(guī)模和投資的優(yōu)化意義重大，特別是現(xiàn)狀建庫(kù)條件差、工程規(guī)模過(guò)大、經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較性差的水庫(kù)工程，結(jié)合現(xiàn)代化的自控管理設(shè)備，優(yōu)化水庫(kù)工程的運(yùn)行方式，具有指導(dǎo)意義。

(2)黃地臺(tái)水庫(kù)的運(yùn)行方案，合理解決了泥沙量大、建設(shè)高壩大庫(kù)的洪水風(fēng)險(xiǎn)，利用較小的工程規(guī)模建設(shè)及自控運(yùn)行管理系統(tǒng)，將壩址處水資源利用率提高至44%。

［1］泥沙手冊(cè).中國(guó)水利學(xué)會(huì)泥沙專業(yè)委員會(huì)主編，1989

［2］韓其為，水庫(kù)淤積.北京:科學(xué)出版社.2003

［3］水庫(kù)泥沙.北京:水利電力出版社.1979年

［4］巴家嘴水庫(kù)及多泥沙河流水庫(kù)泥沙關(guān)鍵技術(shù)研究.黃河水利出版社，2007