薛 晨， 由 麗 華， 陽 莉

(四川省紫坪鋪開發(fā)有限責(zé)任公司，四川 成都 610091)

0 引 言

紫坪鋪水利樞紐工程位于都江堰市龍池鎮(zhèn)，由于2008年“5·12”汶川大地震震中位置離樞紐工程很近，地震發(fā)生后，水庫庫區(qū)山體滑坡、暴雨泥石流等次生災(zāi)害頻發(fā)，庫岸形態(tài)發(fā)生了較大變化。為了解震后水庫泥沙淤積及庫容損失情況，公司先后于2011年、2013年、2014年、2015年進(jìn)行了4次水庫庫容測量。筆者根據(jù)歷次測量結(jié)果，與2008年汶川特大地震后水庫庫容淤積現(xiàn)狀及趨勢，以及水庫調(diào)度和實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，對當(dāng)前的淤積現(xiàn)狀給水庫調(diào)度帶來的影響進(jìn)行了研究。

1 研究方法

(1)通過對比水庫原始庫容曲線、2008年地震前實(shí)測庫容曲線以及2015年實(shí)測的庫容曲線，定量分析目前水庫各特征庫容的損失情況，定量識(shí)別在不同的水位區(qū)間泥沙淤積情況，結(jié)合水庫地形測量數(shù)據(jù)，分析造成水庫淤積的原因。

(2)根據(jù)2008年、2011年、2013年、2014年和2015年各階段實(shí)測庫容情況，定量分析水庫在以年為時(shí)間尺度上的淤積速率，結(jié)合水庫近年來的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析水庫淤積趨勢及其成因。

(3)采用淤積后的庫容曲線，對水庫進(jìn)行調(diào)洪演算，分析泥沙淤積對防洪調(diào)度的影響；結(jié)合近幾年水庫實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析當(dāng)前淤積形勢對水庫調(diào)度的影響。

2 水庫泥沙淤積的現(xiàn)狀分析

2.1 地震前后庫容淤積現(xiàn)狀分析

統(tǒng)計(jì)1980年(原始庫容)、2008年(地震前)和2015年實(shí)測特征庫容(見表1)。

由表1中數(shù)據(jù)可知，至2015年水庫累計(jì)淤積損失庫容1.349億m3，其中死水位以下庫容損失0.766億m3，死水位至汛限水位間庫容損失了0.403億m3，汛限水位至正常蓄水位間庫容損失了0.129億m3，正常蓄水位至校核洪水位間庫容損失了0.051億m3。

表1 特征庫容統(tǒng)計(jì)表

以2008年震前與原始庫容相比，死水位以下庫容損失0.047億m3，死水位至汛限水位間庫容損失了0.062億m3，汛限水位至正常蓄水位間庫容損失了0.071億m3，正常蓄水位至校核洪水位間庫容損失了0.046億m3；以2015年與2008年震前相比，死水位以下庫容損失0.719億m3，死水位至汛限水位間庫容損失了0.341億m3，汛限水位至正常蓄水位間庫容損失了0.058億m3，正常蓄水位至校核洪水位間庫容損失了0.005億m3，對比數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，主要的淤積發(fā)生在地震以后。

2.2 庫容淤積分布

根據(jù)計(jì)算出的當(dāng)前庫容占比百分?jǐn)?shù)可以很直觀的看出水庫有效庫容在不同水位段上損失情況，總體隨著水位的增高，水庫庫容的損失呈減小的變化趨勢，損失較大的區(qū)間在845 m以下，損失基本都超過了10%，其中817～820 m段，損失超過30%、820～825 m段，損失也接近20%；在845～875 m之間，總體較為穩(wěn)定，損失基本控制在5%以內(nèi)；875 m以上，由于受支流河床淤積影響，庫容損失有所增大(見表2)。

表2 不同水位段當(dāng)前庫容在原庫容中的占比

2.3 原因分析

庫區(qū)淤積縱剖面圖(深泓點(diǎn))，見圖1，從2011年縱剖面形態(tài)看，大地震造成M11-M14庫段(距壩6―8 km)左岸大量山體滑坡， 形成巨大的堰塞體，最高達(dá)30多米。堰塞體猶如一個(gè)攔沙壩擋在庫區(qū)中部，自M13斷面以上形成一個(gè)巨大的堰塞湖，由于堰塞體的存在，入庫泥沙很大一部分在堰塞體上游被攔截，形成淤積。對比歷年測量數(shù)據(jù)，自2008年以來，河床高程相對于2008年有了很大的增加，M13以上河段河床整體抬升，堰塞體上游逐漸被淤平，已逐漸影響到水庫有效庫容。

圖1 紫坪鋪庫區(qū)淤積縱剖面圖(深泓點(diǎn))

3 水庫淤積趨勢分析

3.1 地震后紫坪鋪水庫淤積趨勢分析

依據(jù)2008年以來的五次庫區(qū)測量資料進(jìn)行淤積分析(成果見表3)，可以看出2008年4月至2015年10月紫坪鋪水庫庫區(qū)累計(jì)淤積11 231萬m3，年均1 404萬m3。

根據(jù)各次地形觀測的時(shí)間，計(jì)算紫坪鋪水庫年均淤積情況(見表4)。各時(shí)期年均淤積量分別為1 710萬m3、1 440萬m3、1 140萬m3、1 072萬m3，均遠(yuǎn)大于紫坪鋪水文站多年平均來沙量604萬m3。

以2008年為零點(diǎn)，作歷次觀測時(shí)期年均淤積量的散點(diǎn)圖，添加趨勢線如圖2所示?？梢钥闯?008年大地震以后，水庫遇到連續(xù)的大沙年，水庫年均淤積量總體呈下降趨勢。

圖2 年均淤積趨勢

3.2 原因分析

統(tǒng)計(jì)2008～2015年水庫遭遇洪水過程的最大洪峰流量(見表5)。

從表中數(shù)據(jù)可以看出，2008年以來，水庫未遭遇大的洪水過程影響，最大洪峰是2013年的4 231 m3/s，接近20年一遇(4 450 m3/s)水平?？梢娝畮煸庥鲞B續(xù)的大沙年主要是受2008年汶川特大地震的影響，地震使得上游植被遭受嚴(yán)重破壞，巖石松散，在強(qiáng)降雨發(fā)生時(shí)，水土流失嚴(yán)重，大量泥沙入庫。而隨著時(shí)間的推移，植被生長，泥沙、巖石結(jié)構(gòu)又趨于穩(wěn)定，在沒有大的降雨和洪水發(fā)生的情況下，水庫泥沙年淤積量也呈一個(gè)減少的趨勢。

4 水庫泥沙淤積對水庫運(yùn)行調(diào)度的影響

4.1 對水庫防洪調(diào)度的影響

紫坪鋪水庫汛期限制水位為850 m，汛限水位以上損失庫容0.18億m3，從圖1紫坪鋪庫區(qū)淤積縱剖面圖來看，該水位段庫容近幾年基本處于一種穩(wěn)定狀態(tài)。采用新的水位庫容關(guān)系對水庫設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行調(diào)洪演算，在不改變其他條件的基礎(chǔ)下，以850 m作為起調(diào)水位，100一遇洪水位由861.6 m上升至862.17 m；200年一遇洪水位由863.49 m上升至864.30 m；500年一遇洪水位由866.51 m上升至867.38 m；1 000年一遇洪水位由871.20 m上升至871.61 m；PMF洪水位仍在883.1 m附近。千年一遇以下洪水最高水位略有上升，仍在可控范圍。PMF洪水因?yàn)樗贿_(dá)870 m后開啟溢洪道，在同等來水條件下，溢洪道開啟時(shí)間提前，且水位增長后，溢洪道過流能力增加，最高水位仍在883.1 m附近，未有明顯影響。

表3 紫坪鋪水庫各時(shí)期淤積量對照表(單位：萬m3)

表4 紫坪鋪水庫各時(shí)期年均淤積量對照表 /萬m3·a-1

表5 2008～2015年最大洪峰統(tǒng)計(jì)表

4.2 對入庫流量計(jì)算的影響

由于地質(zhì)條件和水庫水系分布條件的限制，紫坪鋪水庫入庫站未完善，目前入庫流量采用水量平衡公式反推計(jì)算，“入庫流量=庫容差/3 600+出庫流量”。由計(jì)算方式可以看出，當(dāng)入庫流量與出庫流量之間存在較大的差值時(shí)，由庫容變化引起的流量誤差就顯得尤為明顯，隨著洪水入庫、泥沙入庫，帶來的水庫泥沙淤積動(dòng)態(tài)變化，使得流量誤差存在很大的不確定性。

4.3 對水庫供水調(diào)度的影響

作為下游都江堰灌區(qū)及成都平原的重要水源工程，保障下游用水需求是水庫運(yùn)行的一項(xiàng)重要指標(biāo)。從近幾年的水庫運(yùn)行情況來看，主要供水階段為春灌期和夏季伏旱期間，春灌期4～5月份，水庫水位在825 m附近，伏旱期間，水庫持續(xù)供水，水庫水位持續(xù)走低，2016年伏旱期間水庫水位運(yùn)行至820 m附近。從表2的水庫當(dāng)前庫容占比數(shù)據(jù)可以看出，在該水位階段，有近20%的庫容已被淤積，在進(jìn)行水庫供水調(diào)度，保障下游供水時(shí)，來自水庫庫容淤積上的影響就比較明顯，尤其當(dāng)上游來水較差時(shí)，影響尤為突出。從水庫淤積趨勢來看，該庫段的庫容淤積在未來幾年會(huì)有所增加，無形中增加了水庫供水調(diào)度的難度。

5 結(jié) 語

(1)水庫當(dāng)前的淤積對水庫的防洪調(diào)度影響不大，雖水庫年均淤積量總體在減弱，但仍遠(yuǎn)大于紫坪鋪站的多年平均來沙量，水庫的淤積仍在持續(xù)，還需采取必要的手段對水庫進(jìn)行清淤，以保證水庫有效庫容。同時(shí)，還需持續(xù)對泥沙淤積的狀態(tài)進(jìn)行跟蹤監(jiān)測。

(2)水庫入庫流量的獲取，目前仍是通過水量平衡方程計(jì)算得來，在水庫庫容淤積不斷加重的形勢下，加上河床泥沙推移等不確定因素影響，計(jì)算方法本身所存在的誤差，在特定的條件下就顯得較為突出。在入庫水文站未建的情況下，可進(jìn)一步研究水庫泥沙淤積動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，進(jìn)一步優(yōu)化水庫入庫流量的計(jì)算方式。同時(shí)，加快推進(jìn)水庫入庫水文站的建設(shè)，以更好的掌握水庫上游的來水和泥沙。

(3)作為水源工程，保障下游用水需求，是紫坪鋪水庫發(fā)揮綜合效益的重要職能之一，隨著水庫淤積的加重，水庫在發(fā)揮供水作用時(shí)，會(huì)受到諸多的限制，同時(shí)也會(huì)受到很多來自其他方面的影響，如：電力市場行情變化、水工建筑物運(yùn)行狀態(tài)變化等。在研究水庫泥沙淤積規(guī)律的同時(shí)，可進(jìn)一步研究多目標(biāo)下的水庫優(yōu)化調(diào)度，更好的發(fā)揮水庫的綜合效益。