多沙河流水库调度方式与排沙措施

　　摘 要：多沙河流的水库一定要重视运行调度方案的研究，否则水库很快就会淤积报废，达不到设计使用要求。本文根据多沙河流蓄清排污最基本的运行方式，结合水库的工程任务、水沙条件，提出几种排沙方式，以供多泥沙河流的水库规划、运行调度参考。

　　关键词：多沙河流 水库 淤积 运行方式

　　多沙河流水库为了控制泥沙淤积，在调节径流的同时，还必须进行泥沙的调节。在很多情况下，泥沙调节是选择水库运用方式的控制因素。目前，多沙河流水库泥沙调节的运用方式与排水措施主要有以下几种。

　　1、 调水调沙运用类型

　　多沙河流水库的运用方式，按水沙调节程度的不同，可分蓄洪运用、蓄清排浑运用、缓洪运用和多库联合运用四种。

　　(1)蓄洪运用 又称拦洪蓄水运用。其特点是汛期拦蓄洪水，非汛期拦蓄基流。水库放水蓄水，只考虑兴利部门要求，年内只有蓄水和供水两个时期，而没有排沙期。根据汛期洪水调节程度的不同，又分为蓄洪拦沙和蓄洪排沙两种型式。前者是汛期洪水全部拦蓄，泥沙也就全部淤在库内。后者是是汛期仅拦蓄部分洪水，当库水位超过汛限水位时排泄部分洪水，并利用下泄洪水进行排沙。蓄洪运用方式，由于水库对入库泥沙的调节程度较低，因而泥沙淤积速率较快。只适用于库容相对较大，河流含沙量相对较小的水库。

　　(2)蓄清排浑作用 其特点是非汛期拦蓄清水基流;汛期只拦蓄含沙量较低的洪水，洪水含沙量较高时则尽量排出库外。

　　采用不同的排沙措施，使年内或多年内冲淤基本平衡。根据对泥沙调节的型式不同，又分为汛期滞洪运用、汛期控制低水位运用、汛期控制蓄洪运用三种类型。

　　汛期滞洪运用，是汛期水库空库迎江，水库对洪水只起缓洪作用，洪水过后即泄空，利用泄空过程中所形成的溯源冲刷和沿程冲刷将前期蓄水期和滞洪期的泥沙排出库外用方式。

　　汛期控制低水位运用，是汛期不敞泄，但限制在某一定的低水位(称排沙水位)下控制运用的方式。库水位超过该水位后的洪水排出库外，用以排除大部分汛期泥沙，并尽量冲刷前期淤积。

　　汛期控制蓄洪运用，是汛期对含沙量较高的洪水，采取降低水位控制运用，对含沙量较氏的小洪水，则适当拦蓄，以提高兴利效益的运用方工。当水库泄流规模较大，汛期水沙十分集中，汛后基流又很小时，这种方式有利于解决蓄水与排沙的矛盾。

　　蓄清排浑运用方式是多沙河流水库常采用的运用方式。特别是北方地区干旱与半干旱地带的水库，水沙年内十分集中，采用这种方式，实践证明可以达到年内或多年内的冲淤基本平衡。

　　(3)缓洪运用 是上述两种运用派生出来的一种运用方式。其汛期与蓄清排浑运用相似，但无蓄水期。实际上又分为自由滞洪运用和控制缓洪运用两种形式。

　　自由滞洪运用，是水库泄流设施无闸门控制，洪水入库后一般穿堂而过，不进行径流调节，水库只起自由缓滞作用的运用方式。水库大水年淤，平枯水年冲;汛期淤，非汛期冲;涨洪淤，落洪冲，冲淤基本平衡。

　　控制缓洪运用，是有控制地缓洪，以解决河道非汛期无基流可蓄，而汛期虽有洪水可蓄但含沙量又高，不适于完全蓄洪的矛盾。

　　(4)多库联合运用 包括有上库蓄洪、下库蓄清，上库滞洪、下库蓄洪，两库汛期交替蓄洪和干流库蓄清、支流库蓄洪等形式。

　　2、水库排沙措施

　　水库排沙方式，可分为水力排沙与动力排沙两大类。前者是用水流本身的输沙能力来排沙;后者是用机械或要工来排沙，包括有水力吸泥、人工清淤和机械清淤。由于水流输沙能力与水流流态有关，而水流流态又与水库运用方式有关，因此，水力排沙与水库运用方式关系十分密切。水力排沙可分为滞洪排沙、异重流排沙、浑水水库排沙、泄空排沙和基流冲沙等几种。

　　(1)滞洪排沙 蓄清排浑运用的水库，在空库迎洪或降低水位运用时，若入库洪水流量大于泄水流量，便会产生滞洪壅水。由于库区水流流态是明流壅水，直到坝前仍有一定的行近流速，细颗粒泥沙可被水流带至坝前而排出库外。蓄洪老实巴交用的水库，在洪水入库时若水位较低，或入库洪水较大时，水流流态也可以是明流，此时水库泄洪也能将细颗粒泥沙排出库外。上述两种利用明流壅水情况下的水库排沙都称为滞洪排沙。其特点是洪水初发时出库含 沙量较高，随后逐渐降低。

　　滞洪排沙的效率较高，一些中小型 水库可大于100%。效率的高低与排沙时机、滞洪历时、洪水漫滩程度、入库洪水特性和泄量大小等因素有关。开闸及时，下泄量大和滞洪历时短，排沙效率就高。中小型水库大都回水短、底坡陡，洪水陡涨猛落，滞洪历时短而漫滩机会少，因而滞洪滞沙效率较大型水库高，甚至可以冲走前期淤积。

　　滞洪排沙，排沙泄量的合理选择是十分必要的。泄量过大，会影响蓄水和引洪淤灌，泄量过小，将使滞洪历时拉长，使泥沙沉积，影响排沙。可以从水库多年运用的实际经验中总结出可行的一大新霠，或建立排沙效率与主要影响因素，如第一月的平均排沙泄量和入库洪水的峰前水量的相关关系加以确定。

　　为了尽可能提高排沙效率减少弃水量，中小水库在滞洪排沙运用中应充分利用洪水前期含 沙量高、颗粒粗，及时启闸排沙，并心量加大泄量。当经过一段时间后，排沙效率下降，则减小泄量以节省水量。

　　(2)异重流排沙

　　1)水库异重流的基本概念 异重流，是指重率有较小差异的两种流体所产生的相对运动。

　　2)水库异重流的一般特性 水库异重流一量产生以后，与明渠流一样，维持前进的动力也是重力。但由于浑水重率与库相差较小，由于受库水浮力作用，所以重力作用大大减小。这是第一个最主要的特性。

　　其次一个特性是惯性力作用相对突出，这是重力作用减小的结果。惯性力作用的相对突出，使异重流具有一般水流无法作到的轻易超越障碍物和爬高的特性。

　　最后一个特性是阻力作用的相对突出，也是重力作用减小的结果。阻力作用的相对突出，使异重流的流速与水力半径、底坡、阻力系数相同的一般水流相比要小得多。因此，就要求沿水流方向有足够坡度，才能维持运动。

　　关于水库异重流上述特性的详细论述，以及发生与持续的条件等知识，可参阅有关专著。

　　3)异重流排沙 在水库蓄水期间，具有一定数量细颗粒泥沙的浑水，在其他条件具备的情况下，往往能形成异重流向坝前运动。特别是中小水库，异重流多能到达坝前，这时如能及时打开底孔闸门，就能将一部分泥沙排出库外。这种利用异重流的特性进行的水库排沙称为异重流排沙。其特点是初始排出水流的含沙量大，排沙效率高。洪峰降落后，含沙量与排沙效率也随之降低。

　　异重流的排沙效率与洪水水沙情况、库区地形、泄流设施和管理动用等因素有关。流量大，历时长、含沙量高的洪水，即能保证异重流持续运动到坝前，又能减缓泥沙沉降，因而排沙效率高。平顺的库区地形和较陡的底坡，使异重流不易扩散掺混，排沙效率高。泄流底孔高程低，泄量大，开闸及时，排沙效率也高。

　　异重流排沙起始时刻，即启闸时刻的掌握，是异重流排沙运用中的一个主要问题。启闸不及时，排沙效率会大大下降。中小水库还可能发生泥沙直抵坝前，堵塞泄流排沙底洞的危险。目前一些中小型 水库，用观测底孔出口处闸门漏水变浑来作为判断的标志。有的还用建立异重流自进库站至坝前的运行历时与水库前期蓄水量和入库洪峰流量的经验关系来确定。

　　异重流排沙泄量的选择，是异重流排沙运用中的又一个重要问题。泄量过小，虽出库含 沙量高，但排出的总沙量不大。泄量过大。则浪费水量，不利于径流调节。目前多采用因果分析，建立经验关系来确定。如建立第一日平均排沙泄量与前期蓄水量、入库洪水峰前水量与排沙效率的经验关系。鉴于异重流排沙的特点，排沙泄量在洪峰降落后逐渐减小。

　　异重流的排沙效果，由于浑水潜入库水下面后会有部分浑水向水库中扩散，由于潜入点附近的泥沙，在主槽两侧滩地上大量落淤，因而比滞洪排沙为低。但是，因其弃水量小，不影响水库蓄水，且能结合灌溉，因而得到了广泛重视和利用。北方地区干旱和半干旱地带的中小型水库，水量缺乏，排沙与蓄水兴利矛盾相当突出，往往采用异重流排流来减轻水库淤积。

　　(3)浑水水库排沙 浑水水库是指当异重流抵达坝前，不及时启闸，或泄量较来量为小，坝前发生壅水，随着浑水的集聚，清浑界面逐渐升高，所形面的近于平行于河床的浑水面以下的部分。蓄洪运用水库在库内没有清水，汛期拦蓄全部或大部浑水，不排沙而泄量很小时;或者滞洪排沙运用水库，泄流能力比入库洪峰过小时，由于泥沙沉降，表面澄出部分清水，也会形成清浑界面，下部浑水也叫浑水水库。利用形成的浑水水库泄浑排沙，这种水库排沙称为浑水水库排沙。北方地区的中小型水库，由于洪水陡涨猛落，含沙量高，入库后流程又短，极易形成浑水水库，因而浑水水库排沙也是常用的排水方式。

　　由于泥沙颗粒在浑水中的沉速，远小于在清水中的沉速，而且浑水的沉降是以浑液面形式进行的，因此在浑水面下降到泄流底孔进口高程以前，都可以排浑排沙。其排沙时间一般比洪水历时长几倍至十几倍。

　　浑水水库排沙效率主要与水沙条件、库型和泄规模有关。当库型与泄流规模一定时，洪量大、含沙量低、粒径粗，则排沙效率低。在其他条件相同的情况下，湖泊型水库滞洪水深小，泥沙落淤面积大，排沙效率低。同样，当水沙条件、库型一定时，排沙底洞低、泄流能力大，则排沙效率高。

　　(4)泄空排沙 泄空排沙是指放空水库，用泄空过程中由于水位下降，回水末端向坝前移动而产生的沿程冲刷与溯源冲刷来排除库内泥沙的排沙方式。其特点是出库含沙量逐渐加大，当泄空后期若突然加大泄量，排沙效果更好。这种排沙方式的效率，与前期淤积的固结程度也有关。淤积没有充分浓缩固结的，排沙效率较高，因此及时泄空排沙是十分必要的。另外，在泄空过程中，辅以人工或机械推搅，对于小型水库，也是十分有效的。

　　(5)基流排沙 基流排沙又称常流量排沙。是指水库放空后继续打开闸门，让含沙较少的基流畅行冲刷主槽的排沙方式。其特点是开始排沙量大，随后逐渐减小。当主槽纵坡和岸坡相对稳定后，冲沙效果就很快下降。其排沙效果决定于基流量与含沙量的大小。基流流量大而含沙量小，排沙效果就好。

　　以上是几种常用的几种水库排沙方式。需要注意的是：多沙河流水库的排沙方式，一般决定于水库的运用方式。但是，排沙方式的选择，不应唯一或固定，而应因时制宜地交替使用。水库的泥沙调节，应当考虑来水来沙条件和水库本身的条件，以及水库综合利用的效益目标。因此，对于具体水库，应从实际情况出发，因地制宜地选取适合的最优控制运用方式。注意处理好蓄水兴利与排沙减淤的矛盾以及近期效益与远期效益的矛盾。

　　参考文献

　　[1]《水能学 》 水利出版社 1958年

　　[2]《库区淤积及冰情观测》 水利出版社 1961年

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文章名称： 多沙河流水库调度方式与排沙措施

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