摘 要：多沙河流的水庫一定要重視運行調(diào)度方案的研究，否則水庫很快就會淤積報廢，達不到設(shè)計使用要求。本文根據(jù)多沙河流蓄清排污最基本的運行方式，結(jié)合水庫的工程任務(wù)、水沙條件，提出幾種排沙方式，以供多泥沙河流的水庫規(guī)劃、運行調(diào)度參考。

　　關(guān)鍵詞：多沙河流 水庫 淤積 運行方式

　　多沙河流水庫為了控制泥沙淤積，在調(diào)節(jié)徑流的同時，還必須進行泥沙的調(diào)節(jié)。在很多情況下，泥沙調(diào)節(jié)是選擇水庫運用方式的控制因素。目前，多沙河流水庫泥沙調(diào)節(jié)的運用方式與排水措施主要有以下幾種。

　　1、 調(diào)水調(diào)沙運用類型

　　多沙河流水庫的運用方式，按水沙調(diào)節(jié)程度的不同，可分蓄洪運用、蓄清排渾運用、緩洪運用和多庫聯(lián)合運用四種。

　　(1)蓄洪運用 又稱攔洪蓄水運用。其特點是汛期攔蓄洪水，非汛期攔蓄基流。水庫放水蓄水，只考慮興利部門要求，年內(nèi)只有蓄水和供水兩個時期，而沒有排沙期。根據(jù)汛期洪水調(diào)節(jié)程度的不同，又分為蓄洪攔沙和蓄洪排沙兩種型式。前者是汛期洪水全部攔蓄，泥沙也就全部淤在庫內(nèi)。后者是是汛期僅攔蓄部分洪水，當庫水位超過汛限水位時排泄部分洪水，并利用下泄洪水進行排沙。蓄洪運用方式，由于水庫對入庫泥沙的調(diào)節(jié)程度較低，因而泥沙淤積速率較快。只適用于庫容相對較大，河流含沙量相對較小的水庫。

　　(2)蓄清排渾作用 其特點是非汛期攔蓄清水基流;汛期只攔蓄含沙量較低的洪水，洪水含沙量較高時則盡量排出庫外。

　　采用不同的排沙措施，使年內(nèi)或多年內(nèi)沖淤基本平衡。根據(jù)對泥沙調(diào)節(jié)的型式不同，又分為汛期滯洪運用、汛期控制低水位運用、汛期控制蓄洪運用三種類型。

　　汛期滯洪運用，是汛期水庫空庫迎江，水庫對洪水只起緩洪作用，洪水過后即泄空，利用泄空過程中所形成的溯源沖刷和沿程沖刷將前期蓄水期和滯洪期的泥沙排出庫外用方式。

　　汛期控制低水位運用，是汛期不敞泄，但限制在某一定的低水位(稱排沙水位)下控制運用的方式。庫水位超過該水位后的洪水排出庫外，用以排除大部分汛期泥沙，并盡量沖刷前期淤積。

　　汛期控制蓄洪運用，是汛期對含沙量較高的洪水，采取降低水位控制運用，對含沙量較氏的小洪水，則適當攔蓄，以提高興利效益的運用方工。當水庫泄流規(guī)模較大，汛期水沙十分集中，汛后基流又很小時，這種方式有利于解決蓄水與排沙的矛盾。

　　蓄清排渾運用方式是多沙河流水庫常采用的運用方式。特別是北方地區(qū)干旱與半干旱地帶的水庫，水沙年內(nèi)十分集中，采用這種方式，實踐證明可以達到年內(nèi)或多年內(nèi)的沖淤基本平衡。

　　(3)緩洪運用 是上述兩種運用派生出來的一種運用方式。其汛期與蓄清排渾運用相似，但無蓄水期。實際上又分為自由滯洪運用和控制緩洪運用兩種形式。

　　自由滯洪運用，是水庫泄流設(shè)施無閘門控制，洪水入庫后一般穿堂而過，不進行徑流調(diào)節(jié)，水庫只起自由緩滯作用的運用方式。水庫大水年淤，平枯水年沖;汛期淤，非汛期沖;漲洪淤，落洪沖，沖淤基本平衡。

　　控制緩洪運用，是有控制地緩洪，以解決河道非汛期無基流可蓄，而汛期雖有洪水可蓄但含沙量又高，不適于完全蓄洪的矛盾。

　　(4)多庫聯(lián)合運用 包括有上庫蓄洪、下庫蓄清，上庫滯洪、下庫蓄洪，兩庫汛期交替蓄洪和干流庫蓄清、支流庫蓄洪等形式。

　　2、水庫排沙措施

　　水庫排沙方式，可分為水力排沙與動力排沙兩大類。前者是用水流本身的輸沙能力來排沙;后者是用機械或要工來排沙，包括有水力吸泥、人工清淤和機械清淤。由于水流輸沙能力與水流流態(tài)有關(guān)，而水流流態(tài)又與水庫運用方式有關(guān)，因此，水力排沙與水庫運用方式關(guān)系十分密切。水力排沙可分為滯洪排沙、異重流排沙、渾水水庫排沙、泄空排沙和基流沖沙等幾種。

　　(1)滯洪排沙 蓄清排渾運用的水庫，在空庫迎洪或降低水位運用時，若入庫洪水流量大于泄水流量，便會產(chǎn)生滯洪壅水。由于庫區(qū)水流流態(tài)是明流壅水，直到壩前仍有一定的行近流速，細顆粒泥沙可被水流帶至壩前而排出庫外。蓄洪老實巴交用的水庫，在洪水入庫時若水位較低，或入庫洪水較大時，水流流態(tài)也可以是明流，此時水庫泄洪也能將細顆粒泥沙排出庫外。上述兩種利用明流壅水情況下的水庫排沙都稱為滯洪排沙。其特點是洪水初發(fā)時出庫含 沙量較高，隨后逐漸降低。

　　滯洪排沙的效率較高，一些中小型 水庫可大于100%。效率的高低與排沙時機、滯洪歷時、洪水漫灘程度、入庫洪水特性和泄量大小等因素有關(guān)。開閘及時，下泄量大和滯洪歷時短，排沙效率就高。中小型水庫大都回水短、底坡陡，洪水陡漲猛落，滯洪歷時短而漫灘機會少，因而滯洪滯沙效率較大型水庫高，甚至可以沖走前期淤積。

　　滯洪排沙，排沙泄量的合理選擇是十分必要的。泄量過大，會影響蓄水和引洪淤灌，泄量過小，將使滯洪歷時拉長，使泥沙沉積，影響排沙。可以從水庫多年運用的實際經(jīng)驗中總結(jié)出可行的一大新霠，或建立排沙效率與主要影響因素，如第一月的平均排沙泄量和入庫洪水的峰前水量的相關(guān)關(guān)系加以確定。

　　為了盡可能提高排沙效率減少棄水量，中小水庫在滯洪排沙運用中應(yīng)充分利用洪水前期含 沙量高、顆粒粗，及時啟閘排沙，并心量加大泄量。當經(jīng)過一段時間后，排沙效率下降，則減小泄量以節(jié)省水量。

　　(2)異重流排沙

　　1)水庫異重流的基本概念 異重流，是指重率有較小差異的兩種流體所產(chǎn)生的相對運動。

　　2)水庫異重流的一般特性 水庫異重流一量產(chǎn)生以后，與明渠流一樣，維持前進的動力也是重力。但由于渾水重率與庫相差較小，由于受庫水浮力作用，所以重力作用大大減小。這是第一個最主要的特性。

　　其次一個特性是慣性力作用相對突出，這是重力作用減小的結(jié)果。慣性力作用的相對突出，使異重流具有一般水流無法作到的輕易超越障礙物和爬高的特性。

　　最后一個特性是阻力作用的相對突出，也是重力作用減小的結(jié)果。阻力作用的相對突出，使異重流的流速與水力半徑、底坡、阻力系數(shù)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夠坡度，才能維持運動。

　　關(guān)于水庫異重流上述特性的詳細論述，以及發(fā)生與持續(xù)的條件等知識，可參閱有關(guān)專著。

　　3)異重流排沙 在水庫蓄水期間，具有一定數(shù)量細顆粒泥沙的渾水，在其他條件具備的情況下，往往能形成異重流向壩前運動。特別是中小水庫，異重流多能到達壩前，這時如能及時打開底孔閘門，就能將一部分泥沙排出庫外。這種利用異重流的特性進行的水庫排沙稱為異重流排沙。其特點是初始排出水流的含沙量大，排沙效率高。洪峰降落后，含沙量與排沙效率也隨之降低。

　　異重流的排沙效率與洪水水沙情況、庫區(qū)地形、泄流設(shè)施和管理動用等因素有關(guān)。流量大，歷時長、含沙量高的洪水，即能保證異重流持續(xù)運動到壩前，又能減緩泥沙沉降，因而排沙效率高。平順的庫區(qū)地形和較陡的底坡，使異重流不易擴散摻混，排沙效率高。泄流底孔高程低，泄量大，開閘及時，排沙效率也高。

　　異重流排沙起始時刻，即啟閘時刻的掌握，是異重流排沙運用中的一個主要問題。啟閘不及時，排沙效率會大大下降。中小水庫還可能發(fā)生泥沙直抵壩前，堵塞泄流排沙底洞的危險。目前一些中小型 水庫，用觀測底孔出口處閘門漏水變渾來作為判斷的標志。有的還用建立異重流自進庫站至壩前的運行歷時與水庫前期蓄水量和入庫洪峰流量的經(jīng)驗關(guān)系來確定。

　　異重流排沙泄量的選擇，是異重流排沙運用中的又一個重要問題。泄量過小，雖出庫含 沙量高，但排出的總沙量不大。泄量過大。則浪費水量，不利于徑流調(diào)節(jié)。目前多采用因果分析，建立經(jīng)驗關(guān)系來確定。如建立第一日平均排沙泄量與前期蓄水量、入庫洪水峰前水量與排沙效率的經(jīng)驗關(guān)系。鑒于異重流排沙的特點，排沙泄量在洪峰降落后逐漸減小。

　　異重流的排沙效果，由于渾水潛入庫水下面后會有部分渾水向水庫中擴散，由于潛入點附近的泥沙，在主槽兩側(cè)灘地上大量落淤，因而比滯洪排沙為低。但是，因其棄水量小，不影響水庫蓄水，且能結(jié)合灌溉，因而得到了廣泛重視和利用。北方地區(qū)干旱和半干旱地帶的中小型水庫，水量缺乏，排沙與蓄水興利矛盾相當突出，往往采用異重流排流來減輕水庫淤積。

　　(3)渾水水庫排沙 渾水水庫是指當異重流抵達壩前，不及時啟閘，或泄量較來量為小，壩前發(fā)生壅水，隨著渾水的集聚，清渾界面逐漸升高，所形面的近于平行于河床的渾水面以下的部分。蓄洪運用水庫在庫內(nèi)沒有清水，汛期攔蓄全部或大部渾水，不排沙而泄量很小時;或者滯洪排沙運用水庫，泄流能力比入庫洪峰過小時，由于泥沙沉降，表面澄出部分清水，也會形成清渾界面，下部渾水也叫渾水水庫。利用形成的渾水水庫泄渾排沙，這種水庫排沙稱為渾水水庫排沙。北方地區(qū)的中小型水庫，由于洪水陡漲猛落，含沙量高，入庫后流程又短，極易形成渾水水庫，因而渾水水庫排沙也是常用的排水方式。

　　由于泥沙顆粒在渾水中的沉速，遠小于在清水中的沉速，而且渾水的沉降是以渾液面形式進行的，因此在渾水面下降到泄流底孔進口高程以前，都可以排渾排沙。其排沙時間一般比洪水歷時長幾倍至十幾倍。

　　渾水水庫排沙效率主要與水沙條件、庫型和泄規(guī)模有關(guān)。當庫型與泄流規(guī)模一定時，洪量大、含沙量低、粒徑粗，則排沙效率低。在其他條件相同的情況下，湖泊型水庫滯洪水深小，泥沙落淤面積大，排沙效率低。同樣，當水沙條件、庫型一定時，排沙底洞低、泄流能力大，則排沙效率高。

　　(4)泄空排沙 泄空排沙是指放空水庫，用泄空過程中由于水位下降，回水末端向壩前移動而產(chǎn)生的沿程沖刷與溯源沖刷來排除庫內(nèi)泥沙的排沙方式。其特點是出庫含沙量逐漸加大，當泄空后期若突然加大泄量，排沙效果更好。這種排沙方式的效率，與前期淤積的固結(jié)程度也有關(guān)。淤積沒有充分濃縮固結(jié)的，排沙效率較高，因此及時泄空排沙是十分必要的。另外，在泄空過程中，輔以人工或機械推攪，對于小型水庫，也是十分有效的。

　　(5)基流排沙 基流排沙又稱常流量排沙。是指水庫放空后繼續(xù)打開閘門，讓含沙較少的基流暢行沖刷主槽的排沙方式。其特點是開始排沙量大，隨后逐漸減小。當主槽縱坡和岸坡相對穩(wěn)定后，沖沙效果就很快下降。其排沙效果決定于基流量與含沙量的大小?；髁髁看蠖沉啃?，排沙效果就好。

　　以上是幾種常用的幾種水庫排沙方式。需要注意的是：多沙河流水庫的排沙方式，一般決定于水庫的運用方式。但是，排沙方式的選擇，不應(yīng)唯一或固定，而應(yīng)因時制宜地交替使用。水庫的泥沙調(diào)節(jié)，應(yīng)當考慮來水來沙條件和水庫本身的條件，以及水庫綜合利用的效益目標。因此，對于具體水庫，應(yīng)從實際情況出發(fā)，因地制宜地選取適合的最優(yōu)控制運用方式。注意處理好蓄水興利與排沙減淤的矛盾以及近期效益與遠期效益的矛盾。

　　參考文獻

　　[1]《水能學 》 水利出版社 1958年

　　[2]《庫區(qū)淤積及冰情觀測》 水利出版社 1961年