王瑶水库水沙特性及运行方式分析

陈晓歌

（陕西省水利电力勘测设计研究院陕西西安700001）

王瑶水库水沙特性及运行方式分析

陈晓歌

（陕西省水利电力勘测设计研究院陕西西安700001）

本文通过对王瑶水库基本情况及多年来水沙过程进行分析计算，对不同的水库运行方式进行了分析比较，确定了合理的水库运行方式，以期为同类案例提供借鉴。

王瑶水库;水沙分析;运行方式

1 工程概况

王瑶水库位于陕西省延安市安塞县境内，在延河的支流杏子河（黄河二级支流）中游，其下游65km处为延安市。水库控制流域面积820km2，总库容2.03亿m3，是一座以防洪为主，兼有城市供水、灌溉、发电等综合利用的大（二）型水库。水库为Ⅱ等枢纽工程，主要建筑物为2级，防洪标准按百年一遇洪水设计，两千年一遇洪水校核。水库枢纽由大坝、Ⅰ号泄洪洞、Ⅱ号泄洪洞、输水洞、渠首、电站六个部分组成。大坝为均质土坝，坐落在侏罗纪砂页岩互层基础上，两坝肩由第四纪的上更新统、中更新统黄土类黄土组成，最大坝高55m，坝顶高程1190.7m，坝顶长度325m，宽7m。泄洪洞位于左岸，由进口明渠段、压力洞、放水塔、明流洞和出口挑流段组成，进口洞底高程1145.7m，总长739.8m，设计最大泄量78.6m3/s。王瑶水库工程于1970年10月动工兴建，1972年9月大坝主体工程完工。1974年动工增建泄洪洞，1979年底泄洪洞竣工。工程自1972年蓄水运用42年来，在防洪、减沙等方面起到了积极作用，特别是在“77.7”和“94.8”洪水中，水库对保护下游延安市等延河两岸城乡人民群众生命财产安全发挥了巨大作用。水库向延安市供水1510.4万t，年发电量150万度，社会效益和经济效益显著。

王瑶坝址1958年～2014年的水沙系列，多年平均的径流量为3580.6万m3，输沙量为846万t，多年平均含沙量达236kg/m3，加之运用不尽合理，水库淤积十分严重。截止2014年，1187.2m以下的库容仅剩7135万m3，原设计正常蓄水位1182.5m以下库容为2527万m3，库容受泥沙淤泥影响损失严重。

2 水沙分析

2.1 水沙年际变化

依据多年来水来沙过程分析入库水沙结果来看，王瑶水库入库水沙的年际分配极不平衡，丰水年最大入库水量为7399万m3（1964年），枯水年最小入库水量为1539万m3（1997年），分别为多年平均入库水量的2.067倍和0.43倍；年最大入库沙量为3099万t（1977年），年最小入库沙量为95万t（2003年），分别为多年平均入库沙量的3.662倍和0.113倍；年平均最大含沙量为89.58kg/m3（1983年），年平均最小含沙量为4.653kg/m3（1989年），分别为多年平均值的3.8倍和0.197倍。

2.2 水沙年内变化

王瑶水库多年平均逐月入库水沙统计见表1。从表1可以看出，多年平均情况下：汛期（7月～9月）平均入库水量为1968万m3，占年平均入库水量的54.96%；汛期（7月～9月）平均入库沙量为725万t，占年平均入库沙量的85.7%；汛期7、8月来沙量占多年平均入库沙量的80%。其中最大1日入库沙量为1903.3万t（1977年7月6日）。可见，王瑶水库的入库水沙相对集中在汛期7月～9月，尤其是沙量，绝大部分集中在汛期7、8月。而汛期又集中在几场洪水过程中。这对水库的调度来说，意味着调水调沙的主要矛盾在汛期。

2.3 入库水沙特性分析

由王瑶水库55年入库代表水沙系列统计分析可以看出，多年平均上游来水含沙量S≥400kg/m3的天数为8.51天，相应入库沙量为699.46万t，占全年的82.66%；相应入库水量为1115.62万m3，仅占全年的31.16%；上游来水含沙量S≥100kg/m3的天数为17.91天，相应入库沙量为830.66万t，占全年的98.16%，相应入库水量为1595.1万m3，仅占全年的44.56%；上游来水含沙量S≥50kg/m3的天数为23.35天，相应入库沙量为839.2万t，占全年的99.17%；相应入库水量为1716.51万m3，仅占全年的47.94%；上游来水含沙量S＜50kg/m3的天数为341.91天，相应入库沙量为7.04万t，占全年的0.83%；相应入库水量为1864万m3，仅占全年的52.06%。由此可见，处理好入库含沙量较大的水沙是水库运行方式研究的关键。

2.4 流量及输沙率变化分析

由王瑶水库历时～流量曲线及历时～输沙率曲线图可以看出，以1983年9.6～9.10为例，随着时间的变化，流量与输沙率变化趋势一致，沙峰与洪峰同步，但洪峰的变化梯度大于沙峰。因为王瑶水库以上没有水利工程，且河道最大长度104km，控制流域面积仅820km2，泥沙来源和洪水来源一致，故沙峰与洪峰也一致。

图11983 年9.6～9.10流量及输沙率曲线图

3 水库运行方式

王瑶水库自1972年10月蓄水运用以来，经历了三种运用方式，六个运用阶段

3.1 蓄洪拦沙阶段（1973.1月～1979.12月）

由于没有泄流排沙设施，只能采取蓄洪拦沙运用。这期间恰遇1977年特大洪水，全年来沙量为3100万t，洪峰流量为2620m3/s，洪量为2640万m3，使水库淤积十分严重。该时段总淤积量达5961m3，占总库容的29.4%。

3.2 蓄洪排沙阶段（1980.1月～1987.12月）

该时段虽然已建成泄洪排沙低洞，并采用蓄洪排沙运用方式，但由于排沙低洞进口围堰未拆除，其高程高出排沙洞底坎高程8m，同时左岸排沙洞附近山岩石咀阻水，限制了泄洪排沙洞排沙效果。如1985年汛期虽泄空水库运行，全年排沙比仅为107%，只能减缓水库淤积，而不能从根本上控制水库淤积发展，使水库又淤积3026万m3，累计淤积量达8987m3，占总库容44.3%。

3.3 空库运行阶段（1988.1月～1990.12月）

该时段利用水库拆除围堰、排沙洞清障施工无法蓄水有利时机，泄空水库空库运行，这期间共排出泥沙2502万m3。虽然水库淤积物长达15年之久，固结程度较高，但冲刷效果很好。水库淤积由淤转冲，库区形成高滩深槽，冲出1382万m3槽库容。冲刷纵剖面干流以排沙洞底坎高程为基准面呈扇形发展；支流岔路川以泄入干流入口河槽高程为基准面向上发展。横断面形成深槽及广阔滩地，坝前段河槽滩槽差大，槽宽较大，库中段次之，库尾段近似天然河槽。水库纵断面淤积形态为锥体，比降为3‰。横向近似平淤。

表1 王瑶水库多年平均入库水沙系列统计表(日历年统计)

表2 王瑶水库不同运用方式库区冲淤量

3.4 蓄洪排沙运用阶段（1991.1月～1995.12月）

该时段水库采用蓄洪排沙运用，历时5年，水库一直未泄空，入库近4000万m3泥沙大部分淤在库内，特别是1992年为丰沙年，入库沙量为1780万m3，入库水量为3520万m3，排沙比仅为25.7%，排水比为70.9%，1991～1992年两年淤满槽库容，一般洪水情况下就上滩地，水库淤积呈上升发展，该时段淤积3145万m3，水库累计淤积量达10750万m3，占总库容52.9%。

3.5 汛期空库运行阶段（1996.1月～1996.12月）

该时段汛期空库运行（1996.7月～1996.9月），虽然只有两个多月，但排沙效果极好，汛期冲出槽库容1200万m3，这与淤积物历时短，固结程度不高有关。

3.6 蓄洪排沙运用阶段（1997.1月～2014.12月）

水库采用蓄洪排沙运用，历时18年，多年平均入库沙量540.1万t，出库沙量197.6万t，多年平均的排沙率为36.6%。2001年为丰沙年，入库沙量为789.2万m3，入库水量为4073.8万m3，排沙比仅为21.1%，淤积量较大。2004年7月和9月分别累计敞泄排沙25天，年排沙率达117.2%；2005年1月～10月上旬基本处于敞泄排沙状态，水位在1145.74m～1145.82m之间，年排沙率达116.2%；2010年7月～8月中旬敞泄排沙，年排沙率119.8%，其余年份均处于蓄水运用，年排沙率0.9%～49.3%。

各阶段库区冲淤特征值见表2。表中数据表明，排沙设施的泄量大小及运用方式，对控制库容损失十分重要。第一阶段，水库无排沙设施，不具备水库合理运用基础；第二阶段排沙设施不完善，要控制水库淤积，必须排沙期长；第四阶段和第六阶段未安排排沙期。

4 水库运行方式确定

王瑶水库运行方式按照目前实际运行拟定的运行方式为：王瑶水库汛期为6月～10月，汛期防洪限制水位为1180.5m。当入库流量小于198.52m3/s时，按照入出库平衡控制下泄流量；当入库流量大于198.52m3/s而小于3120m3/s时，控制最大泄流191.82m3/s，坝前最高水位不超过1185.6m，并尽快降至汛限水位1180.5m以下；当入库流量大于3120m3/s而小于5820m3/s时，控制最大泄流198.52m3/s，坝前最高水位不超过1188.02m，并尽快降至汛限水位1180.5m以下；当入库流量大于5820m3/s时，以保坝为主，开启所有泄洪设施敞泄。

5 结论

（1）王瑶水库作为延安市唯一的可靠水源，发挥着不可替代的骨干作用。延安是一个水资源贫乏的地区，全市水资源总量少，时空分布不均匀，且水少沙多的矛盾突出。王瑶水库多年平均入库水量为3580万m3，入库悬移质输沙量为846万t，多年平均流量为1.13m3/s，多年平均悬移质含沙量为23.58kg/m3。

（2）王瑶水库位于延安市延河支流杏子河中游，杏子河属多泥沙河流，水库运行42年以来，由于运行方式不尽合理，水库淤积十分严重。水库运行至今，仅1988～1990和1996年采用泄空排沙的运行方式，其它年份均采用蓄洪排沙，使泥沙在库内落淤，截至2014年底，累积淤积14471万m3，相当于运行42年来平均年淤积量345万m3，占天然来沙量626万m3的55%。即减轻杏子河下游及延河河道的泥沙淤积，对控制城区河道行洪断面的抬升发挥一定作用。陕西水利

[1]李国安.浅析王瑶水库运行方式与排沙减淤效果[J].陕西水利，2009.6:121-122.

[2]靳玲玲.王瑶水库排沙清淤方法探讨[J].水利科技与经济，2013.09.

（责任编辑：唐红云）

TV62.2

B