大浪淀水库沙量平衡分析初探
1 水库基本情况介绍
大浪淀水库为河北省第一座平原水库,属大Ⅱ型水库,总投资2.8亿元,蓄水面积16.738平方公里,设计总库容量1.003亿立方米,每年可向市区供水8121万立方米。大浪淀水库1997年1月建成蓄水后,数年来已累计向市区供水几亿立方米。大浪淀水库水源近期为“引黄济冀”的黄河水,每年11-12月份由山东位山三干渠提水,经清凉江、南运河、代庄引水渠等进入大浪淀;补充水源为“王—大”引水工程的保定王快水库水;远期为南水北调中线工程的长江水。“王—大”引水工程通水和南水北调中线工程规划,使水源保障率大大提高。保证良好的水质是水库管理工作重中之重。为有效控制水库来水水质,保证水库水不受污染和发生富营养化,保障向市区安全供水,供排水集团源水公司采取了多项得力的措施。库区安全按规定划定了保护区。2003年,水库管理处拆除了原来通向大坝的8座桥梁,封堵了3个路口,同时绕水库拉起围网,改变了以往人员、车辆在大堤上往来不断的局面,为封闭管理打下基础。同时在保护区范围内严禁一切影响大坝安全的活动,严禁一切破坏水环境的活动,严禁一切可能污染水体的活动。几年间,通过加大库区巡逻管理力度,杜绝了无关人员在库区的活动,防止了工程设施和水质可能出现的人为破坏问题的发生,封闭后未发生一起涉水死亡事故。为了保证大坝安全,源水公司对水库大坝实行责任制管理,干部职工每人都有140米的责任段。要求责任段内无杂草、无浪窝、无积水、无垃圾,环境整洁。为了管护好大坝,广大干部职工早出晚归,加班加点,有的甚至放弃节假日休息,巍巍大坝留下了水库职工们辛勤工作的心血和汗水。绿化库区不仅可以防止水土流失,保证工程安全,而且对库内水质会产生积极的影响。自2003年开始,水库实施了库区全面绿化规划。几年来,通过发动职工植树、绿化开发等途径,共植树约20万株。现在,库区内树木葱茏,满目苍翠,成了一道美丽的风景线,对保证水库安全、水质安全发挥出了越来越大的作用。同时在水库内投放适宜鱼类使其自然生长,抑制水体内浮游生物过量繁衍,减少藻类发生,从而使水体保持良好水质,这一做法也收到预期效果。在城市地上水源地保护方面,这些年水库管理者们做了大量卓有成效的工作,由于各方面的措施的到位,库内水质各项指标不断得到改善,一直保持在地表水Ⅱ类以上水质标准,优于饮用水水源地的Ⅲ类水质要求。大浪淀水库已经成为我们的母亲湖,水质可以放心饮用,水量完全可以满足城市近期的需求,为沧州的经济发展做出积极的贡献。
2 水库运行以来沙量平衡分析
当含有泥沙的水体进入湖泊水库后,在水体滞蓄过程中,便会发生泥沙淤积现象。泥沙来源包括由周围径流直接带入库区的泥沙和河流输送的泥沙两种。就大浪淀水库而言,由于它是一座半地上型水库,周边堤防经过人为护砌,水土流失大为减轻,封闭较好,因而库区周边径流带给库区的泥沙是微乎其微的,可以忽略不计。
2.1 入库泥沙量
多年来,大浪淀水库主要是以黄河水为水源,年引蓄水量在3097万m3到 5560 m3 之间。众所周知,黄河是我国乃至世界上含沙量较高的河流之一。自1997年大浪淀水库投入运行后,至今已引水达10次之多,累计引水量4亿m3左右,虽然水体中的泥沙在经过长距离的输送途径后,大部分沉积在沿途河道中,但是到代庄水文站时的含沙量仍在0.80-1.00kg/m3。
在各次引水过程中,沧州水文局均在大浪淀水库入口前的代庄闸设置了临时水文站,以监测泥沙、水量和水质的变化情况。通过对该站多年来监测资料的统计、计算和分析,得到总的入库泥沙总量为25.94万t,成果见表1
大浪淀历年引黄输沙量统计表 | |||||||||
表1 单位:含沙量 kg/m3; 输沙量 万t | |||||||||
引水次序 |
上年度 |
下年度 |
入库沙量合计 | ||||||
11月 |
12月 |
1月 |
2月 | ||||||
含沙量 |
入库沙量 |
含沙量 |
入库沙量 |
含沙量 |
入库 沙量 |
含沙量 |
入库 沙量 | ||
1996-1997 |
|
|
|
|
0.84 |
1.57 |
0.82 |
2.55 |
4.12 |
1997-1998 |
|
|
1.00 |
2.14 |
0.98 |
3.76 |
0.85 |
0.07 |
5.97 |
1998-1999 |
|
|
0.82 |
3.12 |
0.81 |
1.21 |
0.00 |
|
4.33 |
1999-2000 |
|
|
0.80 |
2.65 |
0.79 |
0.21 |
|
|
2.86 |
2000-2001 |
0.43 |
0.65 |
0.40 |
1.64 |
0.41 |
0.01 |
0.4 |
0.04 |
2.34 |
2001-2002 |
|
|
0.52 |
1.07 |
0.49 |
1.21 |
|
|
2.28 |
2002-2003 |
0.32 |
0.64 |
0.31 |
0.59 |
|
0.00 |
|
|
1.23 |
2003-2004 |
0.97 |
2.79 |
0.96 |
0.02 |
|
0.00 |
|
|
2.81 |
合计 |
|
4.08 |
|
11.23 |
|
7.97 |
|
2.66 |
25.94 |
2.2 淤积情况介绍
大浪淀水库是一座平原半地上型水库,其主要作用是为沧州市区居民提供生活饮用水源,外供水量小且较为稳定。库底地形除了前铺盖之前的取土场外地形比较平缓,平均高程均在 6.0米 左右,取土场高程4.0到 5.7米 ;在多年运行过程中,低水位一般出现在11月份,最小水深为 1.0m ,随着引蓄水量的增加,水位逐渐增高,最高水位多出现在1、2月份,最大水深 7.8m 。因为引水量很小,当挟沙水流进入水库后,自身流速减缓,粗颗粒泥沙首先沉积,较细的颗粒泥沙向下游推进扩散逐步沉积下来,到引水泵站附近全部泥砂沉积完毕,泵站东部几乎全部为清水,从历次引水过程中水库水面颜色可以清楚看出这一规律。
2.3 淤积分布分析
影响淤积分布的因素很多,一般是根据水库实测资料建立经验关系。清华大学和西北水利科学研究所统计了30个多沙河流水库的实测资料,得到
式中V为总库容,m3;Ws为多年入库沙量,m3(计算时淤积物的干容重采用1.8t/ m3,再折合为体积);J0位库区原河道比降。α为淤积形态判别数,当α>2.2时为三角形淤积。
泥沙经常淤积在正常水位以下,对于大浪淀水库来说,大部分泥沙淤积在死库容以内。一般认为影响泥沙淤积分布的因素有四个:
⑴水库运行方式;
⑵淤积泥沙的粒径与组成;
⑶水库形态;
⑷淤积泥沙的容积。
其中水库形态为主要因素。地形开阔的湖泊型水库淤积偏向于上游库段。如果用V表示相应与深度h的库容,则
V=khm (m3) ⑵
式中k是系数,m是反映水库地形特征的指数。就湖泊型水库而言,地形特征值m一般取值为 m=3.5-4.5。
在泥沙沉积过程中,首先是较粗粒径的泥沙发生沉积,随着距离进水口长度的增加,水流速度逐渐变小,挟沙水体内在的扰动逐渐变弱,挟沙能力逐渐减弱,较细粒径的泥沙开始沉降,直到较远处水体几乎成为静止状态,最细粒径的泥沙也开始沉降。
泥沙粒径并不是等同的,各种粒径的组分也是不尽相同的,粒径与组分的相关线一般是呈偏态分布,粒径组分最大的泥沙介乎最大与最小粒径之间。而当流速和扰动减小到不足以携带这种粒径的泥沙时,这部分泥沙就会开始沉积,并形成山丘状的三角洲型淤积。
3 水库淤积模型及预测
通常情况下,可将三角洲淤积体分为尾部段、顶坡和前坡段。如图
如果将相对淤积面积定义为ɑ,将相对水深定义为p,p=h/H,其中H为正常高水位时坝前水深,h为坝址床面以上深度。
对于湖泊型水库有:ɑ=5.074P1.56(1-P)0.06
ɑ与P的关系就体现了淤积分布情况。
我国细泥沙水库三角洲顶坡比降是按能够通过上游来沙来水的条件考虑的,大多数主要是悬移质淤积,可以忽略推移质的运动。由于理论研究尚不够系统,任意性较大,所以大多选用经验公式进行计算。
顶坡比降:J=0.0055[(ρ/Qn)0.5d50]0.59
式中Qn为平滩流量, d50为中值粒径(mm)。
尾坡比降:J尾=0.68J0(在平原区是不适用)
前坡比降:J前可取顶坡的6-7倍,或用J0的1.6-1.9倍。
4 结语
通过对大浪淀水库的沙量进行分析,使我们对大浪淀水库的沙量有乐充分的认识。由于年引水量较小,水体含沙量不大,而水库水深较大且水面比较宽阔,坡度很小。根据实测资料看,近十年来库区最大平均淤积厚度仅为 5cm 左右,最大淤积厚度仅为 12cm ,因而说在未来较长时期内,泥沙沉积不会对水库造成较大的影响。
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