玉龙水库汛期排沙运行水位设置的必要性分析

樊述全

（贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550002）

玉龙水库坝址位于威宁县哈喇河乡与岔河乡交界处的毛坝子村，所在哈喇河为长江流域牛栏江横江水系牛栏江右岸一级支流，坝址以上集水面积538 km2，主河道河长41.4 km，主河道平均坡降11.2‰。玉龙水库坝址悬移质多年平均输沙模数取1200 t／km2，推移质按悬移质的20%计，泥沙容重1.3 t／m3，坝址处多年平均悬移质含沙量3.784 kg／m3，多年平均年输沙量77.47 万t，其中悬移质64.56 万t，推移质12.91 万t。

玉龙水库工程任务为城乡生活和工业供水，兼顾草海生态补水和发电，并为巩固区域脱贫攻坚成果创造条件，是综合利用的水利工程；
正常蓄水位1189.0 m，相应库容10540 万m3，水库总库容11170 万m3。建设内容由水源工程及输水工程两部分组成，水源工程主要包括碾压混凝土重力坝、溢流表孔、泄洪放空兼冲砂底孔、左岸发电兼放生态水取水口和坝后电站，输水工程主要由北干管和相应支管组成。水库建成设计供水量为6058 万m3，其中城镇生活和工业供水4958 万m3／a，草海多年平均生态补水1100 万m3／a；
电站总装机容量为7000 kW，多年平均发电量1945 万kW・h。工程总投资36.9 亿元，国民经济内部收益率为8.41%，经济效益费用比为1.04，国民经济合理。

（1）排沙运行水位研究的原因

根据《水利工程水利计算规范》（SL 104-2015），对于泥沙淤积严重的水库，宜考虑设置排沙运行控制水位，考虑到玉龙水库泥沙淤积相对较严重，故对其是否设置排沙运行水位进行研究。

（2）流域水沙特性及异重流、相机排沙方式的可行性

1）流域水沙特性

根据邻近流域大渡口水文站1973 年～1993 年实测流量和含沙量成果，得到各月平均流量和输沙量及其占比成果见表1。

表1 大渡口水文站月均流量、输沙量及其占比成果表

月平均流量及径流量占比图见图1，月平均输沙量及占比图见图2。

图1 大渡口水文站月平均流量及径流量占比图

图2 大渡口水文站月均输沙量及其占比图

根据分析计算，玉龙水库推荐坝址处多年平均悬移质含沙量3.784 kg／m3，略大于多沙河流悬移质含沙量（3.0 kg／m3）；
同时，玉龙水库推荐正常蓄水位1889 m，对应库容1.054 亿m3，多年平均入库沙量59.6 万m3，水库的库沙比Kt（Kt=V／Ws）=177，大于100，水库泥沙淤积不严重。

2）异重流、相机排沙方式的可行性

考虑到玉龙水库所在河流含沙量较大，为减少水库淤积量，延长水库使用寿命，减小水库建设规模，本阶段对水库采用异重流或相机排沙方式进行分析。

水库能否采用异重流排沙或相机排沙方式，需日平均入库流量和日平均入库含沙量资料；
玉龙水库所在哈喇河流域未设置水文站，也未设置泥沙专用测站，邻近流域仅大渡口水文站进行了泥沙测量，故使用邻近流域的大渡口水文站实测日平均流量和日平均含沙量资料进行分析，流量、含沙量过程线见图3，图4。

图3 大渡口水文站5 月流量、含沙量过程线

图4 大渡口水文站9 月流量、含沙量过程线

从图3 可知，大渡口水文站实测流量、含沙量对应关系较差，大流量对应小含沙量，小流量对应大含沙量。

图4 显示的9 月份与5 月份一致，6 月到8 月亦显示了同一规律。从流量与含沙量的相互关系可以看出，玉龙水库不支持异重流或相机排沙的排沙方式。

（3）固定时段排沙运行水位分析

1）排沙时段拟定

根据大渡口水文站1973 年～1993 年逐月流量和输沙率资料，得到丰、平、枯三个水年各月流量、输沙率及径流泥沙占比成果，见表2 和图5、图6。

图5 大渡口水文站逐月平均含沙量散点图

图6 大渡口水文站逐月悬移质输沙率散点图

表2 大渡口水文站代表年各月平均流量、含沙量及占比成果表

根据表2 可知：大渡口水文站各代表年径流、泥沙主要分布在6 月～9 月，丰水年6 月～9 月径流、泥沙占全年比重分别为78.2%、97.35%，平水年6 月～9 月径流、泥沙占全年比重分别为69.8%、96.61%，枯水年6 月～9 月径流、泥沙占全年比重分别为59.8%、78.84%；
同时，根据各代表年洪水水文要素摘录表和实测悬移质输沙率成果表，丰水年瞬时最大流量和输沙率均发生在6 月，实测最大流量2040 m3／s，最大输沙率26300 kg／s， 平水年瞬时最大流量发生在6 月，实测最大流量1100 m3／s，最大输沙率发生在7 月，最大输沙率1840 kg／s，枯水年瞬时最大流量和输沙率均发生在6 月，实测最大流量796 m3／s，最大输沙率1040 kg／s；
根据以上各水平年汛期径流及泥沙特性，在汛期设置排沙运行水位能适当减少部分淤沙量，但同时对水库供水量会造成一定程度的减少，甚至出现后汛期无法回蓄至正常蓄水位的可能。

根据大渡口水文站泥沙特性，同时结合水利兴利调算结果，综合考虑后初拟汛期控制库水位调度泥沙的时段为6 月～8 月。

2）供水保证率、破坏深度分析

贵州省毕节市玉龙水库推荐坝址（上坝址）正常蓄水位和死水位分别为1889 m 和1852 m，考虑20 年泥沙淤积后，正常蓄水位以下库容9447 万m3， 死库容2629 万m3， 兴利库容6818 万m3；
根据汛期控制库水位泥沙调度时段（6 月～8 月）成果，本次拟定了6 月、6 月～7 月、6 月～8 月和7 月～8 月4 个固定排沙时段，排沙运行水位拟定了死水位1852 m和1875m 两个方案，各方案供水量、供水保证率成果见表3，同时，在满足供水保证率前提下进行了城乡供水量反算，成果见表4。

表3 各排沙时段、排沙运行水位城乡供水量及保证率成果表

表4 各排沙时段、排沙运行水位满足供水保证率城乡供水量成果表

从表3 可知，排沙时段越短，相同供水规模时，供水保证率越高，破坏深度越低；
6 月排沙运行水位1852 m 时，供水保证率92.1%，破坏深度为57.1%；
6 月排沙运行水位1875 m时，供水保证率93.2%，破坏深度为42.3%；
6 月～7 月排沙运行水位1852 m 时，供水保证率76.6%，破坏深度为80.0%；
6 月～8 月排沙运行水位1852 m 时，供水保证率70.3%，破坏深度为82.0%；
7 月～8 月排沙运行水位1852 m 时，供水保证率71.8%，破坏深度为76.0%；
供水保证率和破坏深度均不能满足相关规范的要求（根据《水利工程水利计算规范》（SL 104-2015），城乡供水工程供水量不足时，其破坏深度不应大于30%；
根据《水库调度设计规范》（GB／T 50587-2010），水库调度设计中，特枯年份或时段，城市及工业供水减少的比例一般为保证值的10%～20%。

在满足供水保证率和破坏深度的前提下，排沙时段越短、排沙运行水位越高供水量越多；
6 月份排沙运行水位1852 m时， 供水量2990 万m3， 较 设计供水量（4958 万m3）减少1968 万m3，减少39.7%；
6 月份排沙运行水位1875m 时，供水量3510 万m3，较设计供水量（4958 万m3）减少1448 万m3，减少29.2%；
6 月～7 月排沙运行水位1852 m 时， 供水量2645 万m3，较设计供水量（4958 万m3）减少2313 万m3，减少46.7%；
6 月～8 月排沙运行水位1852 m 时，供水量2482 万m3，较设计供水量（4958 万m3）减少2476 万m3，减少49.9%；
7 月～8 月排沙运行水位1852 m 时，供水量2510 万m3；
较设计供水量（4958 万m3）减少2448 万m3，减少49.4%。

3）排沙效果

根据武汉大学泥沙数学模型泥沙冲淤成果， 玉龙水库6 月～8 月排沙运行水位1852 m、6 月～7 月排沙运行水位1852 m、6 月份排沙运行水位1852 m、6 月份排沙运行水位1875 m 等4 个工况50 年排沙比分别为2.42%、1.9%、0.79%和0.48%，排沙效果很差。

综合流域水沙特性，玉龙水库的排沙方式、排沙效果、供水量、供水保证率、破坏深度、项目经济性等因素，玉龙水库汛期不设置排沙运行水位。