水洞沟水库泥沙淤积测算及运行方案研究

收稿日期:2014-10-21基金项目:国家自然科学基金资助项目(11361002);国家自然科学基金重大研究计划培育项目(91230111);宁夏自然科学基金重点项目(NZ13086/NZ14110);北方民族大学科研项目(2014XZY06);2015北方民族大学外专引智项目。作者简介:景何仿(1970—)，男，甘肃岷县人，副教授，博士，研究方向为河流动力学、计算流体力学、偏微分方程数值解法与数值代数。E-mail:jinghef@163．com【水文泥沙】水洞沟水库泥沙淤积测算及运行方案研究景何仿1，李春光1，吕岁菊1，周炳伟2，杨程1(1．北方民族大学数值计算与工程应用研究所，宁夏银川750021;2．北方民族大学科研处，宁夏银川750021)摘要:水洞沟水库是宁蒙交界处的一座工业供水水库，从黄河青铜峡—石嘴山河段用抽水泵站通过压力管道引水。利用2011年10月至2013年11月水库泥沙淤积实测资料，将水库运行阶段分为2011—2014年、2015—2019年、2020—2029年，计算了4种运行方案下的淤积量和平均淤积厚度。结果表明:①水库应尽可能避免在结冰期和含沙量较大的时期进水;②尽可能采用间歇式集中进水的方式;③2011—2014年水库宜采用低水位运行，2015—2019年、2020—2029年宜采用高水位运行;④2015—2019年、2020—2029年宜采用的水库运行方案为每月间歇进水2～3次，其中3月比实际用水量多进水300万m3，4—6月每月均比实际用水量多进水100万m3，其他月份进水量与用水量相等。关键词:运行方案;淤积量;平均淤积厚度;泥沙淤积;水洞沟水库中图分类号:TV697文献标志码:Adoi:10．3969/j．issn．1000-1379．2015．10．0031水库概况水洞沟水库是一座位于宁蒙交界处的工业供水水库，利用抽水泵站取黄河水并由压力管道送入水库，经初步沉沙及水厂处理后作为上海庙和红墩子两处能源化工基地的工业生产及生态环境整治水源。水库由主坝、尾坝、放水建筑物组成，其中:主坝长1230m，最大坝高29．83m;尾坝长700m，最大坝高20．10m。水库进水口位于断面C10(见图1)左侧，水厂取水口位于断面C01、C02中间偏左处。水库库容为1224万m3，死库容为624万m3，调蓄库容为600万m3。上海庙、红墩子两处能源化工基地供水工程规模:2011—2014年，1．0万m3/d;2015—2019年，20．0万m3/d;2020—2029年，40．0万m3/d;远期预留，20．0万m3/d。图1水洞沟水库横断面设置为了研究水洞沟水库泥沙淤积情况，笔者利用声学多普勒流速剖面仪(ＲiverCAT，简称“河猫”)、ＲTK等仪器设备对该水库进行了数次实测，计算了2a(从2011年10月到2013年11月)内水库的泥沙淤积量，根据水源地不同时期的含沙量及供给能源化工基地的水量，分4种不同方案计算了水库泥沙淤积量和淤积厚度，并对水库在不同方案下的泥沙淤积情况进行了预测，以期为水库的安全、高效运行提供相关建议。2水库泥沙淤积测量及计算2．1水下地形测量方法研究水库的淤积情况可通过测量并对比不同时期的水下地形来进行。常用的水下地形测量工具有经纬仪、全站仪、水准仪、钢尺、GPS、星载合成孔径雷达(SAＲ)、水深仪等［1－4］。不过，这些工具(方法)均有一定的局限性。SAＲ方法不适用于中小型水库的水下地形测量，且精度较低;经纬仪、全站仪及GPS方法可用于中小型水库水下地形的测量，但需要先确定每个量测点的地理坐标及水位，再用水深仪逐点测量每个点对应的水深，费时费力。笔者根据水洞沟水库的特点，采用“河猫”结合ＲTK进行水下地形测量。该方法具有简单易行、可连续测量、测量效率及精度较高的·01·第37卷第10期人民黄河Vol．37，No．102015年10月YELLOWＲIVEＲOct．，2015优点。具体测量方法:①根据需要设立一些横断面或纵断面;②利用GPS测定这些断面的桩号及水陆交界处的坐标及高程;③利用“河猫”测定每个断面不同位置处的水深，并计算对应的库底高程;④根据二维地形插值方法［5－8］计算库区其他点的库底高程。2．2泥沙淤积量的计算水库泥沙淤积量的计算方法一般有两大类:一类是基于实测地形数据的计算方法，另一类是基于水文学或河流动力学的方法。本研究同时利用这两种方法计算水洞沟水库的泥沙淤积量。2．2．1基于实测地形数据的计算基于实测地形数据的方法是通过对比两期地形测量数据进行的，该方法不但可以得到水库泥沙淤积量，而且可以确定冲淤位置。该方法又分为等深线法、规则网格镶嵌法、断面法、三角柱法、库容曲线法等［9－12］。鉴于水洞沟水库实测数据的特点，采用断面法进行计算，通过测量不同时段内典型断面