紫坪铺水库库容淤积现状及其对水库调度的影响

薛 晨， 由 丽 华， 阳 莉

(四川省紫坪铺开发有限责任公司，四川 成都 610091)

0 引 言

紫坪铺水利枢纽工程位于都江堰市龙池镇，由于2008年“5·12”汶川大地震震中位置离枢纽工程很近，地震发生后，水库库区山体滑坡、暴雨泥石流等次生灾害频发，库岸形态发生了较大变化。为了解震后水库泥沙淤积及库容损失情况，公司先后于2011年、2013年、2014年、2015年进行了4次水库库容测量。笔者根据历次测量结果，与2008年汶川特大地震后水库库容淤积现状及趋势，以及水库调度和实际运行数据，对当前的淤积现状给水库调度带来的影响进行了研究。

1 研究方法

(1)通过对比水库原始库容曲线、2008年地震前实测库容曲线以及2015年实测的库容曲线，定量分析目前水库各特征库容的损失情况，定量识别在不同的水位区间泥沙淤积情况，结合水库地形测量数据，分析造成水库淤积的原因。

(2)根据2008年、2011年、2013年、2014年和2015年各阶段实测库容情况，定量分析水库在以年为时间尺度上的淤积速率，结合水库近年来的实际运行数据，分析水库淤积趋势及其成因。

(3)采用淤积后的库容曲线，对水库进行调洪演算，分析泥沙淤积对防洪调度的影响；结合近几年水库实际运行数据，分析当前淤积形势对水库调度的影响。

2 水库泥沙淤积的现状分析

2.1 地震前后库容淤积现状分析

统计1980年(原始库容)、2008年(地震前)和2015年实测特征库容(见表1)。

由表1中数据可知，至2015年水库累计淤积损失库容1.349亿m3，其中死水位以下库容损失0.766亿m3，死水位至汛限水位间库容损失了0.403亿m3，汛限水位至正常蓄水位间库容损失了0.129亿m3，正常蓄水位至校核洪水位间库容损失了0.051亿m3。

表1 特征库容统计表

以2008年震前与原始库容相比，死水位以下库容损失0.047亿m3，死水位至汛限水位间库容损失了0.062亿m3，汛限水位至正常蓄水位间库容损失了0.071亿m3，正常蓄水位至校核洪水位间库容损失了0.046亿m3；以2015年与2008年震前相比，死水位以下库容损失0.719亿m3，死水位至汛限水位间库容损失了0.341亿m3，汛限水位至正常蓄水位间库容损失了0.058亿m3，正常蓄水位至校核洪水位间库容损失了0.005亿m3，对比数据发现，主要的淤积发生在地震以后。

2.2 库容淤积分布

根据计算出的当前库容占比百分数可以很直观的看出水库有效库容在不同水位段上损失情况，总体随着水位的增高，水库库容的损失呈减小的变化趋势，损失较大的区间在845 m以下，损失基本都超过了10%，其中817～820 m段，损失超过30%、820～825 m段，损失也接近20%；在845～875 m之间，总体较为稳定，损失基本控制在5%以内；875 m以上，由于受支流河床淤积影响，库容损失有所增大(见表2)。

表2 不同水位段当前库容在原库容中的占比

2.3 原因分析

库区淤积纵剖面图(深泓点)，见图1，从2011年纵剖面形态看，大地震造成M11-M14库段(距坝6―8 km)左岸大量山体滑坡， 形成巨大的堰塞体，最高达30多米。堰塞体犹如一个拦沙坝挡在库区中部，自M13断面以上形成一个巨大的堰塞湖，由于堰塞体的存在，入库泥沙很大一部分在堰塞体上游被拦截，形成淤积。对比历年测量数据，自2008年以来，河床高程相对于2008年有了很大的增加，M13以上河段河床整体抬升，堰塞体上游逐渐被淤平，已逐渐影响到水库有效库容。

图1 紫坪铺库区淤积纵剖面图(深泓点)

3 水库淤积趋势分析

3.1 地震后紫坪铺水库淤积趋势分析

依据2008年以来的五次库区测量资料进行淤积分析(成果见表3)，可以看出2008年4月至2015年10月紫坪铺水库库区累计淤积11 231万m3，年均1 404万m3。

根据各次地形观测的时间，计算紫坪铺水库年均淤积情况(见表4)。各时期年均淤积量分别为1 710万m3、1 440万m3、1 140万m3、1 072万m3，均远大于紫坪铺水文站多年平均来沙量604万m3。

以2008年为零点，作历次观测时期年均淤积量的散点图，添加趋势线如图2所示。可以看出2008年大地震以后，水库遇到连续的大沙年，水库年均淤积量总体呈下降趋势。

图2 年均淤积趋势

3.2 原因分析

统计2008～2015年水库遭遇洪水过程的最大洪峰流量(见表5)。

从表中数据可以看出，2008年以来，水库未遭遇大的洪水过程影响，最大洪峰是2013年的4 231 m3/s，接近20年一遇(4 450 m3/s)水平。可见水库遭遇连续的大沙年主要是受2008年汶川特大地震的影响，地震使得上游植被遭受严重破坏，岩石松散，在强降雨发生时，水土流失严重，大量泥沙入库。而随着时间的推移，植被生长，泥沙、岩石结构又趋于稳定，在没有大的降雨和洪水发生的情况下，水库泥沙年淤积量也呈一个减少的趋势。

4 水库泥沙淤积对水库运行调度的影响

4.1 对水库防洪调度的影响

紫坪铺水库汛期限制水位为850 m，汛限水位以上损失库容0.18亿m3，从图1紫坪铺库区淤积纵剖面图来看，该水位段库容近几年基本处于一种稳定状态。采用新的水位库容关系对水库设计洪水进行调洪演算，在不改变其他条件的基础下，以850 m作为起调水位，100一遇洪水位由861.6 m上升至862.17 m；200年一遇洪水位由863.49 m上升至864.30 m；500年一遇洪水位由866.51 m上升至867.38 m；1 000年一遇洪水位由871.20 m上升至871.61 m；PMF洪水位仍在883.1 m附近。千年一遇以下洪水最高水位略有上升，仍在可控范围。PMF洪水因为水位达870 m后开启溢洪道，在同等来水条件下，溢洪道开启时间提前，且水位增长后，溢洪道过流能力增加，最高水位仍在883.1 m附近，未有明显影响。

表3 紫坪铺水库各时期淤积量对照表(单位：万m3)

表4 紫坪铺水库各时期年均淤积量对照表 /万m3·a-1

表5 2008～2015年最大洪峰统计表

4.2 对入库流量计算的影响

由于地质条件和水库水系分布条件的限制，紫坪铺水库入库站未完善，目前入库流量采用水量平衡公式反推计算，“入库流量=库容差/3 600+出库流量”。由计算方式可以看出，当入库流量与出库流量之间存在较大的差值时，由库容变化引起的流量误差就显得尤为明显，随着洪水入库、泥沙入库，带来的水库泥沙淤积动态变化，使得流量误差存在很大的不确定性。

4.3 对水库供水调度的影响

作为下游都江堰灌区及成都平原的重要水源工程，保障下游用水需求是水库运行的一项重要指标。从近几年的水库运行情况来看，主要供水阶段为春灌期和夏季伏旱期间，春灌期4～5月份，水库水位在825 m附近，伏旱期间，水库持续供水，水库水位持续走低，2016年伏旱期间水库水位运行至820 m附近。从表2的水库当前库容占比数据可以看出，在该水位阶段，有近20%的库容已被淤积，在进行水库供水调度，保障下游供水时，来自水库库容淤积上的影响就比较明显，尤其当上游来水较差时，影响尤为突出。从水库淤积趋势来看，该库段的库容淤积在未来几年会有所增加，无形中增加了水库供水调度的难度。

5 结 语

(1)水库当前的淤积对水库的防洪调度影响不大，虽水库年均淤积量总体在减弱，但仍远大于紫坪铺站的多年平均来沙量，水库的淤积仍在持续，还需采取必要的手段对水库进行清淤，以保证水库有效库容。同时，还需持续对泥沙淤积的状态进行跟踪监测。

(2)水库入库流量的获取，目前仍是通过水量平衡方程计算得来，在水库库容淤积不断加重的形势下，加上河床泥沙推移等不确定因素影响，计算方法本身所存在的误差，在特定的条件下就显得较为突出。在入库水文站未建的情况下，可进一步研究水库泥沙淤积动态变化规律，进一步优化水库入库流量的计算方式。同时，加快推进水库入库水文站的建设，以更好的掌握水库上游的来水和泥沙。

(3)作为水源工程，保障下游用水需求，是紫坪铺水库发挥综合效益的重要职能之一，随着水库淤积的加重，水库在发挥供水作用时，会受到诸多的限制，同时也会受到很多来自其他方面的影响，如：电力市场行情变化、水工建筑物运行状态变化等。在研究水库泥沙淤积规律的同时，可进一步研究多目标下的水库优化调度，更好的发挥水库的综合效益。