摘要：王瑶水库位于多沙河流上，水库淤积问题一直困扰着水库安全运行。本文通过对王瑶水库来水来沙条件的分析, 总结其多年来设计运行经验, 经过水沙调节计算分析对全年蓄水拦沙运用、汛期定期敞泄排沙运用、相机异重流排沙运用三种方案进行对比。选取了水库汛期定期敞泄排沙运用方式，并对此方案进一步优化，最终提出水库加坝扩容后既具备多的有效库容和满足多供水量要求的合理运用方式。同时本文也对多泥沙河流水库从本流域水沙条件入手进行水沙调节计算提出合理的运行方式提供参考。
关键词：多沙河流水库；水库运用方式；水沙调节计算；汛期定期敞泄排沙运用
1.王瑶水库基本概况
1.1水库现状情况
王瑶水库位于延安市上游65km的杏子河上，水库于1970年开始修建，1972年9月竣工，同年10月投入运用。1980年增加泄洪洞，1997年增加向延安市供水的任务，1991和2006年分别两次除险加固。王瑶水库总库容2.03亿m3，是一座以防洪为主，兼有城市供水、灌溉、发电等任务的Ⅱ等大（2）型水利枢纽。现状王瑶水库由大坝、Ⅰ号和Ⅱ号泄洪洞、输水洞、渠首和电站等组成。由于水库运用不尽合理，水库淤积问题一直困扰着水库安全运行，水库淤积十分严重。目前水库淤积已达1.45亿m3，占总库容的71.3%。水库现状有效库容已经不满足防洪和供水需求。
1.2水库加坝扩容工程情况
王瑶水库加坝扩容的任务在确保大坝防洪安全的前提下，充分利用杏子河的水资源，最大限度地满足生态需水及城镇供水需要，并尽量减少库区泥沙淤积，保持水库的长期有效库容，使水库能长期发挥效益。鉴于水库为已成工程，其建筑物已形成的固定模式，本次加坝扩容工程布置不变原有设计建筑物布局，初步推荐的加坝扩容后水库正常蓄水位为1192m，主要通过水库加高坝体及改扩建泄洪、放水设施，恢复水库原有功能。
2.王瑶水库不同时期水库运用情况
王瑶水库自蓄水运用以后，1973~2014年的43年里经历了三种运用方式蓄洪拦沙、泄空排沙和蓄洪排沙7个阶段。具体统计见表1。
表1 王瑶水库不同运用方式库区冲淤量
表1中数据表明，排沙设施及运用方式，对控制水库库容损失十分重要。如第一阶段，水库无排沙设施，不具备合理运用基础；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。由此得出，王瑶水库既要满足防洪，又要满足供水目标，在运用上必须适时放空水库冲沙，合理安排排沙期，而且调沙周期不宜太长。王瑶水库运用方式的制定，应以“合理蓄洪，定期冲沙，保持槽库容多年冲淤平衡”为原则。
3.王瑶水库水沙特性
王瑶水库57年（1958~2014年）入库水沙系列资料，经统计分析表明：
（1）王瑶水库多年平均入库水量为3581.5万m3，多年平均入库悬移质输沙量为844.6万t，多年平均流量为1.136m3/s，多年平均含沙量为235.82kg/m3，水少沙多的矛盾十分突出。
（2）多年平均情况下，王瑶水库来水量主要集中在6-9月份，占多年平均入库水量的62.7%；沙量主要集中在汛期6~9月，占多年平均入库沙量的96.9%，汛期7、8月来沙量占多年平均入库沙量的79.5%。其中最大1日入库沙量为1903.3万t。可见，王瑶水库的入库水沙相对集中在汛期6~9月，尤其是沙量，绝大部分集中在汛期7、8月。
（3）多年平均情况，上游来水含沙量S≥200kg/m3的天数为14.2天，相应入库沙量为812.4万t，占全年的96.2%；相应入库水量为1470.4万m3，仅占全年的41.1%。由此可见，处理好入库含沙量较大的水沙是水库运用方式研究的关键。
4.王瑶水库加坝扩容运用方式研究
4.1运用原则和方案的拟定
王瑶水库运用原则包括：为了水库能长期发挥兴利效益，水库调度中需要考虑满足排沙要求。当水库调沙库容已经淤满，供水与水库的泥沙调度发生矛盾时，水库暂时停止发挥效益，入库水量先满足水库调沙运用的需要，此时水库的供水任务由反调节水库红庄水库承担。
水库加坝扩容运用方式拟定三种方案：方案1：全年蓄水拦沙运用；方案2：汛期定期敞泄排沙运用（汛期定期敞泄（7.1-8.24））；方案3：相机异重流排沙运用（对枯沙年汛期采用相机异重流排沙（Q>5.0m3/s且S>300kg/m3时排沙）的运用方式，其他时间运用方式和方案2相同）。
4.2各运用方式方案比较
水库工程规模为正常蓄水位为1192m情况下的不同运用方式，进行了水库冲淤计算和径流调节计算。
表2 各不同运行方案计算结果汇总表
从上述计算结果可以看出，方案1情况下水库运用30年后，水库基本淤满，即王瑶水库按照该运用方式运行无法得到一个长期运用的终极有效库容，因此该方案是不可取的。
方案3方案情况下，水库采用枯沙年汛期定期相机异重流排沙运行，
从计算结果可见，该类运用方式中最优方案情况下的剩余库容和可供水量结果与方案2情况相比没有明显优势。但是，该类运用方式涉及到对枯沙年份的判断，以及入库流量和含沙量的详细检测，这些都需要水库运用管理具备较高水平，给实际水库的管理工作带来较大难度，因此不推荐采用方案3运用方式运行。方案2在定期敞泄排沙运用下，水库运行50年后剩余库容为最大，对于多泥沙河流来讲尤为重要，所以有必要对方案2运用方式进一步优化。
4.3方案2运用方式的进一步优化比较
依据方案2水库运用方式下不同调节库容对可供水量的影响很小，调节库容增大或者减小，可供水量几乎不变，说明敞泄排沙时间太长，有必要对敞泄排沙天数进一步优化。因此方案2运用方式优化主要体现在汛期敞泄天数的控制和异重流（Q>5.0m3/s且S>300kg/m3）相机敞泄方式上。具体的方式见表3。
表3 方案2各不同运用方式详细对照表
从表3可见，在方案2基础上减少敞泄冲刷天数的两个方案（方案2-1和方案2-3）与方案相比敞泄冲刷天数越少，库容越小。三个方案中可供水量最大的是方案2-3。对于相机敞泄方案2-2和2-2-1，与定期敞泄方案（方案2和方案2-3）相比，运用50年后剩余调节库容均有所减小，但是可供水量反而有所增大。说明相机敞泄对增加供水有利，但对保持较大剩余有效库容不利。因此方案2-3与其他方案相比，该方案的剩余库容和可供水量都相对较大，而且该方案采用汛期定期敞泄排沙运用方式，具有较强的可操作性。因此确定王瑶水库采用该方案运行。
4.4王瑶水库的合理运用方式
同时从不同工程规模情况下水库冲淤和径流调节计算结果来看，随着水库工程规模增大，正常蓄水位的抬高，王瑶水库以方案2-3运用50年后的剩余有效库容是逐渐增大的。因此对影响水库供水量、淤积量等的相关控制因素进行了对比分析，确定王瑶水库的合理运用方式为汛期定期敞泄排沙运用，合理排沙时间为汛期7月1日至8月14日，具体运用方式如下：水库蓄水位一次抬高，蓄水运用期水库蓄水位1192m。水库汛期7月1日至8月14日为排沙期。7月1日至8月14日，水库空库敞泄排沙运用。汛期8月15日开始蓄水，8月20日恢复供水。汛期8月20日至次年6月水库蓄水运用，水库最高蓄水位与正常蓄水位相同。
5.结论
王瑶水库肩负着延安市的防洪和供水的工程任务，虽然水库运行46年里经过几个阶段的不同运行方式，但淤积问题一直困扰着水库安全运行。在现状水库已经不能满足防洪和兴利的需求，提出水库加坝扩容来恢复原水库的功能。
而对于一个多沙河流水库而言,加坝扩容后仅仅有增加的库容和足够的泄流规模，还不能保持长期的满足防洪保坝、供水的有效库容。制定合理的水库运用方式是水库加坝扩容成败的先决条件和至关重要的条件。通过以往水库的运行方式和57年的来本流域水沙条件分析和水沙调节计算后最终选择了汛期定期敞泄（7.1-8.14）的合理方案。该方案具备剩余库容和可供水量都相对较大和可操作性强的优点，能解决多沙河流水库水少沙多的矛盾带来的淤积问题。同时在加坝扩容后水库运用管理中必须严格按照制定的水库运用方式,这样才能保证水库长期保持有效库容，使得水库安澜兴利，为圣地延安人民发挥最大效益。
参考文献：
[1]水利科学研究所和清华大学合编. 水库泥沙. 水利水电出版社, 1979.
[2] 王新宏等，陕西省延安市王瑶水库加坝扩容工程水沙调节计算专题报告，2017年4月，西安
[3] 张浩、夏迈定等编著，中小型水库设计与管理中的泥沙问题，科学出版社，1983年
[4] 张瑞瑾, 谢鉴衡等. 河流泥沙动力学. 水利电力出版社, 1989.
[5] 武汉水利电力学院河流泥沙工程教研室编著. 河流泥沙工程学. 水利电力出版社, 1983
论文作者:王健,杨砾
论文发表刊物:《防护工程》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/19
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