禹门河水库死水位泄流规模论证（杨丽丰）

［关键词］泄流规模 死水位 造床流量 禹门河水库

1 禹门河水库概况

洛河是黄河三门峡至花园口区间的主要支流之一，发源于陕西省秦岭东支的熊崤山区，流经陕西省的洛南、河南省的卢氏、洛宁、宜阳、洛阳、偃师等六县（市），在偃师县的杨村附近与伊河汇流后入黄河，河道全长410km，流域面积1.2万km2。禹门河水库位于洛河上游的洛宁县境内，坝址控制流域面积0.61万km2，坝址以上流域大部分属于石山区和山麓丘陵区，地势陡峻，植被较好，坝址以下大部分为黄土丘陵区，河道开阔，滩地多，地势坡度大，土壤易被侵蚀，植被较山区差些。

禹门河水库的开发任务为发挥反调节作用，消除故县水库调峰运用对下游带来的影响，增加下游几座径流电站的发电能力，改善下游灌溉、水产养殖、乡镇企业生产用水条件，同时，工程承担发电任务，缓解洛宁县及洛阳市用电的供需矛盾。

根据禹门河水库设计报告，水库校核洪水位为425.3m，正常蓄水位为413.5m，死水位为411.0m；水库总库容为2810万m3，调节库容为241万m3，死库容为1024万m3；水库电站装机容量为10.5MW，设计引水流量为3×18.52m3/s，保证出力为2.474MW（P=85％），电站多年平均发电量为4667.7万kW·h。

2 水库死水位泄流规模确定

死水位泄流规模即水库运用后期最低运用水位的泄流量，是枢纽设计的一个主要指标。水库死水位是水库新平衡的侵蚀基准面，在其作用下，水库通过泥沙淤积和调水调沙优化水沙组合，塑造新的平衡河道。

水库死水位的泄流规模，应大于水库和下游河道的造床流量。水库和下游河道的造床条件、造床过程和造床结果均不同于自然河道。对于多泥沙河流的水库，由于泥沙集中于汛期，洪水期短而输沙量大，所以要减少水库滞洪淤积，减少大水流量的壅水淤积，提高大水流量的冲刷和排沙能力，这样才有可能塑造具有较大排洪能力的平衡河槽。因此，水库死水位的泄流规模应大于造床流量，一般宜取为相当于1.5～2.0倍造床流量。

另外，水库死水位的泄流规模还要考虑水库下游河道在水库拦沙和调水调沙运用条件下的河流再造床，要增大下游河道造床流量，改善下游河道的河槽水力几何形态。运用河槽水力几何形态与流量、含沙量的关系，通过水库拦沙和调水调沙优化水沙组合，形成排洪能力和水流挟沙力大的窄深河槽，促进向有利的河型转化。

因此，在水库新河道造床作用和水库下游河道再造床作用的共同要求下，水库死水位的泄流规模要取其两方面要求泄量较大者。

根据禹门河水库的开发任务，水库死水位泄流规模主要从以下四个方面论证确定。

2.1 造床流量法

造床流量指造床作用与多年流量过程的综合造床作用相当的某一种流量。在《水库泥沙》中，论述建库以后塑造库区主槽的造床流量可近似取原河道的造床流量。因此，造床流量法可作为论述水库库区泄流规模的方法之一。

（1）黄河水利科学研究院方法：认为平滩流量与汛期平均流量有关，平滩流量采用下式计算：

式中：

Q造为造床流量（m3/s）；Q汛为汛期平均流量（m3/s）。

禹门河水库汛期（7～10月，下同）设计入库平均流量为59.4m3/s，计算得造床流量为594m3/s。

（2）输沙率法

为了客观地确定造床流量，不少学者建议引入输沙率，以反映不同水沙条件下水流与河床的相互作用。如日本学者造村采用输沙率加权平均流量的方法计算造床流量。即：

式中：

Q造为造床流量（m3/s）；Qi为第i级流量（m3/s）；Qsi为第i级流量对应的输沙率（kg/s）；n为流量分级总数。

利用洛河长水站1954～1990年汛期各级流量及相应流量级对应的输沙率资料，计算得造床流量为270m3/s。

按照以上两种方法，确定河道的造床流量范围为270～580m3/s，平均为425m3/s。按造床流量的1.05～1.1倍，确定禹门河水库的泄流规模为446～468m3/s。

2.2 从坝址断面的水沙资料进行统计分析

（1）故县水库建库前资料统计分析

故县水库位于禹门河水库上游24.5km处，水库总库容11.75亿m3，1991年2月下闸蓄水，1992年起开始调控运用。

根据故县水库的运用方式，当坝前水位小于汛限水位时，按入库流量泄洪；当坝前水位大于汛限水位时，按敞泄泄流；当水库泄量达到1 000m3/s时，按控泄1 000m3/s下泄。从汛期故县水库的运用方式看，水库对小于400m3/s大于1 000m3/s的流量级不加控制。因此，也可用建库前的实测资料，分析其泄流规模。

统计1954～1990年汛期（7～10月）长水站实测各级流量的水量和输沙量，成果见下表。

从表中可以看出，输送泥沙的流量级主要集中在300～500m3/s和大于1 000m3/s的范围内。考虑到当流量大于1 000m3/s时，故县水库控泄1 000m3/s，因此，分析造床流量时，可不分析大于1 000m3/s的情况。当流量大于400m3/s时，来水来沙量分别占总水沙量的27.5%和40.8％，平均每年出现的天数为3.3天；当流量级大于500m3/s时，水沙量分别占总水量和输沙总量的22.5%和34.7％，年均出现的天数为2.3天。

（2）故县水库运用后资料统计分析

统计故县水库1991年2月下闸蓄水至1997年长水站汛期各级流量出现的天数。统计结果表明，日平均流量大于500m3/s的仅1天；日平均流量大于400m3/s的3天。瞬时洪峰流量大于500m3/s的只有1次，持续时间40小时；瞬时洪峰流量大于400m3/s的有5次。

从坝址断面的水沙资料统计分析，禹门河水库造床流量以大于400m3/s为宜。

2.3 从水库的冲刷指标确定泄流规模

水库的冲刷指标是指水库在排沙期利用溯源冲刷和沿程冲刷恢复库容，排除全年沙量的一个指标。

（1）陕西省水利科学研究所方法

通过进行诸多水库冲淤规律研究，得出较长时段多年平均情况下，排沙能力符合以下关系：

式中：Qs为输沙率（t/s）；Q为流量（m3/s）；J为比降；K为系数。

根据冲刷指标的物理意义，作为初定泄流规模，可按上式来确定，这时Qs=Ws／T，即为多年平均输沙量Ws与排沙期T之比，J代表最高回水末端河床高程至排沙洞低栏高程的比降。则上式冲刷指标可表示为：

式中：Q冲为冲刷流量，Ws为输沙量，T为时间，J为冲刷比降，K为系数。

该式表明，泄流规模的冲刷指标随水库多年平均来沙量的增大而加大，随泄流设施高程的降低及排沙期的增长而减小。系数取决于排沙期的入库含沙量，当含沙量小于300kg/m3时，K取3。

根据禹门河水库的设计指标及入库水沙量，利用上式，计算得Q冲为462m3/s。

（2）清华大学水利系方法

采用分析统计已有水库的泄量资料，得出冲刷指标的大致范围为：

禹门河水库设计汛期入库平均流量为59.4m3/s，据此计算得冲刷流量为348～580m3/s。

2.4 从历年汛期洪峰流量确定泄流规模

经对历年长水站实测洪峰流量统计，其多年平均值为660m3/s，可以用实测洪峰流量的平均值作为泄流规模确定的参考。

2.5 综合分析

通过上述四种方法对泄流规模的分析论证，禹门河水库的泄流规模应取300～580m3/s为宜。

根据黄河上已建的青铜峡、天桥、三门峡等水库的实践经验，由于种种原因，泄流设施的实际泄量只能达到设计泄量的80％左右。因此，从水库排沙保持长期有效库容的角度看，禹门河水库死水位泄流规模应不小于500m3/s。这样，可以使绝大多数的洪水不滞洪淤积，即使有短暂的滞洪淤积，淤积量也不大，而且可以通过开启排沙洞排沙，从而有利于保持水库的有效库容，长期发挥禹门河水库的反调节作用。

3 主要结论

死水位泄流规模即水库运用后期最低运用水位的泄流量，是水库设计的主要指标之一。在多沙河流上修建水库，设计合理的死水位泄流规模，是长期保护库容、取得长远设计效益的关键。

(1)根据青铜峡、天桥、三门峡等水库运用实践经验，在多沙河流上，泄流设施的维修备用是必须考虑的，并由于各类孔口高程和平面位置不同，坝前流场变化对泄流能力的影响，以及在调度运用中因种种原因泄流设施的实际泄量只能是设计泄量的80％左右，所以，泄流规模留有一定的余地是非常必要的。

(2)通过采用实测资料分析、公式计算、水库冲刷指标确定等多种方法，分析计算得禹门河水库死水位泄流规模应不小于500m3／s，以有利于保持水库的有效库容，长期发挥禹门河水库的反调节作用。

参考文献

［1］水利部黄河水利委员会勘测规划设计研究院，洛宁禹门河水库工程初步设计报告，2001年6月。

［2］涂启华，杨赉斐，泥沙没计手册，北京：中国水利水电出版社，2006年5月.

［3］中国水利学会泥沙专业委员会，泥沙手册，北京：中国环境科学出版社，1989年9月.

［4］李世滢 余欣，黄河碛口水库死水位泄流规模的论证，人民黄河，1986年10月.

［5］周德养，中、小型水库排沙洞泄流规模设计方法的初步探讨［J］.水利水电技术，1981年11月.

［6］杨赉斐．排沙泄流规模的设计［J］． 内北水电，1986年1月