專利名稱：兩庫聯(lián)合防淤技術的制作方法
已往在河流上修建水庫，總是根據(jù)地形地質(zhì)條件和供水量確定擬建水庫的規(guī)模。在水庫建成后蓄水必定攔沙，水庫被泥沙淤積逐漸老化，因水庫淤沙數(shù)量很大，清淤實際上不可能，該問題一直找不到解決辦法。在多沙河流上興建的水庫，泥沙庫容淤積很快，有效使用期短，其結(jié)果是水庫工程規(guī)模大，投資效益很低。近三十年來我國在多沙河流上興建了不少水庫，多遭受泥沙淤積的威脅，并且這種威脅越來越大，有吞沒大批水庫之勢。過去采用的排沙技術，主要是水庫在汛期不蓄水，或者蓄水很少，洪水流速大，通過水庫時間很短，洪水泥沙隨來隨走，并且可以沖走庫中原先淤積的部分泥沙，恢復部分庫容;或者使洪水經(jīng)過水庫時泥沙淤積減少，延長水庫有效使用期，或者能夠保持水庫沖淤平衡。這些技術措施有減淤、防淤和恢復部分庫容的作用。但是實施起來存在不少問題，大多數(shù)水庫如采用這些技術措施，汛期水庫不蓄水或者蓄水甚少，在很大程度上影響水庫供水，使水庫涉及的范圍內(nèi)生產(chǎn)受到嚴重影響，因而接受這些防治技術有較大困難，實際上能充分使用這些技術的水庫為數(shù)并不很多。如果一條多沙河流的干支流上有多座水庫，采用上游水庫以攔泥沙為主，下游水庫以蓄水為主的聯(lián)合運用方式，雖然可較好的發(fā)揮水庫效益，下游水庫當時能多提供用水。但是上游水庫被淤后，下游水庫即受泥沙淤積的嚴重威脅。以上現(xiàn)有排沙減淤措施對延緩水庫淤積，有一定的作用，但是減淤效果離解決水庫淤積問題的基本要求還相距甚遠。這個問題不僅多年來一直困擾水利界人士，也引起社會各界人士的普遍關注。實際上多沙河流的泥沙，一直是開發(fā)這些河流水利資源的最大障礙。
減少水庫淤沙庫容的兩庫聯(lián)合防淤技術，就是針對多沙河流水庫存在的嚴重淤積問題，經(jīng)過探索提出的辦法。這項技術，是在一個河段，或鄰近的河段興建兩座較小的水庫，取代單一大庫，兩座水庫聯(lián)合運用，能取得令人滿意的排沙減淤效果，具有很高的綜合效益。
兩座水庫聯(lián)合運用的方式，上游水庫只蓄含沙量很少的非汛期來水，并在汛期來臨之前將庫內(nèi)沒有用完的存水及時轉(zhuǎn)入下游水庫，恢復庫區(qū)的河道，洪水流經(jīng)恢復的河道直接進入下游水庫，并將蓄水所淤泥沙的一部分從水庫帶出，這就保證了上游水庫基本不淤。下游水庫的任務主要是攔蓄來沙量占全年來沙90%以上的汛期來水，泥沙除隨水庫泄洪水下泄部分外，其余的泥沙都攔在庫內(nèi)。上游水庫規(guī)劃有沖下游水庫泥沙的沖淤庫容，在豐水年分，下游水庫蓄水用完，或?qū)⑵渑趴眨缓髲纳嫌嗡畮旆潘疀_下游水庫淤積的泥沙，并及時將沖起的泥沙排出水庫。因為上游水庫放水沖淤的流量和含沙量均可以控制，沖淤效率高用水少。在來水更多的年分可以加大流量沖走部分推移質(zhì)的淤沙，使下游水庫保持基本不淤，保證了下游水庫蓄水運用條件。兩庫聯(lián)合排沙防淤，與單一大庫相比，泥沙庫容很小，能夠大幅度減小水庫工程規(guī)模，提高工程投資效益。
滹沱河的南莊峽谷河段，三十年的平均來水量50500×104m3，來沙中的懸移質(zhì)沙1065×104t，推移質(zhì)沙126×104t。如在相鄰河段規(guī)劃布置兩座水庫，在調(diào)沙的三十年系列中，只考慮較大洪水的明流排沙，不考慮異重流排沙，下游水庫形成明流排沙的洪水共有20次，減少下游水庫淤沙6897×104t，其余的泥沙24113×104t攔在庫內(nèi)，從上游水庫放水沖淤排出水庫。
下游水庫沖淤用水出庫的含沙量用以下公式計算。
Q8=Qρ=ψQ1.6J1.2B0.6]]>式中Q8-沖淤的輸沙率以t/s計;
Q-沖淤用水流量以m3/s計;
J-河流縱坡以比值計;
B-沖淤河寬以m計;
ρ-沖淤時含沙量以t/m3計;
ψ-為具有以t、m、s為單位的系數(shù)。
下游水庫淤沙絕大部分是在豐水年的汛期淤在庫內(nèi)的，當年汛后沖淤，淤沙來不及固結(jié);在沖淤過程中有沿程沖刷，也有溯源沖刷，系數(shù)ψ采用300。南莊峽谷河段的河寬在120～140m左右，與穩(wěn)定河寬相近，庫內(nèi)河道縱坡3.0‰，不同沖淤流量的含沙量計算如下表。
三門峽水庫1974年7月27日～8月4日控制水位沖淤，入庫流量1470m3/s，含沙量180kg/m3。出庫流量1510m3/s，底孔排沙的含沙量203kg/m3。又黑松林水庫滯洪排沙，1975年8月19日入庫洪峰流量190m3/s，含沙量256kg/s，出庫洪峰流量8.8m3/s，含沙量達到718kg/m3。沖淤是用上游水庫的清水，計算含沙量只采用200kg/m3。三十年系列下游水庫沖淤泥沙24113×104t，用水120570×104m3;在連續(xù)平水和枯水年的調(diào)沙庫容2176×104m3;推移質(zhì)沙淤積庫容1024×104m3;預留懸移質(zhì)沙的泥沙庫容1000×10-4m3。調(diào)水調(diào)沙模擬計算結(jié)果，如下表
兩庫的總庫容33200×104m3，若用單一的大庫，泥沙庫容43000×104m3，徑流多年調(diào)節(jié)庫容14000×104m3，防洪庫容7000×104m3，總庫容64000×104m3。若水庫攔河壩用混凝土重力壩，兩座小庫攔河壩工程量為單一高壩大庫工程量的75%左右。單一高壩大庫使用有效期僅50年，而兩座低壩小庫的有效使用期為100年。兩種水庫規(guī)劃方案在供水保證率75%時，供水量均為33200×104m3。但是，低壩小庫能夠控制豐水年非汛期的來水，使供水量增加到38700×104m3，為三十年系列來水量的76.6%。兩庫沖淤排沙的流量和含沙量都可以控制，為引用渾水灌溉，改良灌區(qū)土壤，提高土壤肥力提供了條件。對水庫下游河道，可以控制河槽的沖淤，對河道防洪和排澇亦有利。
現(xiàn)在興建水庫都盡量避開寬闊的湖泊型和河谷型庫址，原因是這類水庫一般淹沒遷移范圍大，不僅賠償代價高，而且問題復雜;在多沙河流這種水庫被淤后，即使想要恢復部分庫容都很困難。實際上大江大河和中小河流都有峽谷河段和寬度比較適宜的帶狀河谷，為規(guī)劃水庫優(yōu)選庫址提供了條件。兩庫聯(lián)合防淤水庫，庫容要比單一大庫小的多，優(yōu)選庫址的條件比較好。任何事件的成功都是有條件的，這里保證下游水庫基本不淤的條件，就是下游水庫的庫址要選在峽谷河段，或河谷不寬的河段，這個條件并不苛刻。現(xiàn)在水庫工程的實踐已經(jīng)說明，槽庫容占絕對優(yōu)勢的水庫，即使庫區(qū)河道縱坡很小，水庫被淤后用空庫排渾，控制水位排渾，槽庫容都好恢復。如三門峽這樣的大型水庫，河道縱坡0.31‰，距壩前40km處，河寬800m的河段被淤，沖淤后這段庫容基本恢復，恢復后的河寬800～1000m。峽谷水庫可以基本上都是槽庫容，河谷不寬的水庫絕大部分是槽庫容，水庫被淤庫容都容易恢復。下游水庫優(yōu)選這類庫址，不僅可以減少沖淤用水，更為重要的是為下游水庫基本不淤能提供充分可靠的條件，對下游水庫來說是非常必要的，因而更加強調(diào)，在優(yōu)選庫址中應優(yōu)選更好的下游水庫庫址。
現(xiàn)在受泥沙淤積威脅的水庫，如果在鄰近河段有兩座水庫，改造成兩庫聯(lián)合防淤運用的水庫，可以減少水庫泥沙淤積。只有一座水庫的，根據(jù)對沖淤排沙有利的原則，增建一座庫容規(guī)模適當?shù)纳嫌嗡畮旎蛳掠嗡畮欤脙蓭炻?lián)合防淤的方法，亦可大幅度減少水庫泥沙淤積，解除或者減輕泥沙對水庫的威脅。
權(quán)利要求
兩庫聯(lián)合防淤技術是用以解決水利工程中的水庫泥沙淤積問題。目前我國減緩水庫泥沙淤積的措施主要有異重流排沙和明流排沙。在泥沙淤積發(fā)展到嚴重影響水庫蓄水和防洪安全時采取汛期不蓄水或少蓄水，用汛期洪水沖淤的方法，恢復部分庫容以確保水庫安全。另外還可以在重點水庫的上游修建中小型攔沙庫，使洪水中的泥沙沉積在該庫，以減少下游重點水庫泥沙淤積。兩庫聯(lián)合防淤技術的特征是1、在多沙河流的同一河段或鄰近河段規(guī)劃興建兩座規(guī)模適當?shù)乃畮?，或在已有的水庫上游或下游修建一座水庫，組成聯(lián)合防淤水庫，在設計聯(lián)合防淤上游水庫總庫容時應考慮增加用以沖下游水庫泥沙的沖淤庫容。
2.如權(quán)利要求1所述的兩座水庫，上游水庫只蓄含沙量很少的非汛期來水，在汛期來臨之前將未用完的蓄水及時轉(zhuǎn)入下游水庫，使庫區(qū)河道恢復，汛期洪水流經(jīng)恢復的河道直接進入下游水庫，并將非汛期蓄水淤在上游水庫的少量泥沙沖出水庫，從而保證上游水庫基本不淤;下游水庫主要蓄汛期來水，洪水中的泥沙除隨水庫泄洪時排出部分外，其余泥沙攔蓄于庫內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述的兩座水庫，在豐水年分，下游水庫蓄水用完或?qū)⑵渑趴?，用上游水庫沖淤庫容的蓄水，沖下游水庫的泥沙，并通過泄洪底孔或隧洞將沖起的泥沙及時排出水庫，可沖一至數(shù)次，將下游水庫泥沙全部沖出，使下游水庫基本不淤。
全文摘要
兩庫聯(lián)合防淤技術是用以解決水利工程中的水庫泥沙淤積問題。以往在一個河段總是修建一座大水庫，受泥沙淤積庫容損失很快。兩庫聯(lián)合防淤同時修建兩座較小的水庫，上游水庫只蓄非汛期來水，下游水庫主要蓄汛期來水，下游水庫中的淤沙用上游水庫蓄水沖走，達到兩庫基本不淤。兩庫聯(lián)合防淤能極大的減少泥沙庫容，水庫的工程規(guī)模和投資相應減少，水庫有效使用期和大庫相比可成倍增長。
文檔編號E02B3/02GK1091489SQ93102328
公開日1994年8月31日 申請日期1993年2月27日 優(yōu)先權(quán)日1993年2月27日
發(fā)明者鄧良魁 申請人:鄧良魁