蔺秋生   万建蓉  黄  莉
（长江科学院， 湖北 武汉 430010）

摘要：白鹤滩水电站是金沙江下游四个梯级电站中的第二级，上接乌东德梯级，下游为溪洛渡梯级和向家坝梯级，是我国实施“西电东送”战略部署的重点骨干工程。 本文根据不平衡输沙原理，通过建立一维全沙河床冲淤数学模型，计算分析了工程建成后水库泥沙淤积情况，分析电站建成后不同时期库区泥沙淤积量、淤积分布、坝前淤积高程及出库沙量等。
    计算分析结果表明：（1）水库运用至100年末，泥沙总淤积量37.17亿m3，其中悬移质泥沙35.99亿m3，推移质泥沙1.182亿m3，防洪库容保留94.4％，调节库容保留90.4％；（2）水库运用至100年末，库区泥沙淤积尚未达到淤积平衡，泥沙淤积部位主要在库区中段，库尾和坝前淤积较少，干流库区淤积以三角洲淤积形态为主；（3）由于水库库容较大（正常蓄水位以下库容为185.32亿m3），泥沙淤积并不严重，至水库运用100年末，坝前平均淤积高程为674.7m（黄海高程系统），仍低于电站进水口底板高程728.0m，对电站进水影响不大；（4）水库运用1～100年内，拦蓄了大量悬移质泥沙和全部的推移质泥沙，极大地减少了进入下游河道的泥沙量，水库排沙比在43.07％～44.80％，悬移质出库平均含沙量0.162～0.220kg/m3。
关键词：金沙江;白鹤滩水电站;水库淤积;数学模型


1  概况

    金沙江是长江的上游河段，上起青海省玉树县直门达，下至四川省宜宾市，全长3464km。白鹤滩水电站是金沙江下游四个梯级电站中的第二级，上接乌东德梯级，下游为溪洛渡梯级和向家坝梯级，工程以发电为主，兼有防洪、拦沙、航运等综合效益，是我国实施“西电东送”战略部署的重点骨干工程（见图1）。
    白鹤滩水电站坝址位于金沙江下游四川省宁南县和云南省巧家县境内，控制流域面积43.03万km2，占金沙江流域面积的91％，多年平均流量4110m3/s，多年平均径流量1297亿m3（统计年份1958～2000年）。白鹤滩水库为河道型水库，在正常蓄水位825m（黄海高程基准，下同）时，水库长约190km，水面宽200～400m，总库容185.32亿m3。库区内主要入汇支流有黑水河、普渡河、小江及以礼河。
    白鹤滩坝址多年平均含沙量1.46kg/m3，多年平均悬移质年输沙量1.853亿t，推移质输沙量202万t，输沙量约占屏山站的75.0%，约占长江寸滩站的40.5%，约占宜昌站35.3%，控制金沙江产沙区的大部分来沙量。白鹤滩水库汛期6～9月入库径流量占全年的63.7%，汛期平均输沙量占全年的89.17%，汛期月平均含沙量为1.66～2.41kg/m3，因此，汛期流量大、含沙量大、输沙量集中是入库水沙的主要特点。
    本文根据不平衡输沙原理，通过建立一维全沙河床冲淤数学模型，计算分析工程建成后水库

    泥沙淤积情况，分析电站建成后不同时期库区泥沙淤积量、淤积分布、坝前淤积高程及出库沙量等。由于白鹤滩库区位于长江金沙江重点产沙区，本次研究工作对于水库的长期使用问题研究及相关工程设计工作具有重要的意义。



2  数学模型

    数模计算采用长江科学院自主开发的水库泥沙冲淤数学模型软件“HELIU-2”，模型采用的基本方程经简化后如下：


 

    该数学模型经过了多次率定、验证计算，并已成功应用于三峡工程、丹江口水库等大型水利工程库区泥沙淤积计算分析，计算成果均通过了专家评审。
 
3  计算条件与计算方案

3.1  入库典型系列年选择
 
    本文以距离白鹤滩坝址较近的巧家（华弹）水文站作为白鹤滩水库干流入库泥沙分析计算的代表站，该站控制流域面积429500km2。
按照“代表系列的多年平均径流量、输沙量应接近多年平均值”的原则，对巧家站1958～2000年的长系列水沙资料进行分析，选择1961～1970年10年作为水库泥沙冲淤计算的代表系列年。该系列年平均流量4180m3/s，年平均含沙量1.3kg/m3，悬移质输沙量1.75亿t，基本能反映多年平均情况。数学模型计算时段为100年。

3.2  水库调度方案与调度方式

    本文白鹤滩水电站调度方案为825m-795m-765m（正常蓄水位-汛期限制水位-死水位）。水库调度方式为，汛期6月开始电站以保证出力运行，蓄水至汛期限制水位后，水库维持汛期限制水位运行，9月份水库开始蓄水至正常蓄水位，12月或次年1月水库开始供水，水位下降，至5月水库水位消落至死水位。

3.3  库区干、支流入库水沙条件

    本次水库泥沙淤积计算考虑的入库水沙条件包括库区干流入库水沙和泥沙相对较多的黑水河、小江支流入库水沙。干流入库水沙条件考虑了上游干流金安桥水电站、观音岩水电站、乌东德水电站及支流二滩水电站多座水库的拦沙影响，具体是在考虑上述水库拦沙影响的基础上，通过数学模型计算得到1～100年乌东德水库出库水沙资料作为其下游白鹤滩水库的入库水沙条件。

4  库区泥沙淤积计算成果分析

4.1  库区泥沙淤积量

    由于考虑了白鹤滩水利枢纽上游干支流多个在建、拟建及已建水库的拦沙作用，所以，白鹤滩水库在1～100年运用期间，入库泥沙大量减少，水库运用前10年，入库悬沙总量仅为6.9804亿t，占坝址10年悬沙总量的39.9%。而且，由于上游水库拦沙作用显著，进入白鹤滩水库的悬移质泥沙不仅量少，且粒径变细。

（1）悬移质泥沙淤积量

    库区泥沙淤积计算成果列于表1。经分析可知，水库运用至100年末，泥沙总淤积量37.17亿m3，其中悬移质泥沙35.99亿m3，推移质泥沙1.182亿m3，防洪库容保留94.4％，调节库容保留90.4％，水库运用1～100年间仍属初期运行阶段，库区泥沙淤积对库容损失不大。

（2）推移质泥沙淤积量

    白鹤滩水库年入库推移质202万t，在水库运用1～100年间，入库推移质泥沙均淤积于库内，无推移质泥沙出库。

4.2  库区泥沙淤积分布

    水库泥沙淤积部位主要在库区中段，库尾和坝前淤积较少，随着水库运用年份的增加，淤积泥沙逐渐向库尾和坝前推进，水库运用至100年末，库区泥沙淤积尚未达到淤积平衡。干流库区淤积以三角洲淤积形态为主（图2），黑水河支流库区在水库运用100年末时，泥沙淤积量为1.27亿m3，而小江支流库区由于其坡陡流急，泥沙在年内有冲有淤，但在水库运用1～100年间无累积性淤积。

4.3  水库排沙比及出库泥沙 的变化

    白鹤滩水库由于入库泥沙颗粒较细，并且汛期降低水位运用，所以，在水库运用1～100年间，排沙比在43.07％～44.84％之间变化。由此可知，白鹤滩水电站运用仍属初期运用阶段。计算成果表明，出库泥沙 变化不大，在水库运用1～100年间， 的变化范围为0.0050mm～0.0056mm。不同年份水库排沙比及出库泥沙 变化见表1。

4.4  坝前泥沙淤积高程
   
    根据一维河床冲淤数模计算结果，对坝前平均淤积后高程进行了分析计算（表1）。当水库运用20年末时，坝前泥沙淤积后平均高程606.51m；当水库运用50年末时，坝前泥沙淤积后平均高程达到641.96m；当水库运用至100年末时，坝前泥沙淤积后平均高程为674.73m。至水库运用100年末，坝前平均淤积后高程仍低于电站进水口底板高程728.0m，因此，对电站进水影响不大。

4.5  出库含沙量及出库泥沙对下游枢纽的影响

    白鹤滩水库蓄水运用后，拦截了大量悬移质泥沙及全部推移质泥沙，使得进入到下游溪洛渡枢纽库区的泥沙大量减少，延长了溪洛渡水库淤积平衡年限，使其能长期发挥效益。计算成果表明，水库运用1～100年间，悬沙出库平均含沙量为0.162～0.220kg/m3，见表1。不同运用年份出库沙量与坝址处天然输沙量比较见图3。当水库运用至100年末时，出库沙量仅占坝址处天然输沙量的20%。

5  结语

    （1）白鹤滩水电站是长江金沙江下游四个梯级开发电站之一，是我国实施“西电东送”战略部署的重点骨干工程。本文运用一维全沙河床冲淤数学模型，计算分析了工程建成后水库库区泥沙淤积情况。
    （2）在本文所选取的计算条件与计算方案下，由于白鹤滩水库库容较大，加之考虑了工程上游干支流多个在建、拟建及已建水库的拦沙作用，白鹤滩水库在1～100年运用期间，泥沙淤积对库容损失较小，从各方面淤积情况看，水库运用1～100年间仍属初期运行阶段。
    （3）根据数模计算结果，水库运用至100年末，泥沙总淤积量37.17亿m3，其中悬移质泥沙35.99亿m3，推移质泥沙1.182亿m3，防洪库容保留94.4％，调节库容保留90.4％；库区泥沙淤积尚未达到淤积平衡，干流库区淤积以三角洲淤积形态为主；泥沙淤积对电站进水影响不大；白鹤滩水库蓄水运用后，拦截了大量悬移质泥沙及全部推移质泥沙，使得进入到下游溪洛渡枢纽库区的泥沙大量减少，延长了溪洛渡水库淤积平衡年限。


参考文献

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[4] 万建蓉,宫平,王成. 乌江银盘水电站库区泥沙淤积研究[J]. 人民长江,2008,39(4):94-95.