南沙水电站库区淤积及拉排沙调度成果分析

南沙水电站库区淤积及拉排沙调度成果分析

黄任萍

广东省水电集团有限公司,广东,523000

摘要：本文以南沙水电站库区蓄水至今运行11年以来，南沙库区淤积及汛期拉排沙调度方案为研究对象，根据库区逐年淤积情况及历年排沙调度实施效果监测对比分析，结合运行期库区、上下游制约排沙调度实施的因素等，分析库区淤积及排沙效果、后期拉排沙调度可优化因素，利于优化排沙方案，减缓库区淤积速度，确保电站有效库容及经济效益。

关键词：红河；南沙水电站；排沙调度

1.工程简介

南沙水电站位于云南省红河（元江）干流红河哈尼族彝族自治州元阳县境内，是《云南省红河（元江）干流梯级综合规划报告》推荐的12级开发方案中第9个梯级。工程等级属Ⅱ等，工程规模为大（2）型；具有日调节性能，工程以发电为主，不承担下游防洪任务。2007年12月17日下闸蓄水，2007年12月28日首台机组投产发电。

南沙水电站工程主要由溢流坝段、非溢流坝段、左岸厂房和放空（兼冲沙）底孔组成。坝顶高程274.00m，总长240.22m，最大坝高85m。溢流坝段长67m，设泄流表孔（3孔17m×17m），采用弧形闸门，堰顶高程▽250m，采用戽式消力池（加宽尾墩联合）消能。溢流坝左侧设放空兼排沙底孔（2孔5m×8m（宽(高）），孔口底坎高程228.0m。

2.库区淤积分析情况

南沙水电站所处河流为多泥沙河流（多年平均含沙量5.35kg/m3），坝址多年平均输沙量为4304万t。南沙水电站2003年、2010年、2011年、2012年、2013年及2016年库区淤积纵剖面曲线如图1，坝前横剖面曲线如图2，库区淤积量设计值、实测值及推算值见表1。

图2南沙水电站坝前横剖面图（距坝轴线0.33km）

表1南沙水电站淤积设计与实测成果及计算成果对比表

根据《云南省红河南沙水电站可行性研究报告》中南沙水电站运行前五年设计淤积速度为0.15m3/a，淤积总量0.50亿m3。由以上图表得出结论：

（1）电站运行前三年，水库泥沙淤积速度相对较快，2011年起淤积速度略有降低，且年平均淤积量较为平稳增加且电站实测淤积速度比设计值快。

（2）2010~2016年南沙电站库区泥沙淤积整体表现为前坡段向坝推移，坝前段及异重流淤积段整体淤高，对比2010年库区最大累计淤积厚度分别达到6.7m（2012）、9.3m（2013）和14.0m（2016）。

（3）电站运行至2010年底水库泥沙淤积总量已达0.58亿m3，至2013年12月累计淤积总量已达0.90亿m3，根据模型推算结果截至2016年9月电站累计淤积总量已达1.25亿m3，平均淤积速率分别为0.19亿m3/a、0.15亿m3/a和014亿m3/a，库容损失率分为达到28.3%、43.5%及60.0%。

3.库区淤积后修正库容曲线成果

本次研究根据最新的2016年9月库区地形推算结果对南沙电站设计库容成果表及设计库容曲线进行修正，见表2及图3。

表2南沙水电站库容设计值与修正值对比

图3南沙水电站设计及修正库容曲线

4.拉排沙情况及效果分析

4.1南沙水电站历年汛期排沙主要措施及目的

4.1.1汛期排沙主要措施

（1）通过库区三角洲淤积前坡段推进位置及底孔排沙模型试验，得出适合的排沙水位255-260米；（2）根据中长期天气及洪水分析预报，提前3-4天利用机组满发提前腾库降低库水位至排沙水位；（3）水位降至排沙水位后，利用上游流域实测降雨及来水分析结合后期降雨预报修订闸门调度方案，开启底孔、表孔联合拉排沙；

4.1.2总结南沙水电站历年拉排沙主要达到的目的

（1）服从设计要求每年坚持排沙确保坝前一定范围内“门前清”。调度方案制定实施中结合每场次洪水洪峰流量、历时、库区水位等因素通过优化调整排沙底孔达到门前清的目的。2015年经过南沙底孔拉沙模型试验，试验得出：当底孔泄流1300m3/s时试验中漏斗状的拉沙范围在1个小时内即可完全形成并稳定，拉沙范围在100m以内。2015年-2017年在汛前，洪水小于1000m3/s时，南沙两底孔总泄洪流量不大于600m3/s，且底孔闸门与泄洪表孔进行动态调整。实时观察河道泄洪流态，利用三个溢流表孔抬高尾水位减轻底孔泄流对两岸冲刷。

（2）利用库区形成的异重流进行排沙。南沙电站库区较长，库区中后段已经形成的淤积，由于河道地形、流域洪水特性（陡涨陡落、历时短）、库区养殖及两岸垂钓棚户较多制约库区最低排沙水位、2009年-2015年红河流域遭遇干旱来水偏枯导致库区大部分淤积已经板结、淤积泥沙可利用沙料比较低且开采成本高等因素制约，导致采取其他工程及技术措施投资大且不能达到预期效果。异重流能形成有效的排沙通道，将库区底部未固结的浮泥、高含沙水层及入库水流的泥沙通过底孔排出。最终达到减轻水库淤积，在一定时段内保持冲淤平衡和长期存在一定的可用库容。

4.2拉排沙效果及分析

2013年底测量显示坝前泥沙淤积高程已达235m，高出底孔进水口底坎高程7m，超过排沙管进水口高程3米。南沙库区泥沙淤积表现为三角洲前坡段的不断向坝前推进。2015年9月测量坝前断面泥沙淤积高程在233.6m-234.7m之间。2015年全年共发生了两次洪水（1月、10月），南沙电厂开启泄洪闸门进行泄洪排沙。2016年2月底对坝前1.5公里范围内的水底高程进行了测量，坝前泥沙淤积高程在232m至234m;2016年开始至今，红河流域来水好转，发生洪水场次增多电站通过首场洪水不拦截，汛期保持低水位运行结合洪峰峰值等提前降低水位，逐步开启冲沙底孔泄流表孔进行拉排沙调度。2017年底坝前1公里河床泥沙淤积高程231.44m至233m。开启底孔、表孔泄洪对门前清有一定效果，但因闸门开启时长（短）、泄洪流量（级别不到）、水位、下游河道高速公路施工、元阳县防洪安全等影响，效果不明显只能基本保持冲淤平衡。

5.后期拉排沙调度中可优化的方面

5.1提前腾库操作的时效缩短、可行性大幅提高

2017年红河州建水县、元阳县陆续开始开展南沙库区网箱取缔清除整理工作，消除了电站在腾库过程中库区网箱养殖对水位高度及降幅要求、坝体及闸门的安全威胁等。后期电站在汛期及拉排沙前，提前腾库时间可缩短、调度方案可行度及执行力大幅提高。

5.2拉排沙水位可进一步降低

后期库区网箱对排沙水位限制及闸门正常启闭威胁将不存在，排沙水位可降低至255米左右，有利于提高排沙效果。

5.3利用梯级水库联合调度，上游大黑公电站及下游马堵山电站联调，通过合理优化调度，减少库区泥沙淤积，保持两库有效库容，提高公司水库运行效益。

目前公司推进大黑公水电站项目，电站建设运行后，在目前南沙-马堵山联调基础上，增加大黑公电站联调不仅能减少流入南沙库区的泥沙沉积量，在汛期进行洪水调度时与南沙电站联合调度，降低南沙水位，利用水流的侵蚀作用（下切），使南沙库尾河床下降，逐步实现库区淤积泥沙清排，适量恢复有效库容，提高电站发电效益。

参考文献：

［1］吴晴，凌春海.云南省红河南沙水电站工程可行性研究报告.2003

［2］管新建，张文鸽.水库防洪调度风险分析研究进展与发展趋势［J］.中国水利.2004

［3］朱鉴远.水利水电工程泥沙设计［D］.水利水电出版社.2010