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《述潭岭水库泥沙淤积调查计算方法》

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摘要：水库泥沙淤积调查研究的方法较多,归纳起来,主要有地形法、沙量平衡法、剖面法和地质沉积界面法等.这些方法各有长短,可根据实际情况选择应用.文章对述潭岭水库泥沙淤积调查研究计算方法进行了探讨.

关键词：地形法；沙量平衡法；水库泥沙淤积；剖面法；地质沉积界面法　　文献标识码：A

中图分类号：TV697　　文章编号：1009-2374（2017）11-0247-02　　DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.11.124

1　地形法

此法以建库前后同一格式、同一基准、同一比例的地形图为基础,每隔若干年测量一次,根据地形的变化求算出库区泥沙的分布和淤积量.这种方法具有较高的精度,但要求严格.因为建库前后的测图很难确保一致,同时建库后的库区水下地形测绘工作相当复杂,而且工作量大,这些都使其实用性受到一定的限制.

2　沙量平衡法

此法要求在水库入水口和出水口各设立泥沙观测站,并定时定位测定水库悬移质的含量和推移质的输沙量.借助入库输沙量与出库排沙量之差,粗略地计算出停积在库内泥沙的数量.这种方法调查周期长、精度较差,且无法确定泥沙的淤积部位和形态,更无法说明某一库段泥沙的淤积速率和淤积量.

3　剖面法

剖面法是目前较常用的一种方法,它要求定时定位测量库区特征部位的横剖面,并根据水深测量确定库底高程的变化,以此求算出该剖面泥沙的淤积速率.此法简单易行,但调查周期较长,往往要经过多次测量对比,才能求算出测量周期内泥沙的淤积量,而且无法了解首次测量前库内的泥沙淤积量.

4　地质沉积界面法

此法要求在库区实地探测采样,把蓄水后的淤积物和蓄水前库底物质呈垂直柱状取上,并根据蓄水前后因水动力条件变化所造成淤积物在组成、结构和构造上的差异,划分出建库前后泥沙沉积物的界面,这样就能直接测出蓄水后淤积物的厚度.与此同时,还可以对淤积物进行分层取样和地质观测,深入研究泥沙淤积的规律和淤积特征以及水库底质污染的程度与变化趋势.此法具有直观、准确、经济和快速等优点,特别适宜于少沙河流入库的泥沙淤积研究.如果配合同位素年代学法应用,还可以测定淤厚大的泥沙的淤积速率.

这次调查,我们主要采用地质沉积界面法,研究水库的泥沙淤积状况,并且主要使用YN-2重力采取器进行水下采样.

YN-2型重力采样器主要由钻头、取样管、接头和重锤组成.此采样器穿透力强,对柱状样品原始状态破坏较小,适宜于水库、湖泊和港湾的水下采样.取样管内径5毫米,每节长50厘米,由两个半合管和接头组成,可根据需要驳接加长,一般驳长5～6米.重锤逐块叠加至750千克.采样时,可根据不同的淤积环境和淤积物,选择相应的自由落体速度,采取样品.提升采样器,卸下钻头和接头,将半合管掰开,即可观察到淤积物自上而下在结构和构造上的变化,从而划分出地质沉积界面.必要时还要分层采样,进行岩矿、粒度和化学分析.

对于水库蓄水后淤积物与库底原始的残积物、坡积物、农田耕作土和河流冲积物等的关系,主要根据以下特征进行划分：

水库蓄水后的淤积物：多呈灰色或浅,以粉沙质淤泥为主,颗粒细小而均匀,分选性较好,具水平微层理.偶见植物残体,排列整齐.

残积物、坡积物：颜色较淤积物深,组成物复杂,颗粒大小不均,含大理母岩碎屑,磨圆度差,多含植物残体,且分布杂乱.

农田耕作土：多为黑色砂质黏土,成分复杂,常可见砖瓦陶瓷等碎片,含大量农作物的枯根腐叶,并混杂有沙砾等物质.

河流冲积物：主要为砂砾或粗沙层,颗粒明显比淤积物粗大.由于受到冲刷搬运作用,分选较好,物质组成较纯净,磨圆度中等.冲积物中的砾石粒径多大于2厘米,其岩性与上游母岩一致.

尽管潭岭水库底质较为复杂,蓄水后淤积物与基底的接触关系多变,但只要我们根据各点的淤积特征,仔细分辩物相,并结合多种测试,其沉积界面还是较易划分的.

潭岭水库泥沙淤积物与下伏物质的几种接触关系如图1所示.

剖面线与样点布设：潭岭水库库面宽窄不一,水下地形复杂,入库支流较多.主要的入库支流有潭源根据水库的形态、水动力条件和不同的沉积环境,我们对全库布设了16条剖面线（图2）.潭源洞水入水口至天堂岭以东的库区,布设了1～5线和15、16线；以了解此库段泥沙的淤积状况.剖面线间距672～1588米,其中2线以上属常年回水行水段；2～5线和16线附近属常年回水静水段.天堂岭北部狭长库段布设了6线和7线；坝前至水尾库段,布设了8～12线,其中8线距大坝仅82米,9线距发电进水口约140米.13、14线在原横水水库之中,因受土坝阻隔,调查船难以进入,只能用剖面法计算库容和淤积量.通常每条剖面线布设3～9个采样点,全库共布设采样点46个,剖面线和样点的密度已达到研究精度的要求.

在采样之前,每线都进行了回声测深工作,以了解水下地形的现状,然后根据水下地形的变化,布点采样.与此同时,还对不同的库段,进行水样的采取工作.水样按表、中、底三层采取和测定.这次调查共采集水样36个.

库容计算：库容是衡量水库规模的重要指标之一.在进行库容计算时,我们既要重新计算水库的原始库容,同时还要求算出泥沙的淤积量,以最后求算出水库的现状库容和库容的淤损状况.

这次我们采用几何剖面法进行库容和淤积量的计算.根据实测水深,首先点绘出水下地形现状,然后再标上各样点的位置及其淤积厚度,连接淤积体底线,这样便得出各剖面线的淤积剖面和原始库形剖面.计算库容时,首先在各横剖面图上,从原始库底向上推算,按几何求积法量算出各级水位下的横剖面面积,然后再以其相邻横剖面的平均面积值,乘以其剖面线间距（以水流中心线为准）.

为了便于计算和保证计算的精度,在计算库容和淤积量时,我们采用水平1∶1000、垂直1∶200的比例尺进行制图和计算.野外调查时,水库水位处于海拔635米左右,对于当天调查水位与正常高水位之间的坡角和斜距,则用测距仪或皮尺直接测量,并参照1∶10000地形图进行修正.

至于现状库容的计算,其方法与原始库容计算类同,以淤积后库底的泥水界面作为起点计算.现状库容表示经泥沙淤积后所剩库容的大小.

库容计算精度：目前大多数水库在管理工作中,仍沿用建库初期设计时用地形等高线法求算的库容资料.这次我们用横剖面法求算出的库容与之比较,其库容误差为－31万～＋83万立方米,相对误差在0.1%～2.7%之间.只在620.0米高程处,库容误差才超出5%的允许范围,为5.4%.总的来说,这次调查的计算结果与原设计库容基本吻合.

5　结语

绝大多数都在允许范围内,因此原有库容曲线仍可继续沿用.为使泥沙淤积量与库容的计算数据相一致,有关库容与淤积量的数据以剖面法计算求得.

参考文献

[1] 陕西省水利科学研究河渠研究院,清华大学水利工程系泥沙研究院．水库泥沙[M]．北京：水利电力出版社,1979．

作者简介：欧阳永忠,连州市潭岭水电厂水工车间主任.（责任编辑：小燕）

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