官厅水库流域水沙优化配置与综合治理措施研究_水库泥沙淤积与流域水沙综合治理方略
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目前, 官厅水库尚余存库容约 16 2 # 108m3, 约有 75% 在妫水河库区( 以改建前设计值估计) 。官厅 水库向首都供水主要依靠妫水河库区的调节库容, 但由于距大坝约 8 0km 的妫水河口拦门沙坎逐年淤 积, 坎顶高程迅速抬高到 474m, 造成拦门沙淤堵妫水河口, 使妫水河部分库容损失由 0 8 # 108m3 增至 2 6 # 108m3, 大大降低了妫水河库容的调节作用, 水库的防洪、供水等效益都受到严重影响。 2 2 3 水库末端淤积上延, 造成水库周围淹没及生态环境问题
表 2 官厅水库 1955~ 1997 年三角洲不同部位的淤积情况 T able 2 Delta sedimentation of the Guanting reservoir from 1955 to 1997
三角洲部位
异重流
前坡段
顶坡段
尾坡段
妫水库
淤积量 106m3 所占百分数 %
13Байду номын сангаас 12 21 73
45 290
8 800
483 07
477 77
改建后 492 0 52 0 423 0 7 020 11 460 18 000 484 84 490 0 476 0
项目
最高蓄水位 m 死水位 m 总库容 m3
防洪库容 m3 兴利库容 m3
死库容 m3 溢洪道泄流量 m3∃s- 1 泄洪洞泄流量 m3∃s- 1
1986 年大坝加高至 492m, 虽然增大了防洪库容, 随着水库水位的抬高和库尾淤积的进一步发展, 带 来一系列生态环境的新问题, 从长远看, 还加大了防洪的风险。官厅水库正常高水位下的回水末端约在 距坝 25km 的夹河村附近, 由于泥沙的剧烈淤积, 使淤积末端不断向上游延伸, 20 世纪 80 年代洋河淤积 末端距坝约 35km, 桑干河淤积末端距坝约 31km, 淹没损失明显扩大; 随着淤积末端向上游延伸, 使河床 高于两岸地面, 两岸地下水位抬高, 造成库周土地盐碱化面积不断扩大。 2 2 4 坝前淤积面抬高, 直接影响泄洪建筑物的安全与发电和供水质量
图 1 官厅水库泥沙淤积三角洲的变化过程 Fig. 1 Processes of the delta sedimentation in the Guanting reservoir
2 2 官厅水库存在的主要问题 严重的泥沙淤积造成了水库防洪标准降低、供水无保证、库周淹没损失扩大, 以及影响泄洪建筑物
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口处出现分流, 由异重流分流淤积形成, 其抬高速度较慢, 坎顶高程从 20 世纪 60 年代的 464m 上升到 70 年代末的 467m; 从 1979 年以后, 永定河来水主流从右岸转向左岸, 库区淤积三角洲逐年向妫水河口门 附近推进, 拦门沙主要由三角洲前坡向前推进, 淤堵速度明显加快, 其高程已从 80 年代中期的 469m 淤 高至 1995 年汛前的 474m。
改建前 479 0 471 47 22 70 10 7
60 60 2 960 560
改建后 479 0
41 6 29 9 25
6 000 560
2 官厅水库泥沙淤积及存在的主要问题
2 1 官厅水库泥沙淤积
一方面, 官厅水库来水来沙条件的主要特征是水少沙多, 另一方面, 水库长期采用蓄水拦沙运用方 式, 造成严重的泥沙淤积问题。据实测资料统计[ 3, 4] , 1953~ 2000 年官厅水库累积淤积 6 5 # 108 m3 , 占原 设计总库容的 29% , 由于来水来沙和运行条件的不同, 淤积量年际变化也有很大的差异, 50 年代年均来 沙量最大, 为 7 041 # 104t , 相应的年均淤积量也最多, 为 5 043 1 # 104m3; 70 年代年均来沙量减少至 1 077 # 104t, 泥沙淤积量也大幅度减少为 895 1 # 104m3; 进入 80 年代, 由于来水来沙量进一步减少, 年均淤积 量也相应减少到 322 # 104 m3 , 90 年代年均淤积量为 489 # 104m3 。
11
冬季干燥少雨, 降雨主要集中在夏季。据 1918~ 2000 年水沙资料统计表明[ 2, 3] , 多年平均径流量和输沙 量分别为 14 63 # 108m3 和 59 4 # 106t ; 官厅水库修建以来, 多年平均径流量为 9 15 # 108m3 , 年沙量为 17 46 # 106t ; 特别是近 20 年来, 年径流量及输沙量大幅减少, 多年平均径流量和输沙量分别为 4 27 # 108 m3 和 3 55 # 106 t, 仅为多年平均值的 29 2% 和 6 0% 。
官厅水库是我国 20 世纪 50 年代在多沙河流上修建的第一座大型骨干水库, 1951 年动工, 1955 年
10 月正式蓄水运用, 工程的主要目标是: 防洪、供水、发电、灌溉。工程建筑物包括土坝、溢洪道、泄洪洞
及发电引水隧洞等, 1986 年工程改建加高大坝 7m, 工程主要技术指标如表 1 所示。
238 8 37 84
169 48 26 86
29 26 4 64
56 30 8 92
另外, 由于官厅水库特殊的边界条件( 永定河库区和妫水河库区以狭窄的妫水河连通) 和水沙条件 ( 永定河来水来沙量远大于妫水河) , 泥沙在妫水河口附近淤积形成拦门沙。拦门沙的发展与三角洲前 坡淤积、永定河主流位置和异重流分流淤积有密切的关系。在拦门沙的不同发展阶段, 三角洲淤积和异 重流淤积所起的作用是不同的。在 1979 年以前, 拦门沙主要是大水大沙年的水库异重流运动到妫水河
官厅水库淤积发展以典型的三角洲形态向前推进( 如图 1 所示) , 淤积三角洲顶点逐渐从 50 年代末 的永 1022+ 1 断面移至 60 年代的永 1010+ 2 ∀ 永 1010 断面, 然后再移至 70 年代至 90 年代的永 1010 ∀ 永 1009 断面或者以下, 且随着水沙条件、主流河势和水库运行水位的变化而上提下挫或左右摆动, 特别 是在 1970~ 1990 年期间尤为突出。从表 2 所示的三角洲淤积分布情况可以看出, 1955~ 1997 年间, 淤 积三角洲的坝前段、前坡段、顶坡段、尾坡段和妫水河库区对应的淤积量分别为 137 12 # 106t 、238 8 # 106t、169 48 # 106t、29 26 # 106t 和 56 3 # 106t, 分别占总淤积量的 21 73% 、37 84% 、26 86% 、4 64% 和 8 92% 。其中 90% 以上的泥沙淤积在永定河库区, 使永定河库区的调节库容大大减少。
流域受蒙古高压控制, 属于半干旱大陆性气候, 夏季凉爽而时短, 冬季严寒而漫长, 春秋两季风大,
收稿日期: 2003 12 09 基金项目: 水利部科技创新项目 流域水沙优化配置与泥沙资源化研究( 编号: Scx2003- 01) 的资助 作者简介: 胡春宏( 1962 ) , 男, 浙江人, 博士, 教授级高工, 主要从事水力学及河流动力学研究。
官厅水库以上流域主要有三条支流: 洋河、桑干河和妫水河, 其中洋河流域面积为16 710km2、桑干 河流域面积为25 840km2, 这两条支流占官厅水库上游流域面积的 91% , 是主要的产水产沙来源区, 妫水 河流域面积为 852km2, 是水库主要的蓄水区域。
流域内植被条件极差, 高覆被面积( 植被度大于 70% ) 约为7 183km2, 中覆被面积( 植被度为 30% ~ 70% ) 约为6 320km2, 低覆被面积( 植被度小于 30% ) 约为3 531km2; 而植被很少的裸 露面积约为28 152 km2, 占流域面积的 64 9% 。河川区由于大面积耕作, 森林覆盖受到限制, 有的地区更受到风沙、土质影 响, 树木生长极慢。
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2 2 5 水资源短缺及水质污染 随着北京地区及流域 内社会经济的 迅速发展, 用水量逐年增 加, 且对 水质的要求逐渐 提高。与
1949 年相比, 北京市总用水量增长了 40 倍, 其中工业用水增长了 31 倍, 城市自来水用量增长了 85 倍。 而作为北京市两大供水水源之一的官厅水库蓄水量近期进一步减少, 同时, 工农业迅速发展导致官厅水 库流域内污水排放量增加, 1999 年入库污水量达 1 21 # 108t, 造成官厅水库的水质污染严重, 其中氨氮、 BOD5、挥发酚、非离子氨、重金属含量等均严重超标, 1997 年不得不停止北京市饮用水的供给, 进一步加
的安全和发电供水质量等一系列问题[ 4, 5] 。 2 2 1 水库防洪标准降低
由于泥沙淤积使防洪库容减少, 防洪标准降低, 80 年代初官厅水库的防洪标准已由原设计的千年 一遇, 降到 370 年一遇。1986 年水库大坝加高到 492m, 虽然增大了防洪库容, 但仍难于满足设计标准, 直 接威胁着北京和天津等地的防洪安全。 2 2 2 妫水河口拦门沙淤堵, 使水库调节能力削弱, 供水无保证
土保持和水库拦沙) 、中游用沙( 水沙综合利用和优化配置) 、库区治 沙( 挖泥疏浚) 和下游排沙用沙等内容的流
域水沙综合治理措施, 给出了官厅水库泥沙淤积 治理的应急、近期及中长期的治理方案。
关键词: 官厅水库; 泥沙淤积; 综合治理措施; 挖泥疏浚
中图分类号: TV145
文献标识码: A
文章编号: 0468 155X( 2004) 02 0011 08
剧了首都水资源短缺的局面。水质污染的同时, 库区泥沙污染也较严重, 特别是库区底部的淤泥污染。 面对官厅水库如此严重的泥沙淤积问题和水环境污染问题, 开展官厅水库的综合治理, 恢复水库的
防洪供水功能势在必行, 本文在作者近年来的研究成果的基础上, 从流域水沙优化配置的角度出发, 提 出了官厅水库泥沙治理的综合治理措施。
表 1 官厅水库工程特性表 T able 1 Main parameters of the Guanting reservoir
项目
表 2 官厅水库 1955~ 1997 年三角洲不同部位的淤积情况 T able 2 Delta sedimentation of the Guanting reservoir from 1955 to 1997
三角洲部位
异重流
前坡段
顶坡段
尾坡段
妫水库
淤积量 106m3 所占百分数 %
13Байду номын сангаас 12 21 73
45 290
8 800
483 07
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改建后 492 0 52 0 423 0 7 020 11 460 18 000 484 84 490 0 476 0
项目
最高蓄水位 m 死水位 m 总库容 m3
防洪库容 m3 兴利库容 m3
死库容 m3 溢洪道泄流量 m3∃s- 1 泄洪洞泄流量 m3∃s- 1
1986 年大坝加高至 492m, 虽然增大了防洪库容, 随着水库水位的抬高和库尾淤积的进一步发展, 带 来一系列生态环境的新问题, 从长远看, 还加大了防洪的风险。官厅水库正常高水位下的回水末端约在 距坝 25km 的夹河村附近, 由于泥沙的剧烈淤积, 使淤积末端不断向上游延伸, 20 世纪 80 年代洋河淤积 末端距坝约 35km, 桑干河淤积末端距坝约 31km, 淹没损失明显扩大; 随着淤积末端向上游延伸, 使河床 高于两岸地面, 两岸地下水位抬高, 造成库周土地盐碱化面积不断扩大。 2 2 4 坝前淤积面抬高, 直接影响泄洪建筑物的安全与发电和供水质量
图 1 官厅水库泥沙淤积三角洲的变化过程 Fig. 1 Processes of the delta sedimentation in the Guanting reservoir
2 2 官厅水库存在的主要问题 严重的泥沙淤积造成了水库防洪标准降低、供水无保证、库周淹没损失扩大, 以及影响泄洪建筑物
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口处出现分流, 由异重流分流淤积形成, 其抬高速度较慢, 坎顶高程从 20 世纪 60 年代的 464m 上升到 70 年代末的 467m; 从 1979 年以后, 永定河来水主流从右岸转向左岸, 库区淤积三角洲逐年向妫水河口门 附近推进, 拦门沙主要由三角洲前坡向前推进, 淤堵速度明显加快, 其高程已从 80 年代中期的 469m 淤 高至 1995 年汛前的 474m。
改建前 479 0 471 47 22 70 10 7
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改建后 479 0
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2 官厅水库泥沙淤积及存在的主要问题
2 1 官厅水库泥沙淤积
一方面, 官厅水库来水来沙条件的主要特征是水少沙多, 另一方面, 水库长期采用蓄水拦沙运用方 式, 造成严重的泥沙淤积问题。据实测资料统计[ 3, 4] , 1953~ 2000 年官厅水库累积淤积 6 5 # 108 m3 , 占原 设计总库容的 29% , 由于来水来沙和运行条件的不同, 淤积量年际变化也有很大的差异, 50 年代年均来 沙量最大, 为 7 041 # 104t , 相应的年均淤积量也最多, 为 5 043 1 # 104m3; 70 年代年均来沙量减少至 1 077 # 104t, 泥沙淤积量也大幅度减少为 895 1 # 104m3; 进入 80 年代, 由于来水来沙量进一步减少, 年均淤积 量也相应减少到 322 # 104 m3 , 90 年代年均淤积量为 489 # 104m3 。
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冬季干燥少雨, 降雨主要集中在夏季。据 1918~ 2000 年水沙资料统计表明[ 2, 3] , 多年平均径流量和输沙 量分别为 14 63 # 108m3 和 59 4 # 106t ; 官厅水库修建以来, 多年平均径流量为 9 15 # 108m3 , 年沙量为 17 46 # 106t ; 特别是近 20 年来, 年径流量及输沙量大幅减少, 多年平均径流量和输沙量分别为 4 27 # 108 m3 和 3 55 # 106 t, 仅为多年平均值的 29 2% 和 6 0% 。
官厅水库是我国 20 世纪 50 年代在多沙河流上修建的第一座大型骨干水库, 1951 年动工, 1955 年
10 月正式蓄水运用, 工程的主要目标是: 防洪、供水、发电、灌溉。工程建筑物包括土坝、溢洪道、泄洪洞
及发电引水隧洞等, 1986 年工程改建加高大坝 7m, 工程主要技术指标如表 1 所示。
238 8 37 84
169 48 26 86
29 26 4 64
56 30 8 92
另外, 由于官厅水库特殊的边界条件( 永定河库区和妫水河库区以狭窄的妫水河连通) 和水沙条件 ( 永定河来水来沙量远大于妫水河) , 泥沙在妫水河口附近淤积形成拦门沙。拦门沙的发展与三角洲前 坡淤积、永定河主流位置和异重流分流淤积有密切的关系。在拦门沙的不同发展阶段, 三角洲淤积和异 重流淤积所起的作用是不同的。在 1979 年以前, 拦门沙主要是大水大沙年的水库异重流运动到妫水河
官厅水库淤积发展以典型的三角洲形态向前推进( 如图 1 所示) , 淤积三角洲顶点逐渐从 50 年代末 的永 1022+ 1 断面移至 60 年代的永 1010+ 2 ∀ 永 1010 断面, 然后再移至 70 年代至 90 年代的永 1010 ∀ 永 1009 断面或者以下, 且随着水沙条件、主流河势和水库运行水位的变化而上提下挫或左右摆动, 特别 是在 1970~ 1990 年期间尤为突出。从表 2 所示的三角洲淤积分布情况可以看出, 1955~ 1997 年间, 淤 积三角洲的坝前段、前坡段、顶坡段、尾坡段和妫水河库区对应的淤积量分别为 137 12 # 106t 、238 8 # 106t、169 48 # 106t、29 26 # 106t 和 56 3 # 106t, 分别占总淤积量的 21 73% 、37 84% 、26 86% 、4 64% 和 8 92% 。其中 90% 以上的泥沙淤积在永定河库区, 使永定河库区的调节库容大大减少。
流域受蒙古高压控制, 属于半干旱大陆性气候, 夏季凉爽而时短, 冬季严寒而漫长, 春秋两季风大,
收稿日期: 2003 12 09 基金项目: 水利部科技创新项目 流域水沙优化配置与泥沙资源化研究( 编号: Scx2003- 01) 的资助 作者简介: 胡春宏( 1962 ) , 男, 浙江人, 博士, 教授级高工, 主要从事水力学及河流动力学研究。
官厅水库以上流域主要有三条支流: 洋河、桑干河和妫水河, 其中洋河流域面积为16 710km2、桑干 河流域面积为25 840km2, 这两条支流占官厅水库上游流域面积的 91% , 是主要的产水产沙来源区, 妫水 河流域面积为 852km2, 是水库主要的蓄水区域。
流域内植被条件极差, 高覆被面积( 植被度大于 70% ) 约为7 183km2, 中覆被面积( 植被度为 30% ~ 70% ) 约为6 320km2, 低覆被面积( 植被度小于 30% ) 约为3 531km2; 而植被很少的裸 露面积约为28 152 km2, 占流域面积的 64 9% 。河川区由于大面积耕作, 森林覆盖受到限制, 有的地区更受到风沙、土质影 响, 树木生长极慢。
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2 2 5 水资源短缺及水质污染 随着北京地区及流域 内社会经济的 迅速发展, 用水量逐年增 加, 且对 水质的要求逐渐 提高。与
1949 年相比, 北京市总用水量增长了 40 倍, 其中工业用水增长了 31 倍, 城市自来水用量增长了 85 倍。 而作为北京市两大供水水源之一的官厅水库蓄水量近期进一步减少, 同时, 工农业迅速发展导致官厅水 库流域内污水排放量增加, 1999 年入库污水量达 1 21 # 108t, 造成官厅水库的水质污染严重, 其中氨氮、 BOD5、挥发酚、非离子氨、重金属含量等均严重超标, 1997 年不得不停止北京市饮用水的供给, 进一步加
的安全和发电供水质量等一系列问题[ 4, 5] 。 2 2 1 水库防洪标准降低
由于泥沙淤积使防洪库容减少, 防洪标准降低, 80 年代初官厅水库的防洪标准已由原设计的千年 一遇, 降到 370 年一遇。1986 年水库大坝加高到 492m, 虽然增大了防洪库容, 但仍难于满足设计标准, 直 接威胁着北京和天津等地的防洪安全。 2 2 2 妫水河口拦门沙淤堵, 使水库调节能力削弱, 供水无保证
土保持和水库拦沙) 、中游用沙( 水沙综合利用和优化配置) 、库区治 沙( 挖泥疏浚) 和下游排沙用沙等内容的流
域水沙综合治理措施, 给出了官厅水库泥沙淤积 治理的应急、近期及中长期的治理方案。
关键词: 官厅水库; 泥沙淤积; 综合治理措施; 挖泥疏浚
中图分类号: TV145
文献标识码: A
文章编号: 0468 155X( 2004) 02 0011 08
剧了首都水资源短缺的局面。水质污染的同时, 库区泥沙污染也较严重, 特别是库区底部的淤泥污染。 面对官厅水库如此严重的泥沙淤积问题和水环境污染问题, 开展官厅水库的综合治理, 恢复水库的
防洪供水功能势在必行, 本文在作者近年来的研究成果的基础上, 从流域水沙优化配置的角度出发, 提 出了官厅水库泥沙治理的综合治理措施。
表 1 官厅水库工程特性表 T able 1 Main parameters of the Guanting reservoir
项目
