小浪底水库坝前漏斗区泥沙测验分析

第３２卷第２期　２００６年２月　水力发电　文章编号：０５５９—９３４２（２００６）０２—００６３—０４　小浪废水库坝前漏斗区泥沙测验分析　台树辉，李珍，唐红海　（小浪底水力发电厂，河南济源４５４６８１）　关键词：泥沙测验；坝前漏斗区；水库运用方式；浑水层；水下测量；小浪底水库　摘要：小浪底水库坝前漏斗区的形成和发展，直接影响到枢纽建筑物的安全运行。为了保持塔前“门前清”，掌握坝前　漏斗区的形成和发展。保证水库进入拦沙后期和正常运用期的正常运用，对坝前漏斗区进行了泥沙测验分析。结果表　明：目前漏斗区范闱内纵向坡度较缓，尚没有明显的漏斗形成，仪在坝前和塔前２００ｍｘ１　０００　ｎｌ范围形成了漏斗雏形。　Ｓｅｄｉｍｅｎｔ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｕｐｓｔｒｅａｍ　Ｆｕｎｎｅｌ－ｓｈａｐｅｄ　Ｚｏｎｅ　ｏｆ　Ｘｉａｏｌａｎｇｄｉ　Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　Ｔａｉ　Ｓｈｕｈｕｉ，Ｌｉ　Ｚｈｅｎ，Ｔａｎｇ　Ｈｏｎｇｈａｉ　（Ｘｉａｏｌａｎｇｄｉ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｐｌａｎｔ，Ｊｉｙｕａｎ　Ｈｅｎａｎ　４５４６８　１）　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：ｓｅｄｉｍｅｎｔ　ｎｌｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｕｐｓｔｒｅａｍ　ｆｕｎｎｅｌ—ｓｈａｐｅｄ　ｚｏｎｅ；ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ；ｍｕｄｄｙ　ｗａｔｅｒ　ｌａｙｅｒ；　ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ　ｎｌｅａｓｕｒｅｎｌｅｎｔ；Ｘｉａｏｌａｎｇｄｉ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｆｏｒｍ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｕｎｎｅｌ—ｓｈａｐｅｄ　ｚｏｎｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｕｐｓｔｒｅａｍ　ｏｆ　Ｘｉａｏｌａｎｇｄｉ　Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｗｉｌｌ　ｄｉｒｅｃｔｌｙ　ａｆｆｅｃｔ　ｔｈｅ　ｓａｆｏ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｋｅｅｐ”ｉｎｔａｋｅ　ｔｏｗｅｒ　ｃｌｅａｎ”。ｔｏ　ｍａｓｔｅｒ　ｔｈｅ　ｆｏｒｍ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｕｐｓｔｒｅａｍ　ｆｕｎｎｅｌ－ｓｈａｐｅｄ　ａｎｄ　ｔｏ　ｇｕａｒａｎｔｅｅ　ｔｈｅ　ｎｏｒｍａｌ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｅｎｔｅｒｉｎｇ　ｌａｔｅｒ　ｓａｎｄ—ｉｎｔｅｒｃｅｐｔｅｄ　ｓｔａｇｅ　ａｎｄ　ｎｏｒｍａｌ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｐｅｒｉｏｄ，ｔｈｅ　ｓｅｄｉｍｅｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｕｐｓｔｒｅａｍ　ｆｕｎｎｅｌ—ｓｈａｐｅｄ　ｚｏｎｅ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｆｕｎｎｅｌ—ｓｈａｐｅｄ　ｚｏｎｅ　ｉｓ　ｇｅｎｔｌｅ　ｉｎ　ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｏ　ｎｏｔ　ｓｔｉｌｌ　ｆｏｒｍ　ｏｂｖｉｏｕｓ　ｆｕｎｎｅｌ　ａｎｄ　ｏｎｌｙ　ｈａｓ　ａ　ｅｍｂｒｙｏｎｉｃ　ｆｏｒｍ　ｗｉｔｈ　ａ　ｓｊｚｅ　ｏｆ　２００ｍｘｌ０００ｍ．　中圈分类号：ＴＶ１４５．３（２６１）　文献标识码：Ａ　１　小浪底水库坝前漏斗区基本情况　内，由各泄水和发电洞进口组成，呈一字排列布置。泄水建筑　物泄水排沙时坝前水流流态不仅受水位高低的影响，同时受　小浪底水库漏斗区指坝前泥沙冲淤发展最终形成类似　迎水面的大坝顶托和左岸特定地形条件影响。进水塔前正面　漏斗形态的区域。经有关模型ｂ￡验取得的相关成果。坝前漏　有１个高程２４１　ＩＴＩ的山梁，使黄河来水来沙对进水塔形成侧　斗区在距大圳约４．２　ｋｍ范围内。小浪底建管局根据泥沙冲　向进水。当水位低于塔前ＩＩＪ粱高程时，由于黄河主洫Ｊ　左转　淤发展需要．在该范围内采取加密断面法进行观测。在坝前　折后，水流挟沙进入塔前区，塔前区水沙叉向　急转近９０。后　漏斗区范围内布设了３１个横断面，断面布设方式为平行进　通过闸孑Ｌ下泄。　水塔迎水面。其中０１～１０断面平均间距９１　ｍ：１０～２０断面平　均间距２００　ｍ：２０—３１断面平均间距１３６　ｍ，断面之间的密度　３坝前漏斗区岸边地形　呵较好地反映漏斗区泥沙冲淤情况，断面布设情况见图ｌ。　小浪底水库坝前区地形复杂，极不规整，塔前有１个【ｆＩ　坝前漏斗医泥沙淤积断面测量采用双频回声测深仪进　梁体．山梁体后又有小支流的宣沟，再往上左岸有大峪河汇　行断面法测量和条带测深仪相结合的测量模式进行（漏斗区　人．漏斗区范周内的岸线极为凹凸弯曲。右坝窟前方１　３００　ｍ　无浑水时，可采用条带测深仪对漏斗区水下部分进行地形法　处有小清河（石门沟）　［人，在干流和支流交汇处已建成了１　测量）。测船采用ＧＰＳ　ＲＴＫ技术实时定位，导航系统采用　个隧洞引水工程。２００５年５月实测坝前漏斗区水下地形见　Ｈｙｐａｃｋ导航软件进行导航，确保定位精确。其中，进水塔前　图２。　０１断面（距进水塔６０　ｍ）按照《小浪底水利枢纽拦沙初期运　从图２可以看出：小浪底水库１７９　Ｉｌｌ高程等高线在塔　用调度规程》要求．采用在『司定断面施放铅鱼测深的方法进　前和坝前形成了长９００　ｍ、宽２１０　Ｉｎ、面积约为０．Ｊ６　ｋｍ　的　行数据校核。　２枢纽泄水建筑物布置　收稿Ｅｔ期：２００６—０１—１６　作者简介：台树辉（１９７ｌ一），男，陕西安康人。丁程师，现主要从　枢纽工程主要泄水建筑物集中布置在大坝左岸风雨沟　事小浪底水库泥沙测验工作．　Ｗ￣ａｅｒ　Ｐｏｕｗ　ｌ　３２　Ｎｏ．２圈　维普资讯 http://www.cqvip.com

水力发电　２００６年２月　图１　坝前漏斗区横断面示意　』Ｊ　２５几　２５００　３０００　３５０（）ｌ０００　４５００　ｎ／ｍ　图３　２００５年５月实测坝前漏斗区纵向河底平均泥沙淤积高程　前泥沙淤积的逐渐抬Ｙｌ‘，塔前０１断面进水塔泄罔内横　坡　度有所变缓　从目前观测结果看，塔前淤积高程控制在安全　图２　２００５年５月实测坝前漏斗区水下地形　范　Ｉ　ＨＩＪ１８３　５　ｍ以下．泄水排沙洞闸门启闭安全是有保证的　“长条”形　域：１８０　ｍ高程等高线在塔前和坝前形成了长　（参见图４）。　１　ｌ２０　ｎ１、宽２３０　ｍ、面积约为０．２６　ｋｍ　的“橄榄”彤区域　塔　的和坝前“小漏斗”区的形成及发展对枢纽安全及稳定至父　重要。　Ｅ　＼　４坝前漏斗区有关测验成果　１Ⅱ匡　嶝　４．１　漏斗区纵向淤积形态　宣　从２ｏｏ５年汛前漏斗区纵向河底平均泥沙淤积高稗（　图３）可以看ｆｎ．漏斗区河床＿基本处于平淤状态．河床淤积高　０　５００　—＿（　一一—　高　‘——　）（）　在１７９．６　１８１．３　ｍ之间，变幅不大，纵向坡度为０．０３９％。　起　一　．　ｉ／ｍ　４．２进水塔前Ｏ１断面淤积情况　图４　２００３～２００５年塔前Ｏ１断面淤积高程　进水塔前Ｏ１断面（　进水塔６Ｏ　Ｉｎ）是我们测量的重点，　该断面泥沙淤积　程直接关系到泄水孑Ｌ涧闸门的启闭安全。　５　２００２—２００５年度调水调沙期间排沙情况　近几年观测成果显示．２００４年、２００５年塔前平均淤积高稗分　５．１　２００２年调水调沙运用情况　别上升０．４８、２．１９　ｍ；２００４年、２００５年坝前平均淤干ｊｌ高程分　２００２吓为调水调沙运用的筇１年，调水调沙的时间为　别｝　升０．９８、１．８３　ｍ。塔前和坝前淤积高度均在不断抬升。塔　２００２年７月４日９时～７月ｌ５日９日ＩＪ　．水ｆ讧变化ｌ在２３６．５６～　前０１断面起点距６００　９００　１１１范同内，２００３年、２００４年、２００５　２２３．９　１１１之间；入库水量９．６９亿ｍ　，出库水量２５．６９亿ｍ　：入　年其横向坡度分别为０．９２％、０．８３％、和０．７％　随着塔前和　库沙量２．∞亿ｔ，　库沙节Ｏｌ３１９亿ｔ．排沙比１５　３％　圈　ｍ　ｒ　Ｐｏｕ　Ｖｏ１．．圯Ｎｏ．２　’　维普资讯 http://www.cqvip.com

第３２卷第２期　台树辉。等：小浪底水库坝前漏斗区泥沙测验分析　５．２　２００３年调水调沙运用情况　２００３年为调水渊沙运用的　２年．凋水调沙的时间为　２００３年９月６　ＦＩ　９时一９月ｌ８　Ｒ　ｌ８时，水位变化在２４６．１～　２４９．０７　ｍ之Ｉ　；入库水最２４．２７亿ｍ３，出库水量ｌ８．２５亿ｍ　；　入库沙量Ｏ．６９亿ｔ．出库沙量Ｏ．７４亿ｔ，排沙比１０７．３％。　２００３年调水调沙效果较好。塔前０ｌ断面（距进水塔６Ｏ　ｍ）坝前和塔前泥沙淤积高程变化情况见表ｌ。　表１　２００３年调水调沙前后塔前Ｏ１断面关键　测验指标变化情况　ｍ　５．３　２００４年调水调沙运用情况　２００４年为渊水凋沙运用的第３年，本次调水调沙分２个　阶段：第ｌ阶段为２００４年６月１９口９时～７月１３日８时，　水位变化住２４９　０６　２２４＋９８　ｍ之间；入库水量ｌ１．２亿ｍ　，山　库水量４３　７５亿ｍ３；入库沙量４．３２亿ｔ，出库沙　０．５３亿ｔ，　排沙比ｌ２．３％。第２阶段为２００４年８月２３日ｌ２时一８月３Ｏ　Ｒ　ｌ２时．水位变化住２２４．９９—２１８．４８　ｍ之问；入库水量９＋２　亿ｍ３，出库水量ｌ３．３６亿【ｎ　：入库沙量１．７２亿ｔ，出库沙　１．４２３亿ｔ。排沙比８２．７％。　２ｏｏ４年第１阶段调水渊沙人工　造异莺流成功，塔前　Ｏ３断面（距进水塔１６０　ｎ１）坝前和塔前泥沙淤积高程变化情　况见表２　笫２阶段调水调沙冈异重流形成浑水水库，塔前　０１断面（距进水塔６０　ｍ）坝前和塔前泥沙淤积高程变化情况　见表３　表２　２００４年第１阶段调水调沙前后塔前０３断面关键　测验指标变化情况　ｍ　表３　２００４年第２阶段调水调沙前后塔前０１断面关键　测验指标变化情况　ｍ　５．４　２ｏ０５年调水调沙运用情况　２００５年为调水调沙运用的第４年，调水调沙的时间为　２００３年６月１６日９时一７月ｌ　Ｅｌ　６时，水位变化在２４７．８６￣　２２４．７４　ｍ之问；入库水量５．３５亿ｍ　，　库水量３８．８３亿ｍ　；　入库沙量０．４５亿ｔ．ｍ库沙量０．０１７亿ｔ，排沙比３．７８％。　２００５年渊水调沙期间塔前０３断面（距进水塔１６０　１／１）坝　前和塔前泥沙淤积高程变化情况见表４。　从近几年来水库运用的情况看。利用凋水调沙进行库区　排沙是一个较好的方式，特别是利用异重流排沙。既可以降　低进水塔前和坝前河底泥沙淤积高程，义町以将坝前形成的　表４　２００５年调水调沙前后塔前Ｏ３断面关键　测验指标变化情况　＂　水水库的泥沙排　库外．时保持塔前“门　清”是有利的。　６　坝前浑水层情况　近３年的观测表明，每干Ｆ汛期库区均柏　异荸汛形成Ｊ｛　运　行到坝前，在坝前形成浑水水库．浑水水库持续时间与泄水　孔洞运＿阡Ｊ有关。如不能及时将浑水排除库外，汗水水Ｊ荦１玎持　续到ｌ１月底。　存异重流运动到坝前形成浑水水库的过程叶　，我们存坝　前固定断面　定他置进行泥沙取样＿丁作。每当异蕈洫运行到　坝前处于起涨阶段时，萁含沙量在垂线上随深度增ＪＪｆ１而变　大，变化趋势呈“斜折线”彤；肖坝前浑水层逐渐变薄时，其禽　沙量沿垂线随深度增加而变大，梯度变化叫显，且变化趋毋　呈“板凳”形。近河底浑水含沙赶一般在３００～４００　ｋ　ｍ。之间。　从近几年的观测结果可以看　，虽然含沙　随深度增加　而变大，佴泥沙粒径没有明显的变化。每当形成　水水库。无　论是浑水层上涨阶段还是下降阶段，坝前垂线泥沙中值粒径　为０．００４　０．００５　ｍｍ．平均粒径为０．００５—０．００６　ｍ。这表明存肆　重流运行到坝前，浑水层不论是上升还是下沉阶段，泥沙粒　径组成基本相同，均属于粉砂类泥沙。如将　水水库中的　沙及时下泄．这部分泥沙完全可以随水流挟沙人海，月．不会　对下游河床造成淤积；但是，粉砂类泥沙存＿ｉ＿！』ｌ前淤积形成的　防渗铺盖可减少坝基渗水量，填充粘土堆ｆ　坝坝体，从而起　到较好的防渗作用。　从２００３年、２００４年浑水水库变化情况（图５，６）Ｆ叮以看　出．浑水层厚度最高分别达到２３．３　ｍ和２０．８　ｍ，浑水水库形　成历时随上游来水来沙及水库运用方式不同而　同。当浑水　层处于起涨阶段时。塔前泥沙淤积高程随之上升；　泄洪孑Ｌ　洞闸门开肩后．浑水层厚度急剧下降，塔前泥沙淤积高程也　随之相应下降。　｝Ｌｌｆ底ｆ宙ｆ　附羿ｉｌｉｉ高　Ｅ　＼　姬　囤５　２００３年塔前Ｏ１断面浑水层变化情况　Ｗａｔｃｒ　Ｐｏ，，，ｅｒ　Ｖ¨｝．３２　２　ｍ　维普资讯 http://www.cqvip.com

水力发电　｛２ｌ（）　日　＼　掣　｛嗄　鉴　窿　１　７（）　１５（）　６ｏｆ）１２ｏ（）ｌ　８０（）２４０（１：Ｉｏｏｏ：３６００　４２０（）４８００　５４ｏｏ　起点　！／．Ｉ　图７支流小清河纵向河底平均泥沙淤积高程　口期　从小浪底水『＿荦每年　水发生与消失的时间　姗柬看．坝前漏　围６　２００４年塔前Ｏ１断面浑水层变化情况　斗　泥沙的沉积主爱集中住９月下旬到ｌＯ月份期间．如果　这一叫‘期能及时排　这部分浑水．对于抑制小浪底水库坝　７坝前右岸小清河泥沙淤积情况　Ｉ前河底泥沙淤积高程将起很大的作　当异电流运行到坝　小清河位于黄河右岸距大坝１　３００［１１处。小清河泥沙淤　前或形成浑水水库时，应扁州相对高程较低的泄洪洞进行　积高程变化受坝前泥沙影响很大，河内泥沙淤积均柬自＿Ｆ流　｝ｆ【＝ｌ流。　泥沙倒灌。小清河内现布设了４个观测断面：２００５年汛前小　（２）利用异蕾流排沙是减少水库淤积，延长水库有效使　清河Ｏｌ断面（距小清河口４１０　ｍ）、０２（距小清河河ｕ　ｌ　２２０　Ｊ『Ｊ辱命的电要手段。为维持水库Ｋ远利益、保持水库有效库　１１１）断面其实测淤积高程分别为１８ｌ　６、ｌ８３，７　ｉｉ１．与１９９９年断　容的长久性，如条什具备应掌握排沙时机，特别是降低库水　面淤积高程１５５．７、ｌ７８．８　Ｉｌｌ相比分圳增加２５．９、４　９　ｍ，但河　ｆ　大流世下泄冲艋０河床，尽可能调整库区泥沙淤积形态．使　口区域尚未出现“拦门坎”现象（见同７）。　其，尢侵　“死库容”以Ｆ部分。　（３）目前漏斗区范围内（４．２　ｋｍ）纵向坡度较缓。尚没有　８结论　明　的漏斗形成，仪住坝前和塔前横向形成长约２００　１１１、宽　（１）塔前泥沙淤积高程的变化取决干泄洪洞的运用情况。　约１　ｏ０ｏ　ｉｉ１的漏　一雏彤．　．业　｝　｝业业　｝　ｅ　｝ｊ　业业逝业业ｊ；｝ｊ　业ｊ　业业业站出穹妊业ｊ　业－Ｎ，６－业　业　ｊ　业　业　业　业啦　（上接第３２页）碾　混凝土施工中，根据气温、凝结时问、　凝士致密、防水　水泥基渗透结晶型防水涂料不同Ｆ其他防　水胶比要求，用层间结合剂调制成层面用净浆．当碾　混凝　水材料，传统材料是住混凝土表面形成隔水膜层，在初始阶　土层面出现失水、初凝、雨水淋浸和泌水等造成浆液流失导　段非常有效，　随着时间的推移，其性能逐渐退化而失去防　致层间结合力下降情况时，在层面喷洒２—３　ｍｍ的层问结合　水效果。　水泥基渗透结晶型防水涂料的防水性能随时间持　净浆，可使层问结合力满足设计要求。对于双曲薄拱高坝．也　续增强，并具有独特的自我修复能力，一旦混凝土巾产生新　可以在变态混凝士净浆中加入层间结合剂，使变态混凝土的　的细微缝隙，有水渗入时，就会广：生新的晶体将水堵住，这样　抗渗、抗裂等级进一步提高。　就大大减少了二次处理的费用　２．３．３坝面涂抹抗渗膜层防渗　表面抗渗涂膜材料的作用．是修补混凝土表面由于各种　３结语　托应力产生的表面龟裂缝、冷缝和由于漏振产生的蜂窝气　随荷我固水电事、　的进一步发展，混凝土高坝、拱坝也　泡。防渗涂料在混凝土表面形成一层致密的防渗膜，使水不　越来越多，＿鼹　混凝土坝由于　快速性、经济性而成为首选　至于继续渗漏，水压力不直接作用在层面上。Ｌｊ前用Ｆ碾　型　碾厣混凝　高坝防渗结构可采用“棒”、“喷”、“抹”的施　混凝土坝面的抗渗膜层材料有水泥基防水涂料（刚性）、合成　工Ｔ岂　即：　迎水面川掺纤维变态（■或二三级　）混凝土．在　高分子防渗涂料（秉性）、渗透结晶型防渗涂料（复合型）等几　防渗区层面喷洒层间结合剂以增强层间粘结力，在坝面涂抹　大类　合成商分子防渗涂料由于其施工繁琐．质量不好控制，　２￣３　ｍｍ厚的水泥结晶型扰渗膜。采用这种施工工艺可以使　已逐步被水泥基防渗涂料所替代，现在新型的水泥基渗透结　碾压混凝土高坝的防渗厚度大大减薄，混凝土量减少而防渗　晶型ＣＲ６８防水涂料足目前市场上质量较好的防渗涂料　水　效果增强，坝圳ｎｆ以进一步优化，更加显现出碾压混凝土筑　泥基渗透结晶型防水涂料是…种粉状的渗透结晶型产品，由　坝的快速性和经济性。同时，碾压混凝土抗渗结构的优化．高　水泥、石英砂和多种活性化学成分配制而成，与水作用后．　坝防渗技术难题的解决，使碾压混凝七筑坝工艺更卜一个台　料中含有的活性化学物质通过水载体向混凝土内部渗透，在　阶。　碾爪混凝土廓拱坝逐步取代常态混凝土高拱坝成为可以　混凝土中形成不溶于水的结晶体，填充毛细孔道．从ｆｆＩｊ使混　宴现的目标　圈Ｗｏｔｅｒ　Ｐｏｗｅｒ　ＶｏＬ３２．Ｎｏ．２　●　。　　．