浅议经验面积减少法在泥沙坝前淤积计算中的问题

淤积计算中的问题安莉娜，黄春江(中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳550081)摘 要：水库工程设计中，泥沙淤积计算直接关系到水库的规模、寿命及综合经济效益的发挥；坝前泥沙淤积高程

的确定，直接影响到坝体设计及死水位的选择\"“经验面积减少法”是用来对水库泥沙淤积分布做粗略预估的一种方

法，适用于某些资料相对较少和泥沙设计相对简化的水库泥沙计算\"对采用经验面积减少法推算非洲坦桑尼亚某水

电站工程坝前泥沙淤积深度的结果进行了初步分析，结果表明，在无资料地区，且对工程区域缺乏实地考察及经验

的情况下，经验面积减少法推算泥沙淤积深度的结果可能存在较大差异，需在设计中引起重视\"

关键词：淤积计算；泥沙淤积；经验面积减少法Disccssion on the Problem of Empirical Arra Reduction Method in Sedimentation Calculation beforr Sediment DamAN Lina, HUANG Chunjiang(PowerChina Guiyang Engineering Corporation Limited, Guiyang 550081, Guizhou, China)Abstract: In the design of reserveir engineering, the sedyiientation calculation is directly related to the scale, life time and

cemprehensive ecenomie benefit of the reserveir. The determination of sedimentation elevation before the dam directly affects the design of dam and the selection of dead water level. The empirical area reduction method is a way to roughly estimaW

reserveir sedimentation distribution, and is suitable for the reserveir sedimentation calculation with relatively few data and relatively simplified sediment design. The calculation results of empirical area reduction method in the calculation of

sedyiientation depth in front of the dam of a hydropower station in Tanzania, Africa are analyzed. The results show that, in the case of no data, and no field investigation and experience in engineering area, the calculation results of empirical area reduction method may have larae differences, which need to be cencerned in the design of engineering.Key Words: sedyiientation calculation; sedyiientation; empirical area reduction method中图分类号：TV145

文献标识码：A

文章编号：0559-9342 % 2019) 09-0080-040引言水库工程设计中，泥沙淤积计算直接关系到水 库的规模、寿命及综合经济效益的发挥；坝前泥沙

B水电站工程，介绍经验面积减少法的应用以及在 应用中发现的问题\"1流域水文泥沙概况1. 1 河流基本情况A河位于坦桑尼亚%以下简称“坦桑”）境内，河 长约600 km,源头位于坦桑南部，出口于印度洋，

淤积高程的确定，直接影响到坝体设计及死水位的 选择；库区泥沙淤积分布，关系到水库的兴利效益;

回水末端及翘尾巴高度的确定，则是移民搬迁规划 的重要依据。因此，水库泥沙淤积问题是工程设计 中必需首先解决的问题。随着我国“一带一路”的战

流域面积18.4万km2 ,是坦桑境内9个流域中面积略实施，非洲的国别水电站建设项目越来越多，针 对非洲大部分河流泥沙观测资料不完整，甚至无泥

\"\"收稿日期： 2019-07-07作者简介：安莉娜（1975 ―）,女%满族）,辽宁沈阳人，高级工 程师，硕士，主要从事水文水资源及规划设计相关研究.

沙观测资料的实际情况，本文结合非洲A河流域的Waer Powr Vo.+45 No+9第45卷第9期安莉娜，等：浅议经验面积减少法在泥沙坝前淤积计算中的问题橫黝专委会年会专栏最大的，流域内有常年、季节性和间歇性河流。A 是产流贡献仅为13% ,主要是大部分水量被Usangu 平原湿地蒸发。受流域地形和湿地等影响，K来水

河流域降水约占全国总降水的1/3 ,径流总量约占 全国径流量的一半\"Rufijl流域主要由四大子流域构

较为平稳，很少发生急促的山洪，加之K河道平缓, 湿地遍布，K产沙量较小。流域40%的植被为林地,

成,分别是G# K# L和R流域\"A流域径流主要来

自K流域% 62% ）, K流域面积仅占全流域的22% , 但是流域内降水量几乎是其他子流域的2倍。A流

32%的植被属于林地和灌木丛或者是草地，不同地 区的植被类型差异巨大，暴雨来临时，落叶性的林

域径流较大，其所蕴藏的农业、能源、自然资源和 服务业的潜力对坦桑意义非凡。地、灌木从和草地在长出叶茎前无法很好的阻止水 土流失，这些植被占据了 L流63%的地区，广泛分

1.2 土壤基本情况A流域内土壤主要源于地质母岩风化，且主要土 壤是来自L流域的风化砂岩，页岩和粉砂岩的沙，淤 泥和粘土。G下游和K下游以红褐色淤泥/粘土、沙

布于风化岩石和陡坡之上，产沙量可能很大。K流 域森林和湿地可以有效降低急流和产沙量，G河内

陆地区植被很差，部分地区为刺丛林覆盖，但是大

部分仍是林地和灌木丛。FAO组织对1955年〜1959年4年泥沙资料估算 流域多年平均悬移质输沙量为1 220万t。根据样本

和淤泥为主。G上游以沙质土壤、细淤泥和粘土火山 土为主，由片麻岩，角闪石，石英岩，辉长岩，斜长 角岩，页岩和泥岩风化而成。R、G和K流域的洪泛

资料，年悬移质输沙量介于600万〜3 900万t。因 此，从安全角度出发考虑25%的增量。多年平均推

平原以黑土壤和稀疏分布的沙和淤泥土壤为主。L流 域以红色粗粒到中粒砂、淤泥和粘土为主，主要由变

移质输沙量取多年平均悬移质输沙量的20%。因 此，坝址处多年平均输沙量取2 500万t。质砂岩、泥岩、页岩和大陆型粉砂岩风化而成。1.3径流特性A流域雨季是11月〜次年5月，降水主要集中 在12月~次年4月，占全年的87% ,旱季6月〜10 月降水仅占全年降水的3-6% ,具备鲜明的旱季雨

2经验面积减少法简介［1'4］经验面积减少法是由美国博兰和米勒％ Borlandand

Millar）建立，后经莱拉% Lara）修正的用来对水库泥 沙淤积分布做粗略预估的一种方法。该方法以水库

季特性。流域内降水特性与径流特性基本一致，受 流域调蓄影响，径流稍滞后于降水，径流主要集中

形状为主要依据% 一般水库的库容c与水深］的关系

在月〜5月,占全年径流总量的79% , 6月〜112

为c = 0k。式中，指数m定义为水库的形状系数， 在对数纸上为水深h与库容c关系斜率的倒数；0为 系数）。把水库划分为四种类型，不同水库类型对应

月径流仅占全年的21% ,多年平均流量为896 m3/So位于A河的B水电站坝址上游的流域面积15. 8 万 km2。不同的泥沙淤积分布。美国垦务局在后来的实际运 用过程中又对水库泥沙淤积分布曲线类型选择进行

1.4泥沙特性A流域主要由G河、K河及L河构成，3条支 流的产流特性差异巨大。就水量贡献来讲，K河流

了补充和改进，主要认为水库运用方式也是确定水

库泥沙淤积分布最重要的因素之一， 在利用水库泥

域面积仅占1/5，但是产流量超过一半。L河流域面 积占1/5 ,水沙贡献较为显著° G流域占47% ,但

沙淤积分布曲线进行水库泥沙淤积分布设计时， 应

综合考虑水库的运用方式及形状进行泥沙淤积分布表1水库设计类型曲线选择依据水库运用方式选择依据水库形状条件选择分类选择类型湖泊型分类形状系数3- 5 ~4- 52-〜3-综合两种条件选择类型选择类型II皿II或++I或+淤积被淹没I洪积平原型、山前型丘陵型、峡谷型1- ~2-湖泊型3- 5 ~4- 52-〜3-洪积平原型、 山前型中等程度水位泄水丘陵型、 峡谷型1- ~2-皿+或皿湖泊型大幅度水位泄水3- 5 ~4- 52-〜3-I+或皿

洪积平原型、 山前型皿丘陵型、 峡谷型1- ~2-1. 5 ~4- 5皿皿通常空库所有形状Wa/r Powrr Vol. 45 No. 4水夭泥沙专委会年会专梏水力发电2019年9月曲线选择，不同水库类型选择见表1 ,不同类型水 库泥沙淤积分布曲线见图1 o每一水库类型对应的相对泥沙淤积面积公式如下:类型 I *=5.074pL85 ( 1 -p)0 35 ( 1 )类型 + * =2. 487P 57 ( 1 -p) 0 41 ( 2 )类型 $

* = 16. 96p115 (1 -p)2 32

(3 )类型- * = 1. 486p-25 (1 -p)1 34

(4)式中,*为相对泥沙淤积面积；卩为从河底算起的水

库相对水深。I

图1标准水库类型泥沙淤积量曲线黑M

fe異

图2标准水库类型的面积设计曲线在应用经验面积减少法计算水库泥沙淤积分布 时(有水库实测泥沙淤积分布资料时，可应用水库实

测泥沙淤积分布资料对该方法的适用性以及选择淤 积分布曲线类型进行验证),应首先判断水库类型, 其后根据由入库水沙条件及水库运用方式等估算库

区的泥沙淤积量，最后利用相应水库类型的泥沙淤

积分布公式进行泥沙淤积分布计算。3泥沙淤积计算3. 1淤积量&5-'查Brune拦沙率曲线，拦沙率95%。A水电站 坝址多年平均输沙量2 500万t,淤积在年沙量为

2 375万t,泥沙容重为1. 25 t/m3 ,年淤积量为1900

Water Power Vol. 45 No. 9万mo a水电站为大型水库，泥沙淤积按100年设 计,则水库泥沙淤积总量为19亿m3 o3.2 淤积形态根据陕西省水利科学研究院和清华大学水利系

研究的经验公式*7+K = 10「4/( V/W入 I

% 5 )式中,Ws入为100年入库沙量,m3 ； 4为库区河床比 降° I〉2.2时,水库为三角洲或带状淤积；IV2.2 为锥体淤积。经计算,A坝址I〉2.2 ,为三角洲或带状淤积。3.3坝前淤积高程&8](1)水库类别判断o将坝前水深h与库容V点绘

在双对数纸上(见图3、4),获得库容V和水深h的 幂函数关系为V = 0. 002 4 h3 350 2 ,指数m为2.705 7。 由表2可知,A水电站类型为II型。同样在双对数纸

绘制A-h曲线,获得幂函数关系2=0.002 4 h2 705 7。100 00010 0001 000EU100IgwM 10炖M

10.10.01水深/z/m图3 A水电站坝前水深)与库容*关系10 0001 0001001010.10.01水深方/m图4 坝前水深)与水面面积+关系(2)确定坝前淤积深度。坝前泥沙淤积深度采

用“经验面积减少法”，基本关系式(1 一C)/a。= ( V — VQ/HA。

( 6 )式中，C为淤积起点以下的水库容积；Vh为坝前h 深度以下的淤积容积；V为水库总淤积量；a°为

第45卷第9期安莉娜,等：浅议经验面积减少法在泥沙坝前淤积计算中的问题水文泥沙专委会年会专栏h =h。时a。,淤积起点对应的相对容积面积；2为 h =h。时,淤积起点对应的水库面积。断。A水电站按水库类型判断属于洪积平原型、山前

型，按照经验面积减少法推算坝前泥沙淤积深度为 25.40 m,但流域产沙量较少。如果坝前淤积深度为 25.40 m,则水库泥沙淤积形态呈现椎体淤积,与前 述泥沙淤积形态判别不一致，估应结合I型推算的坝 前淤积深度和现场考察的初步认识后，综合取值。引入相对深度P和hpp,坝前某水位水深h与正 常蓄水位水深1之比,P = h/H； hpp = % V - V] )/HA. hpp

0。P_h辅助曲线。假设坝前淤积深度,根据库容、面积曲线公式分别计算相应容积和

% 2 ) 4个辅助线间距较大,m值位于临界附近 时，坝前淤积深度受水库类型的影响较大。A电站 水库类型的m指数3-50 2 ,接近II型上限,同时 接近I型下限，但两个类型的坝前淤积深度差值为

相应面积,根据建立hp与相对深度的关系,与P_h 辅助曲线相交交点为坝前淤积深度。A水电站与4

个类型辅助线的关系见图5。18.20 m,差异悬殊,必须结合现场考察和经验做出

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初步判断；否则,难以决策。参考文献：* 1 + BORLAND W M. MILER C R. Distribution oS sedimenS in large es-erveirc * J ] . Journal oS the Hydraulic- Division , 1958 , 84 % 2 ) : 1-18.*2 +杨志达.泥沙输送理论与实践* M].李文学,姜乃迁,张翠萍,

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0.400 0

00.000 0 0.100 0 0.200 00.500 0*3 +韩其为，向熙珑，王玉成.床沙粗化* C]'第二次河流泥沙国际

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