黃河調(diào)水調(diào)沙對下游山東段的不利影響

黃繼文，宮永波，林 琳，張 欣

(1.山東省水利科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250013； 2.山東省水利廳，山東 濟(jì)南 250013)

黃河的主要水沙特征是水少沙多、水沙不平衡。由于黃土高原的水土流失，泥沙在黃河下游大量淤積，使河床年平均淤積抬高0.1m[1]。黃河多泥沙的特征在今后相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)仍將持續(xù)，同時(shí)由于上、中游生產(chǎn)用水的不斷增長，黃河下游水少沙多的矛盾將趨于嚴(yán)重，河床將繼續(xù)淤積抬高，影響防洪安全。為解決黃河下游泥沙淤積問題，黃河水利委員會(huì)自2002—2009年共進(jìn)行了9次調(diào)水調(diào)沙，實(shí)現(xiàn)了黃河下游的沖刷，其主河槽河底高程逐年下降，盡管提高了黃河下游山東段的行洪能力，同時(shí)對山東省引黃供水和黃河水配置方式帶來了一定影響。

1 黃河調(diào)水調(diào)沙目標(biāo)及運(yùn)行效果

目標(biāo)：利用小浪底水庫調(diào)水調(diào)沙，減緩黃河下游河道淤積，能夠在較長的時(shí)期內(nèi)穩(wěn)定黃河的現(xiàn)行河道，實(shí)現(xiàn)河床不抬高?；驹瓌t：根據(jù)黃河下游河道的輸沙能力，利用水庫的調(diào)節(jié)庫容，有計(jì)劃地控制水庫的蓄、泄水時(shí)間和數(shù)量，調(diào)整天然水沙過程，使不平衡的水沙過程盡可能協(xié)調(diào)[1]。

2002—2009年黃河下游共進(jìn)行了9次調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)(其中2004年兩次)，前3次是2002、2003、2004年各一次，后6次(2004—2009年)為調(diào)水調(diào)沙正式試驗(yàn)運(yùn)行。9次調(diào)水調(diào)沙均實(shí)現(xiàn)了下游河道的全線沖刷，下游河道共沖刷泥沙3.56億t，河道主槽最小行洪能力由2002年的1800m3/s提高至2009年的3880m3/s。據(jù)統(tǒng)計(jì)，9次調(diào)水調(diào)沙合計(jì)入海水量331億m3，合計(jì)入海沙量5.75億t[1-4]。

2 調(diào)水調(diào)沙對黃河山東段的影響

2.1 對山東段防洪的影響

20世紀(jì)80年代中期以來，黃河下游來水量偏枯，水少沙多導(dǎo)致下游河道淤積抬高，過流斷面萎縮，主槽過流能力降低，下游河道平灘流量由80年代初期的6000m3/s左右減至1999年小浪底水庫投入運(yùn)用前的3000m3/s左右[4]。小浪底水庫投入運(yùn)用后，由于徑流量明顯減小和小浪底水庫的調(diào)節(jié)作用，下游過流斷面淤積萎縮的局面在短期內(nèi)并無較大改觀，下游的沖刷僅發(fā)展到小浪底水庫以下約200km的夾河灘附近，夾河灘以下河段河槽淤積不僅沒有改善，反而進(jìn)一步加劇，至2002年，黃河下游最小平灘流量降至1800m3/s。

2002年黃河水利委員會(huì)開始了調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)，經(jīng)連續(xù)幾年的調(diào)水調(diào)沙，黃河下游主河槽過流能力得到了一定程度的恢復(fù)，最小平灘流量逐年增大，至2009年黃河下游最小平灘流量增至3880m3/s，提高了黃河下游的過流能力。調(diào)水調(diào)沙后黃河主槽最小平灘流量變化情況見圖1。

圖1 歷次調(diào)水調(diào)沙后主河槽最小平灘流量變化

2.2 對山東省引黃供水的影響

2.2.1 黃河主槽刷深，同流量閘前水位下降，造成引水困難

受調(diào)水調(diào)沙影響，黃河山東段主槽下切，對引黃閘引水產(chǎn)生了一定影響，使得山東段引黃閘同流量閘前水位降低，造成引黃閘引水困難。據(jù)統(tǒng)計(jì)，自黃河調(diào)水調(diào)沙以來，主要涵閘閘前黃河主槽高程降低幅度在0.9～3.4m之間，引水水位的下降，是影響涵閘引水的最主要原因，主要涵閘閘前黃河主槽河底高程變化見圖2。

圖2 山東省部分引黃閘閘前黃河主槽河底高程變化情況

以山東省最大的引黃灌區(qū)聊城位山灌區(qū)為例，說明閘前同流量水位的下降情況。與調(diào)水調(diào)沙前的2001年相比，位山閘前黃河河底高程由原來的38.95m降至38.20m，河底平均沖刷深度達(dá)到0.75m；2009年6月6日，黃河孫口水文站流量為380m3/s，位山閘前水位40.60m，比設(shè)計(jì)狀態(tài)黃河380m3/s流量時(shí)的閘前水位41.26m下降了0.66m。位山閘調(diào)水調(diào)沙前后相同大河流量下的閘前水位與引水能力變化情況見圖3。

圖3 位山閘調(diào)水調(diào)沙前后不同黃河來水流量下閘前水位和可引水流量對比

由圖3可以看出，由于調(diào)水調(diào)沙后河床下切，同流量水位明顯下降，調(diào)水調(diào)沙前，位山閘在黃河400m3/s流量時(shí)即可達(dá)到其引水能力要求240m3/s，而調(diào)水調(diào)沙后，當(dāng)黃河大河流量達(dá)到1000m3/s時(shí)才能達(dá)到其引水能力。

調(diào)水調(diào)沙后與調(diào)水調(diào)沙前相比，東營市黃河主河槽逐年降低，目前已降低至引黃閘閘底高程，其中勝利閘沖刷最為嚴(yán)重，2007年勝利閘閘前河底高程已降至閘底高程以下2.05m(圖4)。

圖4 東營市部分引黃閘河底高程變化與閘底高程對照

根據(jù)利津水文站2000—2008年資料，對利津站和鄰近的麻灣、曹店、勝利3座引黃閘調(diào)水調(diào)沙前后100m3/s流量時(shí)水位進(jìn)行比較，詳見圖5。

圖5 利津站和麻灣、曹店、勝利引黃閘100m3/s時(shí)斷面水位過程線

由圖5可以看出，自2002年以后受調(diào)水調(diào)沙影響，東營市各斷面在100m3/s流量時(shí)變化趨勢較明顯，同流量水位逐年下降。

2.2.2 調(diào)水調(diào)沙期間引起黃河河勢發(fā)生變化

調(diào)水調(diào)沙期間，小浪底水庫的大流量下泄，引起黃河河勢發(fā)生變化，黃河主溜遠(yuǎn)離引水口門，使閘前引水渠長度增加，造成引水困難，增加了引沙處理負(fù)擔(dān)。濟(jì)寧市陳垓引黃閘調(diào)水調(diào)沙之前，閘前引水渠長度為480m，2005年4月已經(jīng)增加到700m，加大了引水難度。濱州市簸箕李引黃閘閘前黃河主溜已緊靠南岸，距引黃閘500m，2005年春引黃閘前淤崗寬度200多米，盡管進(jìn)行了機(jī)械開溝清障，仍在主溜與閘口之間損失30cm水頭。2000年前菏澤市劉莊引黃閘閘前引黃渠長僅有300m左右，2009年初引渠長度增加到3000m，引水條件日趨惡化。

2.2.3 引黃閘可引水量減少，保障程度降低

調(diào)水調(diào)沙是小浪底水庫及中上游水庫在滿足其運(yùn)行調(diào)度要求的情況下，年內(nèi)充分蓄水，在汛前集中大流量聯(lián)合調(diào)度，統(tǒng)一下泄進(jìn)行調(diào)水調(diào)沙。在農(nóng)灌期需水量較大時(shí)，小浪底水庫需充分蓄水，控制下泄流量，為調(diào)水調(diào)沙儲(chǔ)備水量。但由于黃河主槽逐年刷深，同流量下黃河水位下降，特別是中小流量時(shí)山東段引黃閘的引水能力降低，為滿足灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水要求，各引黃閘必須長時(shí)間小流量引水。對于靠近引黃閘的上游區(qū)域來說，引水流量基本能夠滿足灌區(qū)農(nóng)作物生理需水要求，而對于大型引黃灌區(qū)，如位山灌區(qū)，由于引水流量減小，引水時(shí)間的延長，灌區(qū)下游農(nóng)作物需水得不到及時(shí)滿足，錯(cuò)過最佳灌溉時(shí)間，降低了引黃灌區(qū)引黃供水的時(shí)間保障和及時(shí)性，在一定程度上影響了農(nóng)作物的產(chǎn)量。

近幾年的調(diào)水凋沙已對黃河最下游的東營市的引黃供水造成影響。特別是每年2、3、4月份的春灌期.黃河水量較小，而水位更低，出現(xiàn)黃河有水引不出的現(xiàn)象。由于工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，沿黃各地引水量逐年增加，上游來水量在逐年減少。東營市各引黃閘底板高程、閘后渠底高程、設(shè)計(jì)水位及水位變化情況見表1。

表1 引黃閘高程及特征水位(黃海高程) m

從表1可以看出，自2002年黃河調(diào)水調(diào)沙以來，引黃閘前水位發(fā)生了較大變化，到2008年，在設(shè)計(jì)工況下，大河實(shí)際水位均低于原設(shè)計(jì)引水位，麻灣閘實(shí)際水位比設(shè)計(jì)水位低0.03m，曹店閘低0.78mm，勝利閘低1.32m，從水位降幅看，麻灣閘降幅最小，與設(shè)計(jì)水位基本持平，這說明利津站100m3/s流量時(shí)，麻灣引黃閘的引水條件最好?？紤]到閘前、后渠道淤積情況，對各閘引水能力進(jìn)行了驗(yàn)算，分別對應(yīng)于利津站黃河流量50m3/s、100m3/s、150m3/s、300m3/s等4種情況，驗(yàn)算情況見表2。

表2 調(diào)水調(diào)沙后各引黃閘現(xiàn)狀實(shí)際引水能力分析 m3/s

從表2中可以看出，在設(shè)計(jì)流量對應(yīng)的黃河流量下，現(xiàn)狀引水能力已大大低于原設(shè)計(jì)能力，麻灣閘引水能力僅為原設(shè)計(jì)引水能力的25%，曹店閘現(xiàn)狀引水能力僅為原設(shè)計(jì)能力的20%，勝利閘現(xiàn)狀引水能力不足原設(shè)計(jì)能力的10%。

目前東營市黃河兩岸已建各類引黃取水口32個(gè)(9座引黃涵閘、23處揚(yáng)水站和泵站)，設(shè)計(jì)引水能力564.38m3/s，有引黃灌區(qū)18個(gè)，設(shè)計(jì)灌溉面積16.4733萬hm2。目前對應(yīng)黃河最大引水流量100m3/s、150m3/s、200m3/s、300m3/s時(shí)的取水能力只有39.2m3/s、50.25m3/s、69.86m3/s、101.17m3/s，分別只有設(shè)計(jì)能力的6.95 %、8.90%、12.38%、17.93%。

2.2.4 加重了引黃灌區(qū)的渠道淤積

a. 由于引水條件惡化加之限量放水造成引黃流量減小，長時(shí)間小流量引水，水流速度明顯減慢，閘后渠道淤積嚴(yán)重，形成了與小流量運(yùn)行相適應(yīng)的復(fù)式斷面，累積形成淤積，抬高了渠底高程，使引水更加困難，形成惡性循環(huán)。

b. 調(diào)水調(diào)沙期間因大河流量加大，黃河含沙量增高，引水時(shí)引沙量增加，造成渠系淤積。

c. 隨著調(diào)水調(diào)沙的逐年運(yùn)行，黃河河底泥沙粗化，加之長期小流量引水，水流挾沙能力降低，加重了引黃渠道淤積。

2.3 調(diào)水調(diào)沙對山東省黃河水資源配置的影響

目前，山東省沿黃地區(qū)引黃供水調(diào)度與配置方式主要有兩種，一是灌溉季節(jié)直接通過引黃閘引水用于農(nóng)業(yè)灌溉或補(bǔ)源，二是將黃河水引入平原水庫經(jīng)調(diào)蓄后供工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活用水[5]。

調(diào)水調(diào)沙的運(yùn)行使得黃河下游山東段主槽沖刷明顯，邊灘少量淤積，使得小流量閘前水位下降、閘前引水渠淤積、小流量引水閘后渠道淤積，造成部分引黃閘小流量引水困難，引水能力降低，將影響山東省黃河水資源的調(diào)度和配置。

受黃河調(diào)水調(diào)沙河道沖淤變化影響，直接引水利用這一調(diào)度和配置方式將有可能受到限制，保證率可能會(huì)有所降低。而利用平原水庫調(diào)蓄的調(diào)度和配置方式，可根據(jù)黃河大河流量和引黃閘引水條件相機(jī)引水，調(diào)蓄后進(jìn)行供水，對供水保證率的影響相對較小。因此，調(diào)水調(diào)沙造成了山東省引黃閘引水條件的改變，為保證引黃供水要求，平原水庫建設(shè)和維護(hù)將有可能成為今后引黃供水的工作重點(diǎn)。

3 結(jié) 語

黃河調(diào)水調(diào)沙是實(shí)現(xiàn)黃河下游防洪減淤的重大戰(zhàn)略舉措，還將長期進(jìn)行下去，黃河主槽將作如何變化，目前尚無足夠資料分析預(yù)測。雖然調(diào)水調(diào)沙大大提高了黃河下游山東段的行洪能力，但是引黃供水對山東省沿黃地區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的意義重大，應(yīng)當(dāng)未雨綢繆，積極采取措施，減小黃河調(diào)水調(diào)沙對山東省引黃供水帶來的不利影響，保障山東省引黃供水安全，支撐經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展。

[1] 水利部黃河水利委員會(huì).黃河首次調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)[M].鄭州：黃河水利出版社，2003.

[2]水利部黃河水利委員會(huì).黃河第二次調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)[M].鄭州：黃河水利出版社，2008.

[3]水利部黃河水利委員會(huì).黃河第三次調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)[M].鄭州：黃河水利出版社，2008.

[4]水利部黃河水利委員會(huì).黃河調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)[M].鄭州：黃河水利出版社，2008.

[5]山東省水利廳.21世紀(jì)初期山東省農(nóng)村水利發(fā)展戰(zhàn)略研究[M].濟(jì)南：山東省地圖出版社，2006.