黃河調(diào)水調(diào)沙有關問題的探討

萬占偉，羅秋實，郭選英

(1.黃河勘測規(guī)劃設計有限公司，河南鄭州 450003;2.華北水利水電學院，河南鄭州 450011)

黃河調(diào)水調(diào)沙有關問題的探討

萬占偉1，羅秋實1，郭選英2

(1.黃河勘測規(guī)劃設計有限公司，河南鄭州 450003;2.華北水利水電學院，河南鄭州 450011)

總結(jié)了小浪底水庫運用以來黃河調(diào)水調(diào)沙取得的重要成果;從小浪底水庫攔沙運用變化及黃河下游河道沖淤變化兩方面分析了當前小浪底水庫調(diào)水調(diào)沙的運用條件;提出了今后黃河調(diào)水調(diào)沙應當關注的一些問題，如水庫汛限水位、調(diào)水調(diào)沙調(diào)控指標、調(diào)水調(diào)沙運用思路等.

黃河下游;調(diào)水調(diào)沙;沖刷效果;河床粗化;汛限水位

黃河調(diào)水調(diào)沙是處理黃河泥沙問題的一項重要戰(zhàn)略措施.2002年以來的黃河調(diào)水調(diào)沙在減輕下游河道淤積、恢復主槽行洪輸沙能力、調(diào)整小浪底水庫庫區(qū)淤積形態(tài)、改善河口生態(tài)環(huán)境等方面取得了顯著的成效.但經(jīng)過連續(xù)多年的調(diào)水調(diào)沙，又遇到了一些新問題.面對新的問題，如何調(diào)整調(diào)水調(diào)沙運用思路成為諸多專家學者密切關注的問題.

為深化對黃河調(diào)水調(diào)沙的認識，筆者在總結(jié)小浪底水庫運用以來黃河調(diào)水調(diào)沙運用情況及實施效果的基礎上，分析了當前黃河調(diào)水調(diào)沙的運用條件，探討了調(diào)水調(diào)沙汛限水位、調(diào)控指標及調(diào)水調(diào)沙運用思路等有關問題，以期為黃河調(diào)水調(diào)沙運用提供參考.

1 黃河調(diào)水調(diào)沙情況

2002年以來，以小浪底水庫為主，黃河水利委員會組織開展了13次黃河調(diào)水調(diào)沙，取得了重要的成果［1－5］.

1)黃河下游河道全線被沖刷，尤其是高村以下河段沖刷明顯.黃河13次調(diào)水調(diào)沙累計進入下游總水量為509.12 億 m3，總沙量為4.12 億 t，入?？偵沉?.62億 t，下游河道共沖刷泥沙3.90億 t.其中高村—艾山和艾山—利津河段沖刷 1.33億 t和0.979億t，分別占水庫運用以來相應河段沖刷總量的45%和34%，調(diào)水調(diào)沙期間上述兩河段的沖刷效率(河道沖刷量和所需水量的比值)分別是其它時期的3.8 倍和2.4 倍.

2)黃河下游行洪輸沙能力普遍提高，河槽形態(tài)得到調(diào)整.通過小浪底水庫攔沙和調(diào)水調(diào)沙運用，黃河下游主槽沖刷降低了2.03 m，河道最小平灘流量由2002年汛前的1 800 m3/s恢復到2011年的4 100 m3/s，卡口河道斷面形態(tài)得到有利調(diào)整，洪水時灘槽分流比得到初步改善，二級懸河形勢開始緩解，下游灘區(qū)小水大漫灘狀況初步得到遏制.

3)人工塑造異重流加大了水庫排沙比，優(yōu)化了庫區(qū)淤積形態(tài).2004年以來提出了利用萬家寨、三門峽水庫蓄水和河道來水，沖刷小浪底水庫淤積三角洲形成人工異重流的技術方案，在小浪底庫區(qū)塑造出了人工異重流并排沙出庫.通過對影響人工異重流排沙因素的分析研究，不斷優(yōu)化人工塑造異重流的各項技術指標，2010年及2011年汛前調(diào)水調(diào)沙水庫異重流排沙比分別達到137%和145%［6］.

小浪底水庫蓄水運用初期，由于水庫壅水，庫尾出現(xiàn)了明顯的翹尾巴現(xiàn)象，侵占了部分有效庫容.調(diào)水調(diào)沙期間，根據(jù)來水來沙條件，相機降低小浪底庫水位，利用三門峽水庫泄放的持續(xù)大流量過程沖刷小浪底庫區(qū)尾部段，實現(xiàn)了庫區(qū)淤積形態(tài)的優(yōu)化調(diào)整，恢復了小浪底的調(diào)節(jié)庫容.

4)改善了河口生態(tài)，增加了濕地面積.2008年向河口三角洲濕地自然保護區(qū)補水1 356萬 m3，核心區(qū)水面面積增加223 hm2;2009年向河口三角洲濕地自然保護區(qū)補水1 508萬m3，核心區(qū)水面面積增加3 480 hm2;2010年實現(xiàn)了刁口河流路全線過水，向現(xiàn)行流路南岸濕地補水2 041萬 m3，濕地水面面積增加3 247 hm2;2011年向現(xiàn)行流路南岸濕地補水2 248.1萬m3，濕地水面面積增加2 367 hm2，刁口河流路再次實現(xiàn)全線過水.

2 小浪底水庫調(diào)水調(diào)沙的運用條件

2.1 小浪底水庫攔沙運用變化

自1997年小浪底水庫大壩截流至2011年10月，小浪底水庫累計淤積泥沙26.26億 m3(斷面法)，其中干流淤積 21.71億 m3，占總淤積量的82.7%.根據(jù)《小浪底水庫攔沙后期(第一階段)運用調(diào)度規(guī)程》中關于水庫運用階段的劃分，當前小浪底水庫運用處于攔沙后期第一階段.2011年10月，小浪底庫區(qū)干流仍為三角洲淤積形態(tài)，三角洲頂點距壩18.35 km，高程為215.16 m，頂坡段比降約為3/10 000.

小浪底水庫進入攔沙后期以后，起始運行水位以下庫容會逐漸淤滿，汛期水庫有條件選擇比較小的蓄水量進行調(diào)水調(diào)沙運用.根據(jù)庫區(qū)水流泥沙運動規(guī)律，水庫若選擇比較小的蓄水量，庫區(qū)是明流輸沙流態(tài)，水庫的排沙比將較初期提高較多，水庫的攔粗排細效果將得到很大提高.水庫若選擇較大的蓄水量，庫區(qū)可能為異重流排沙，出庫含沙量較低，水庫的運用條件和攔粗排細效果與攔沙初期差別不大.因此，水庫攔沙后期運用和攔沙初期不同，攔沙后期運用可選擇低水位壅水排沙、攔粗排細的運用方式，也可選擇較大的調(diào)控庫容以實現(xiàn)較長歷時大流量下泄的運用方式，庫區(qū)水流流態(tài)、排沙方式要比攔沙初期復雜得多.

2.2 黃河下游河道沖淤變化

1999年10月小浪底水庫下閘蓄水運用以來至2011年10月，黃河下游各個河段均發(fā)生了明顯沖刷，利津以上河段累計沖刷21.28億 t.

從下游沖刷量的沿程分布來看，高村以上河段沖刷較多，為15.44 億 t，占下游沖刷總量的72.5%;高村以下河段沖刷相對較少，為5.82億t，占沖刷總量的27.4%.從時間分布來看，沖刷主要發(fā)生在汛期，汛期下游共沖刷14.41億 t，占年總沖刷量的67.7%.

隨著下游河道的持續(xù)沖刷，高村以上河段目前沖刷粗化較為明顯，高村以下河段河床也有一定程度的粗化，但尚不明顯.故高村以下卡口河段主槽過流能力還有一定的恢復空間.各河段水流的沖刷效率呈明顯下降趨勢.

3 黃河調(diào)水調(diào)沙運用的有關問題

3.1 水庫汛限水位

汛限水位是汛期(或主汛期)平水期水庫蓄水運用的最高水位，與調(diào)水調(diào)沙運用關系密切.小浪底水庫蓄水運用以來，根據(jù)水庫淤積變化，已進行了3次汛限水位調(diào)整.第1次是2000年，前汛期汛限水位為215 m，后汛期汛限水位為235 m;第2次是2001年，前汛期汛限水位為220 m，后汛期汛限水位為235 m;第3次是2002年至2011年，前汛期汛限水位為225 m，后汛期汛限水位為248 m.2002年，汛限水位225 m至起始運行水位210 m之間的庫容為14.2億m3.隨著庫區(qū)泥沙淤積，至2011年，汛限水位225 m至起始運行水位210 m之間的庫容僅為8.1 億 m3.

根據(jù)有關研究成果［7－9］，小浪底水庫攔沙期適宜的調(diào)水調(diào)沙調(diào)控上限流量指標為2 600～4 000 m3/s，相應的調(diào)控庫容為8～13億m3.當前汛限水位至起始運行水位之間的庫容已經(jīng)接近調(diào)水調(diào)沙調(diào)控庫容的下限，為充分發(fā)揮小浪底水庫調(diào)水調(diào)沙、供水、灌溉、發(fā)電等綜合利用效益，亟需對近期水庫汛限水位調(diào)整問題進行研究.

3.2 調(diào)水調(diào)沙調(diào)控指標

當前黃河下游河道最小平灘流量已恢復至4 100 m3/s，適宜的中水河槽規(guī)模已經(jīng)形成，今后應充分利用已形成的中水河槽行洪輸沙能力多輸送泥沙入海.然而，由于下游河道河床沖刷粗化，汛前調(diào)水調(diào)沙單位水量的沖刷效果明顯降低(由首次調(diào)水調(diào)沙試驗期的20 kg/m3降至2011年汛前的3 kg/m3左右)，如何充分發(fā)揮清水水流的沖刷效率，是今后調(diào)水調(diào)沙需要關注的.

基于此，在今后黃河調(diào)水調(diào)沙實踐中，應充分分析下泄洪水水流過程對下游河道沖刷的影響，深入論證調(diào)水調(diào)沙調(diào)控流量、歷時、洪水峰型等指標，以優(yōu)化水庫調(diào)度運用方案，提高水資源利用效率.

3.3 調(diào)水調(diào)沙運用思路

當前小浪底水庫處于攔沙后期第一階段，水庫仍具有一定的攔沙能力，今后水庫運用應立足長遠，充分利用有限的攔沙庫容發(fā)揮盡量大的減淤效益，調(diào)水調(diào)沙應統(tǒng)籌考慮汛期和汛前調(diào)水調(diào)沙運用，實現(xiàn)水庫減淤和維持下游中水河槽的雙重目標.

汛期調(diào)水調(diào)沙可按照黃河設計公司研究提出的“水庫多年調(diào)節(jié)泥沙，相機降水沖刷，攔沙和調(diào)水調(diào)沙運用”的運用思路，即調(diào)水調(diào)沙期間，小浪底水庫以調(diào)節(jié)流量為主，并且使進入下游河道的大流量過程持續(xù)一定的歷時.水庫淤積量達到42億 m3后(攔沙后期第一階段結(jié)束)，當入庫有一定持續(xù)歷時較大流量時，降低水位沖刷恢復庫容，庫區(qū)在沖淤交替中逐步形成高灘深槽形態(tài)，而后轉(zhuǎn)入正常運用期.

汛前調(diào)水調(diào)沙要充分利用現(xiàn)有水庫群的聯(lián)合調(diào)控能力，并與汛期調(diào)水調(diào)沙有機結(jié)合，綜合考慮小浪底庫區(qū)淤積和下游河道主槽過流能力變化等因素，選用適宜的調(diào)水調(diào)沙模式，在減少河道淤積的同時，爭取實現(xiàn)水庫排沙.

［1］水利部黃河水利委員會.黃河調(diào)水調(diào)沙理論與實踐［R］.鄭州:水利部黃河水利委員會，2009.

［2］萬占偉，安催花，閆朝暉.小浪底水庫對下游河道的沖刷效果及趨勢預測［J］.人民黃河，2012(5):6－8.

［3］陳建國，周文浩，陳強.小浪底水庫運用十年黃河下游河道的再造床［J］.水利學報，2012(2):127－135.

［4］陳建國，周文浩，孫平.論小浪底水庫近期調(diào)水調(diào)沙在黃河下游河道沖刷中的作用［J］.泥沙研究，2009(3):1－7.

［5］黃河防汛抗旱總指揮部辦公室.2011年黃河調(diào)水調(diào)沙［R］.鄭州:黃河防汛抗旱總指揮部辦公室，2011.

［6］馬懷寶，張俊華，陳書奎，等.2010年汛前調(diào)水調(diào)沙小浪底水庫排沙比分析［J］.人民黃河，2011(9):1－2.

［7］安新代，石春先，余欣，等.水庫調(diào)水調(diào)沙回顧與展望_兼論小浪底水庫運用方式研究［J］.泥沙研究，2002(5):36－42.

［8］劉繼祥，安催花，曾芹，等.小浪底水庫攔沙初期調(diào)控流量分析論證［J］.人民黃河，2000(8):26－27.

［9］郭選英，宋紅霞，劉生云，等.巴家嘴水庫及多泥沙河流水庫泥沙關鍵技術研究［M］.鄭州:黃河水利出版社，2007.

Discussions on Yellow River Water and Sediment Regulation Activities

WAN Zhan-wei1，LUO Qiu-shi1，GUO Xuan-ying2
(1.Yellow River Engineering Consulting Co.Ltd.，Zhengzhou 450003，China;2.North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power，Zhengzhou 450011，China)

In this paper，the current conditions and the effects of Yellow River water and sediment regulation activities since Xiaolangdi Reservoir operation were analyzed，and discussions were carried out on the Yellow River water and sediment regulation for the present and future.The current limiting level during flood season of Xiaolangdi Reservoir should be studied because it can not meet the requirement of water and sediment regulation.The regulated flood characters，such as the regulated discharge and regulation time，show be researched to enhanced the erosion rate for the river bed has coarsened.To reduce the sedimentations in reservoirs and lower reaches，a overall consideration should be given on both flood season and un-flood season water and sediment regulation operation ideas in the future.

lower Yellow River;water and sediment regulation;erosion rate;river bed coarsing;limiting level during flood season

1002－5634(2012)03－0037－03

2012－03－31

水利部公益性行業(yè)科研專項項目(201001012).

萬占偉(1979—)，男，河南新野人，工程師，碩士，主要從事水力學及河流動力學方面的研究.

(責任編輯:陳海濤)