小浪底水利樞紐首次汛限水位動(dòng)態(tài)控制試驗(yàn)效果淺析

劉樹(shù)君，董澤亮，張榮鳳

（水利部小浪底水利樞紐管理中心，450000，鄭州）

小浪底水利樞紐首次汛限水位動(dòng)態(tài)控制試驗(yàn)效果淺析

劉樹(shù)君，董澤亮，張榮鳳

（水利部小浪底水利樞紐管理中心，450000，鄭州）

2016年汛期，基于嚴(yán)重偏枯的水情條件，小浪底水利樞紐實(shí)施了首次汛限水位動(dòng)態(tài)控制試驗(yàn)。采取對(duì)比分析的方法，基于實(shí)際水沙條件和用水需求，分析實(shí)施汛限水位動(dòng)態(tài)控制運(yùn)用和模擬常規(guī)運(yùn)用過(guò)程，并將兩次運(yùn)用過(guò)程的成效進(jìn)行對(duì)比分析，說(shuō)明在水量嚴(yán)重偏枯年份，小浪底水利樞紐實(shí)施汛限水位動(dòng)態(tài)控制運(yùn)用，在可保障防洪安全、不顯著增加水庫(kù)淤積前提下，能夠綜合利用上半年水庫(kù)蓄水，充分?jǐn)r蓄汛期洪水，優(yōu)化配置水資源，顯著提高供水、發(fā)電效益，避免了黃河斷流，保障了河流健康生命。

汛限水位動(dòng)態(tài)控制；來(lái)水嚴(yán)重偏枯；汛限水位；成效；小浪底水利樞紐

一、基本情況

小浪底水利樞紐（簡(jiǎn)稱(chēng)小浪底樞紐）位于黃河中游最后一段峽谷出口處，控制黃河流域面積的92.3%、徑流量的91.2%、輸沙量的100%；設(shè)計(jì)庫(kù)容126.5億m3（其中淤沙庫(kù)容75.5億m3，長(zhǎng)期有效庫(kù)容 51億 m3）；開(kāi)發(fā)任務(wù)是以防洪（防凌）、減淤為主，兼顧供水、灌溉和發(fā)電，蓄清排渾，除害興利，綜合利用。

小浪底樞紐設(shè)計(jì)防洪庫(kù)容45.5億m3，相應(yīng)庫(kù)水位254 m；在淤沙庫(kù)容淤滿前，汛限水位主要按減淤要求控制，汛期采用兩階段汛限水位，7—8月為前汛期，8月 21日向后汛期過(guò)渡；9—10月為后汛，10月21日向非汛期過(guò)渡。經(jīng)國(guó)家防總批準(zhǔn)，從2013年開(kāi)始，前汛期汛限水位為230 m，后汛期汛限水位為248 m。

截至2016年5月底，小浪底樞紐累計(jì)淤積泥沙29.83億m3，剩余庫(kù)容96.67億m3，前汛期防洪庫(kù)容85.9億m3，后汛期防洪庫(kù)容60.04億m3。

2016年上半年黃河來(lái)水嚴(yán)重偏枯，小浪底樞紐蓄水較少，預(yù)測(cè)汛期來(lái)水依然偏少。為確保下游供水安全，提高水資源綜合效益，經(jīng)國(guó)家防總批準(zhǔn)，小浪底樞紐進(jìn)行了首次汛限水位動(dòng)態(tài)控制試驗(yàn)，將前汛期汛限水位由230 m調(diào)整至238.5 m，增加調(diào)蓄庫(kù)容10.49億m3。

本次汛限水位動(dòng)態(tài)控制試驗(yàn)僅提升前汛期汛限水位，所以分析時(shí)段選取2016年6月29日—9月20日，可滿足精度要求。評(píng)估方法是基于實(shí)際水沙條件和用水需求，模擬常規(guī)運(yùn)用過(guò)程，并將汛限水位動(dòng)態(tài)控制運(yùn)用過(guò)程與模擬常規(guī)運(yùn)用過(guò)程進(jìn)行效益對(duì)比分析。

二、水沙條件

1.上半年水情

2016年上半年黃河來(lái)水嚴(yán)重偏枯，1—6月累計(jì)入庫(kù)水量57.84億m3，僅多于2003年同期，為小浪底樞紐蓄水運(yùn)用以來(lái)同期第二極枯水年。6月底小浪底庫(kù)水位238.29 m，蓄水20.89億m3，汛限水位以上蓄水10.18億m3。

2.汛期水情

2016年7月1日—9月20日，小浪底樞紐累計(jì)入庫(kù)水量52.07億m3，較歷年平均偏枯 25.52%；7—8月有兩次小的洪水過(guò)程，潼關(guān)斷面洪峰流量分別為2 360 m3/s和2 350 m3/s。小浪底入庫(kù)流量特征值見(jiàn)表1。

表1 小浪底樞紐入庫(kù)流量特征值

3.汛期沙情

2016年7月1日—9月20日，小浪底樞紐來(lái)沙量主要集中在兩次洪水過(guò)程，潼關(guān)站最大含沙量分別為63 kg/m3和130 kg/m3，相應(yīng)小浪底樞紐最大入庫(kù)含沙量分別為323 kg/m3和597 kg/m3（三門(mén)峽水庫(kù)敞泄，持續(xù)時(shí)間較短）。入庫(kù)沙量特征值見(jiàn)表2。

表2 小浪底樞紐入庫(kù)沙量特征值

三、運(yùn)用過(guò)程

1.試驗(yàn)運(yùn)用過(guò)程

小浪底樞紐取消行汛前調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用。2016年6月29日小浪底庫(kù)水位238.72 m，蓄水21.52億m3。

7月份小浪底樞紐下泄流量維持在1 000 m3/s左右。7月上中旬庫(kù)水位緩慢下降，最低降至236.6 m（7月12日）。7月中旬黃河中下游發(fā)生降雨過(guò)程，潼關(guān)站最大日均流量1 750 m3/s，最大洪峰流量2 360 m3/s（7月20日），小浪底庫(kù)水位迅速回升，至7月20日庫(kù)水位升至237.24 m。7月21—31日，小浪底入庫(kù)流量在896～2 300 m3/s之間，庫(kù)水位緩慢上漲，7月底庫(kù)水位為238.87 m。

8月上旬，黃河來(lái)水偏少，小浪底出庫(kù)流量按下游用水需求調(diào)整至400 m3/s，庫(kù)水位維持在238 m左右。8月中旬，黃河中游發(fā)生降雨過(guò)程，潼關(guān)站洪峰流量2 350 m3/s。8月 17—23日，小浪底入庫(kù)流量在1 000 m3/s左右。因預(yù)報(bào)后期無(wú)較大降雨，且黃河下游引水量較小（利津以上引水流量不足200 m3/s），從8月15日開(kāi)始，小浪底樞紐向后汛期限制水位過(guò)渡，出庫(kù)流量減小至300 m3/s，至8月底小浪底庫(kù)水位為243.35 m。

9月1—20日小浪底日均入庫(kù)流量629 m3/s，出庫(kù)流量仍維持300 m3/s，庫(kù)水位緩慢上升，至9月20日庫(kù)水位為247.24 m。

試驗(yàn)運(yùn)用小浪底庫(kù)水位、入出庫(kù)流量、沙量過(guò)程見(jiàn)圖1～3，發(fā)電量過(guò)程見(jiàn)圖4。

圖1 小浪底樞紐試驗(yàn)及常規(guī)運(yùn)用庫(kù)水位過(guò)程

圖2 小浪底樞紐試驗(yàn)及常規(guī)運(yùn)用入、出庫(kù)流量過(guò)程

2.模擬常規(guī)運(yùn)用過(guò)程

6月29日—9月20日小浪底入庫(kù)流量、沙量過(guò)程采用實(shí)際值。6月29日小浪底庫(kù)水位238.72 m，比前汛期汛限水位高8.72 m。按照原擬定計(jì)劃，6月29日—7月8日小浪底樞紐實(shí)施汛前調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用，起始庫(kù)水位238.72 m，結(jié)束庫(kù)水位214.27 m，出庫(kù)水量24.63億m3。調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用分兩個(gè)階段：一是小浪底水庫(kù)清水下泄階段，小浪底水庫(kù)利用蓄水下泄沖刷下游河道，控制花園口斷面平均流量3 000 m3/s左右，當(dāng)小浪底庫(kù)水位降至約215 m時(shí)結(jié)束；二是三門(mén)峽水庫(kù)大流量下泄階段，三門(mén)峽水庫(kù)利用三門(mén)峽、萬(wàn)家寨水庫(kù)蓄水，加上河道天然來(lái)水人造洪峰，沖刷小浪底水庫(kù)淤沙，在小浪底水庫(kù)形成異重流排沙，至三門(mén)峽水庫(kù)蓄水基本排空，小浪底庫(kù)水位達(dá)到215 m左右，小浪底水庫(kù)下泄流量小于800 m3/s時(shí)，調(diào)水調(diào)沙結(jié)束。

圖3 小浪底樞紐入庫(kù)流量、含沙量過(guò)程

圖4 小浪底樞紐試驗(yàn)及常規(guī)運(yùn)用發(fā)電量過(guò)程

7月8日調(diào)水調(diào)沙結(jié)束后，小浪底樞紐按照蓄水兼顧下游供水需求運(yùn)用，7月 9—23日出庫(kù)流量為 450 m3/s，庫(kù)水位緩慢回升至228.68 m；此后至8月20日，出庫(kù)流量采用實(shí)際值，入出庫(kù)水量基本平衡，庫(kù)水位維持在228～230 m之間；8月21日起，出庫(kù)流量采用實(shí)際值 （約300 m3/s），庫(kù)水位逐步上漲，至9月20日達(dá)到238.73 m，相應(yīng)蓄水量21.5億m3。

模擬常規(guī)運(yùn)用小浪底庫(kù)水位、入出庫(kù)流量、沙量過(guò)程見(jiàn)圖1～3，發(fā)電量過(guò)程見(jiàn)圖4。

四、排沙分析

1.試驗(yàn)運(yùn)用排沙分析

在試驗(yàn)運(yùn)用過(guò)程中，由于汛期入庫(kù)洪水規(guī)模小，水庫(kù)充分?jǐn)r蓄洪水，水庫(kù)蓄水量最小為18.45億m3，回水距離較長(zhǎng)（超過(guò) 90 km），異重流沒(méi)有運(yùn)動(dòng)到壩前，入庫(kù)泥沙全部攔在水庫(kù)內(nèi)。小浪底水庫(kù)6月29日—8月20日累計(jì)攔截泥沙6 237萬(wàn)t，至9月20日累計(jì)攔截泥沙10 959萬(wàn)t。

2.模擬常規(guī)運(yùn)用排沙分析

（1）模擬汛前調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用排沙分析

分析歷年汛前調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用可知，小浪底水庫(kù)汛前調(diào)水調(diào)沙異重流排沙主要發(fā)生在第二階段，排沙量與三門(mén)峽水庫(kù)泄流規(guī)模 （下泄流量、持續(xù)時(shí)間、含沙量）及小浪底水庫(kù)淤積形態(tài)、銜接庫(kù)水位、下泄流量相關(guān)。在小浪底水庫(kù)淤積形態(tài)基本相同條件下，三門(mén)峽水庫(kù)泄流規(guī)模越大，小浪底水庫(kù)銜接庫(kù)水位越低，下泄流量越大，小浪底水庫(kù)形成異重流的規(guī)模就越大，排沙量也越大。

本次模擬的汛前調(diào)水調(diào)沙第二階段與2011年、2012年、2013年汛前調(diào)水調(diào)沙第二階段比較，小浪底水庫(kù)淤積形態(tài)基本相同，三門(mén)峽水庫(kù)泄流規(guī)模及小浪底水庫(kù)銜接庫(kù)水位、下泄流量基本相當(dāng)，所以模擬汛前調(diào)水調(diào)沙小浪底水庫(kù)排沙量參照2011年、2012年、2013年汛限調(diào)水調(diào)沙排沙量，約為6 000萬(wàn)t。

模擬汛前調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用特征值見(jiàn)表3。

表3 小浪底樞紐模擬汛前調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用過(guò)程特征值

（2）模擬常規(guī)運(yùn)用汛期排沙分析

模擬調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用后，由于入庫(kù)洪水規(guī)模較小，水庫(kù)蓄水量較多，回水距離較長(zhǎng)，入庫(kù)泥沙全部攔在水庫(kù)內(nèi)，小浪底出庫(kù)泥沙量為0。

綜合考慮調(diào)水調(diào)沙及汛期運(yùn)用，小浪底水庫(kù)6月29日—8月20日累計(jì)攔截泥沙237萬(wàn)t，至9月20日累計(jì)攔截泥沙4 959萬(wàn)t。

表4 小浪底樞紐試驗(yàn)過(guò)程和模擬過(guò)程效益對(duì)比

五、運(yùn)用效果對(duì)比

按照汛限水位動(dòng)態(tài)控制試驗(yàn)過(guò)程和模擬常規(guī)運(yùn)用過(guò)程分別計(jì)算 6月 29日—8月 20日、6月 29日—9月20日綜合效益，并進(jìn)行分析比較，結(jié)果見(jiàn)表4。

六、結(jié) 論

研究分析表明，小浪底水利樞紐首次汛限水位動(dòng)態(tài)控制運(yùn)用與常規(guī)運(yùn)用比較，在確保防洪安全的前提下，主汛期相對(duì)增加供水10.47億m3，相對(duì)增加蓄水14.15億m3，汛期洪水全部資源化利用，對(duì)有效應(yīng)對(duì)黃河下游嚴(yán)峻的枯水形勢(shì)，保障豫、魯兩省抗旱供水和引黃濟(jì)冀跨流域調(diào)水，避免黃河斷流，維護(hù)河流健康生命發(fā)揮了重要作用，并為冬春灌溉供水儲(chǔ)備了水源。截至2016年9月20日，相對(duì)增加發(fā)電量3.36億kWh，且在水庫(kù)運(yùn)用周期內(nèi)，增發(fā)電量將不斷提高；而全年水庫(kù)淤積僅為多年平均淤積量的53%，綜合效益顯著，為優(yōu)化小浪底水利樞紐調(diào)度運(yùn)用方式積累了經(jīng)驗(yàn)。 ■

責(zé)任編輯 張瑜洪

Results of first experiment on dynamic control of flood level in Xiaolangdi Water Complex

Lu Shujun,Dong Zeliang,Zhang Rongfeng

In flood season of 2016,first experiment on dynamic control of flood level had been conducted in Xiaolangdi Water Complex with consideration on severe dry water conditions.Comparative analysis is adopted to evaluate the results of applying dynamic control of flood level and simulate normal operation process in line with actual water and sediment conditions and water demand.Through comparison of two-time operation results it is found that Xiaolangdi Water Complex can play the role of dynamic control of flood level in extremely low water year.On the premise of securing flood safety and no adding of sedimentation,the reservoir can make full use of water stored in the first half of the year and retain floodwater in the flood season,which not only optimizes allocation of water and increases water supply and electric generation,but also prevents dry-up of the Yellow River and safeguards health of the river.

dynamic control of flood level;extreme low of coming water;flood control level;achievements;Xiaolangdi Water Complex

TV87

B

1000-1123（2017）07-0042-03

2017-03-10

劉樹(shù)君，教授級(jí)高級(jí)工程師。