小浪底水庫在黃河水資源優(yōu)化配置中的運(yùn)用

□鄧從響（水利部小浪底建設(shè)管理局）

□趙 青（河南黃河河務(wù)局）

□常婧華 □任 濤（水利部小浪底建設(shè)管理局）

1.小浪底水利樞紐概況

小浪底水利樞紐是黃河干流最末一級水利樞紐工程，上距三門峽水庫130km，下距鄭州花園口128km。水庫總庫容126.5億m3，其中淤沙庫容75.5億m3，長期興利庫容51億m3，設(shè)計(jì)年入庫水量279億m3，入庫沙量13億t，設(shè)計(jì)任務(wù)是以防洪（包括防凌）、減淤為主，兼顧供水、灌溉、發(fā)電，除害興利，綜合利用。

2.小浪底水利樞紐對黃河水資源優(yōu)化配置的作用

黃河天然來水過程與下游用水過程極不匹配。1950-1989年，黃河花園口斷面年平均來水446億m3，其中春灌期（3-6月）來水量96億m3，只占全年水量的21.5%；汛期（7-10月）來水241億m3，占全年的54%。黃河下游引水90%用于農(nóng)業(yè)灌溉，3-6月是全年的引水高峰，占全年的54%，而汛期引水只占全年的35%。小浪底水利樞紐建成前，僅有三門峽水庫調(diào)控下游水量，調(diào)節(jié)能力有限，導(dǎo)致黃河下游經(jīng)常斷流。從1972-1997年的26年間，有20年發(fā)生斷流，1997年斷流達(dá)226d，對黃河下游經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及生態(tài)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

小浪底水利樞紐處于控制黃河下游水沙的關(guān)鍵部位，控制黃河流域面積的92.3%，具有較大庫容（初期調(diào)節(jié)庫容達(dá)100億m3，正常運(yùn)用期調(diào)節(jié)庫容51億m3），可以充分調(diào)節(jié)年內(nèi)水沙過程，通過移峰填谷，年平均增加下游供水量40億m3左右，并可以有效保持下游河道生態(tài)水量，避免河道斷流。所以說，小浪底水利樞紐為黃河下游水資源調(diào)度管理提供了條件，對實(shí)現(xiàn)黃河水資源優(yōu)化配置，避免黃河斷流發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

3.小浪底水利樞紐水量調(diào)度方式

小浪底水利樞紐水量調(diào)度由黃委會(huì)水資源管理與調(diào)度局（簡稱黃委水調(diào)局）負(fù)責(zé)，發(fā)電調(diào)度由河南電網(wǎng)負(fù)責(zé)。小浪底建管局按“以水定電”原則協(xié)調(diào)水電調(diào)度關(guān)系，調(diào)度樞紐泄洪孔洞滿足水調(diào)指標(biāo)要求。黃委水調(diào)局根據(jù)黃河水量趨勢預(yù)報(bào)，結(jié)合沿黃省區(qū)用水需求，制定小浪底水利樞紐逐日泄水計(jì)劃，并對泄水控制提出了極高的要求，要求日均流量誤差<10%（最小2%），旬均流量誤差<5%。小浪底建管局樞紐調(diào)度中心全年晝夜值班，密切監(jiān)視樞紐運(yùn)行情況，接到黃河水調(diào)指令后，首先協(xié)調(diào)河南電網(wǎng)，調(diào)整小浪底電廠發(fā)電運(yùn)行方式，盡量通過發(fā)電滿足泄水要求；如果發(fā)電量不足，則調(diào)度泄洪洞補(bǔ)水滿足黃河水調(diào)指標(biāo)要求。

4.小浪底水利樞紐水量調(diào)度實(shí)現(xiàn)的幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)

4.1 確保閘門操作精度，精細(xì)控制下泄水量

一是對泄洪洞的泄流能力曲線進(jìn)行濾定，提出精確的水位、開度、流量關(guān)系模型，為精確調(diào)度提供基礎(chǔ)條件；二是水工閘門采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控，縮短閘門操作時(shí)間，提高了閘門操作精度；三是開發(fā)下泄流量自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)。在西霞院樞紐下游3km處的穩(wěn)定河道上，采用自動(dòng)水位計(jì)和水尺連續(xù)觀測水位，通過斷面水位流量關(guān)系換算成瞬時(shí)流量過程及任意時(shí)段日均流量，圖表對照，形象直觀。當(dāng)實(shí)際下泄流量偏差較大時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警，值班員根據(jù)情況及時(shí)調(diào)整孔洞運(yùn)用。

4.2 協(xié)調(diào)水量調(diào)度與發(fā)電調(diào)度關(guān)系

小浪底水利樞紐水調(diào)與電調(diào)協(xié)調(diào)任務(wù)十分艱巨。小浪底建管局主要采取以下措施：一是積極向黃委水調(diào)局及河南電網(wǎng)通報(bào)水調(diào)及電調(diào)信息，增進(jìn)水調(diào)與電調(diào)的相互理解，互相兼顧；二是及時(shí)將水調(diào)指令通報(bào)電網(wǎng)調(diào)度部門，并制定小浪底電廠日發(fā)電量及負(fù)荷過程申請，協(xié)調(diào)河南電網(wǎng)按計(jì)劃安排小浪底機(jī)組發(fā)電，滿足水調(diào)指令要求；三是如果小浪底電廠發(fā)電量較大，及時(shí)協(xié)調(diào)電網(wǎng)按申請計(jì)劃安排小浪底機(jī)組發(fā)電，如果電網(wǎng)安排小浪底電廠日發(fā)電量較小，則采用泄洪孔洞補(bǔ)水，滿足水調(diào)指令要求；四是每年夏、冬兩季，電網(wǎng)負(fù)荷及調(diào)峰壓力沉重，電網(wǎng)經(jīng)常超計(jì)劃安排小浪底機(jī)組發(fā)電。為確保執(zhí)行水調(diào)指令，小浪底建管局采取壓縮發(fā)電計(jì)劃的措施，按下泄水量實(shí)際發(fā)電能力的80%～90%安排日發(fā)電計(jì)劃，剩余10%～20%作為電網(wǎng)超計(jì)劃發(fā)電的備用；在日調(diào)度運(yùn)用中，實(shí)時(shí)對發(fā)電情況進(jìn)行分析預(yù)測，逐級安排泄洪洞補(bǔ)水，精確滿足水調(diào)指令要求；五是當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，協(xié)調(diào)黃委水調(diào)局，臨時(shí)調(diào)整水調(diào)計(jì)劃，盡可能幫助電網(wǎng)克服困難。

4.3 嚴(yán)格控制泄水含沙量

小浪底水利樞紐水調(diào)指標(biāo)除限制流量外，還有含沙量要求。小浪底水利樞紐汛期來水均為渾水。當(dāng)入庫流量、含沙量達(dá)到一定量級時(shí)，含沙水流就會(huì)以異重流形式運(yùn)動(dòng)到壩前，形成渾水水庫；這時(shí)底孔泄流就是高含沙水流，如果控制不好，會(huì)對下游河道減淤產(chǎn)生不良影響。另外在非汛期，由于汛期壩前泥沙未及時(shí)排出，壩前泥沙淤積較高，如果采用底孔補(bǔ)水，也會(huì)導(dǎo)致泄水含沙量超標(biāo)。

針對上述問題，小浪底水利樞紐采取低、中、高孔及發(fā)電流量的組合搭配措施，滿足流量及含沙量雙控指標(biāo)要求。

4.4 統(tǒng)籌洪水資源與減少水庫淤積關(guān)系

泥沙問題是小浪底水利樞紐運(yùn)用的核心問題。如果小浪底水庫泥沙淤積過快，水庫壽命就會(huì)縮短；另一方面，如果小浪底水庫任意排放泥沙，黃河下游河道就要淤積萎縮；所以，在制定小浪底水利樞紐水調(diào)指標(biāo)時(shí)，要統(tǒng)籌水庫及下游河道減淤因素綜合確定。

目前小浪底水利樞紐下泄流量與含沙量的搭配關(guān)系尚處于探索中，而且其搭配關(guān)系隨著水庫及下游河道形態(tài)演變而不斷變化。根據(jù)研究，黃河下游流量<800m3/s時(shí)，對下游河床影響較小；流量>2600m3/s時(shí)，可直接攜沙入海，使黃河下游全線沖刷（或微沖不淤）；流量在800～2600m3/s之間時(shí)，將造成泥沙搬家，沖河南淤山東，對下游河道減淤不利。

目前小浪底水利樞紐水沙控制的原則是：一是當(dāng)有高含沙水流入庫時(shí)，在水量許可的前提下，小浪底水利樞紐盡量進(jìn)行調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用，利用上游來水及水庫蓄水按控制花園口流量>2600m3/s持續(xù)>6d下泄，利用大水拉沙，減少水庫及下游河道泥沙淤積；二是當(dāng)小浪底水庫庫尾泥沙淤積時(shí)，可利用天然來水及三門峽水庫蓄水人造洪峰，沖刷庫尾泥沙，調(diào)整水庫泥沙淤積形態(tài)；三是由于水庫異重流沿程分選作用，小浪底水庫壩前泥沙極細(xì)，水流對該泥沙的攜帶能力很大。所以，當(dāng)小浪底水利樞紐下泄流量<800m3/s時(shí)，也允許一定含沙量下泄。目前正在探索800m3/s流量以下的水沙搭配模型，盡可能實(shí)現(xiàn)“小水帶小沙”。這樣，小浪底水利樞紐泄水就可以長期水沙搭配運(yùn)用，既減少水庫泥沙淤積，保持塔前漏斗形態(tài)，又不增加下游河道淤積。

4.5 洪水資源化，增加水資源利用率

小浪底水利樞紐水量調(diào)節(jié)作用有兩方面，一是調(diào)節(jié)年內(nèi)來水過程，增加水資源利用率；二是按下游生活、生產(chǎn)、生態(tài)用水需求調(diào)節(jié)下游河道流量，實(shí)現(xiàn)水資源優(yōu)化配置。在調(diào)節(jié)年內(nèi)來水過程，增加水資源利用率方面，實(shí)現(xiàn)洪水資源化是很重要的內(nèi)容。

小浪底水利樞紐實(shí)現(xiàn)洪水資源化有以下有利條件：一是20世紀(jì)80年代以來，黃河上游降雨減少6.7%，沿黃工農(nóng)業(yè)用水量迅速增加，加之干支流水庫——特別是龍羊峽、劉家峽水庫的攔蓄作用，黃河徑流面貌發(fā)生了很大改變，黃河中游洪水基流大大減小，導(dǎo)致黃河中游洪水峰、量大大減小，小浪底入庫洪水峰量也相應(yīng)的減小，這樣，總體上小浪底水庫防洪庫容趨于寬松，為洪水資源化提供了基礎(chǔ)條件；二是小浪底水利樞紐75.5億m3淤沙庫容尚未占用，水庫可調(diào)庫容達(dá)100億m3，也為洪水資源化提供了條件；三是入庫泥沙減少。2000-2011年小浪底水庫年平均入庫沙量3.31億t，較設(shè)計(jì)平均多年均值減少約74%。由于入庫含沙量減少，汛期適當(dāng)攔蓄洪水對水庫淤積影響較小。

黃河中下游發(fā)生大洪水主要在7月下旬至8月上旬，這期間由于降雨強(qiáng)度較大，入庫含沙量也較大。為確保黃河下游防洪安全，減少水庫淤積，在主汛期不宜攔蓄洪水，嚴(yán)格控制庫水位不高于汛限水位。9月1日至10月31日是小浪底水庫后汛期，該時(shí)段發(fā)生大洪水的幾率較低，降雨強(qiáng)度較小，降雨歷時(shí)延長，所謂“秋雨連綿”；降雨產(chǎn)匯流對地表沖蝕作用較小，入庫水流含沙量較低，將該時(shí)段洪水?dāng)r蓄起來，既不影響防洪安全，又對水庫淤積影響不大，可使洪水資源化，有效增加了下年度水資源總量。

為實(shí)現(xiàn)洪水資源化，小浪底水庫汛期采用兩段制汛限水位運(yùn)用，前汛期汛限水位225m，后汛期汛限水位248m；同時(shí)在實(shí)際運(yùn)用中，又將后汛期提前至每年8月下旬，這樣不僅全部攔蓄了后汛期洪水，而且部分?jǐn)r蓄了前汛期洪水，大大增加了水庫蓄水量，為緩解黃河下游供水緊張局面和連續(xù)12年避免黃河斷流發(fā)揮了重要作用。

4.6 靈活調(diào)節(jié)下游封河流量，保證春灌供水量

小浪底水利樞紐建成后，根據(jù)蓄水和來水情況靈活調(diào)節(jié)下游封河流量，保證春灌供水量成為可能：一是由于小浪底水庫運(yùn)用初期調(diào)節(jié)庫容較大（約90億m3），在保證20億m3防凌庫容前提下，仍有較大富余庫容，減小加大下游封河水量，對水庫安全無不良影響；二是下游凌汛取水引黃涵閘均配套了引水圍堰，同時(shí)普遍實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控，可對兩岸引水實(shí)施有效控制，所以在小流量封河情況下，仍可保證下游封凍河面穩(wěn)定；三是即使由于某種意外原因?qū)е挛溟_河，可迅速調(diào)節(jié)小浪底流量，加上下游引黃涵閘分水等，仍可保證下游防凌安全。

2001、2002 、2003 及2010年下游采取了小流量封河方案（最小封河流量僅40m3/s），2004年及2011年實(shí)行大流量下泄不封河，靈活調(diào)節(jié)防凌用水，保證下游防凌安全，同時(shí)保證了春灌供水量。

5.小浪底水利樞紐在黃河水資源優(yōu)化配置中的運(yùn)用效益

小浪底水庫運(yùn)用以來，通過移峰填谷，豐減枯補(bǔ)運(yùn)用，成功克服了2000、2001、2002年枯水季節(jié)（小浪底入庫水量分別為164.2億m3、137.78億m3、153.2億m3，比常年偏枯40.7%～50.2%）供水和2003年華西秋汛及2011年秋汛洪水等問題。截至2011年底，小浪底水庫累計(jì)向下游供水1994億m3，其中調(diào)節(jié)供水803億m3，保證了黃河下游城鄉(xiāng)人民生產(chǎn)生活用水，緩解了農(nóng)業(yè)用水緊張矛盾，連續(xù)12年實(shí)現(xiàn)黃河不斷流；并7次進(jìn)行引黃濟(jì)津供水運(yùn)用，累計(jì)引水59.6億m3；五次進(jìn)行引黃濟(jì)淀供水運(yùn)用，累計(jì)引水33億m3。小浪底水利樞紐對成功實(shí)施黃河水量統(tǒng)一調(diào)度，維持黃河健康生命作出了巨大的貢獻(xiàn)。