黃河三門峽水庫應(yīng)在新時期發(fā)揮更大作用

摘 要：小浪底水庫建成后和三門峽水庫及支流水庫聯(lián)合調(diào)度運用，標(biāo)志著下游防洪減災(zāi)工程體系基本建成。為了盡量減少黃河下游漫灘損失，多年來水庫防洪調(diào)度時往往以灘區(qū)不上水為調(diào)度目標(biāo)。以包括2021年在內(nèi)的近4a秋汛為例，說明多種不利因素疊加后，尤其干流和支流洪水相遭遇時，水庫攔峰錯峰難上加難。為破解這一難題，認(rèn)為在花園口水文站有特定限制流量條件下，應(yīng)讓三門峽水庫攔蓄洪水，提前向非汛期蓄水位過渡，使小浪底水庫在最高允許水位下預(yù)留庫容，巧妙地將洪水錯開下泄，必要時三門峽水庫臨時攔蓄水位可有所突破，以降低小浪底水庫高水位帶來的安全風(fēng)險。此外，在入庫來沙量大大減少的現(xiàn)狀下，三門峽水庫運用方式應(yīng)該優(yōu)化調(diào)整，努力使這一黃河明珠重放光芒，完善下游防洪工程體系，同時發(fā)揮優(yōu)化配置水資源的作用，為下游防洪減災(zāi)和高質(zhì)量發(fā)展提供安全保障。

關(guān)鍵詞：水沙調(diào)控；水庫調(diào)洪；水沙變化；三門峽水庫；黃河

中圖分類號：TV697.1；TV882.1 文獻標(biāo)志碼：A doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2022.01.001

引用格式：張紅武.黃河三門峽水庫應(yīng)在新時期發(fā)揮更大作用[J].人民黃河，2022，44（1）：1-4，9.

SanmenxiaReservoironYellowRiverShouldShineAgainintheNewEra

ZHANGHongwu

（YellowRiverResearchCenter，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China）

Abstract：ThejointoperationofXiaolangdiReservoirwithSanmenxiaReservoirandtributaryreservoirsafterthecompletionofXiaolangdi Reservoirmarksthebasiccompletionofthedownstreamfloodcontrolanddisasterreductionprojectsystem.However，fortheYellowRiver beacharea，whichhasalwaysbeenemphasizedasthespaceforflooddetentionandsedimentdeposition，thereservoirfloodcontroloperation hassetthegoalofensuringthatthebeachareaisnotfilledwithwaterformanyyears.Takingtheautumnfloodinrecentfouryears，including 2021，asanexample，thispapershowedthatitwasmoredifficulttoblockandstaggerthepeakofthereservoirafterthesuperpositionofava rietyofadversefactors，especiallywhentheinflowoftrunkandtributarieswasencountered.Inordertosolvethisproblem，itwasconsidered thatunderthespecificrestrictionofHuayuankouflow，SanmenxiaReservoirshouldbeallowedtostoptheflood，transitiontothenonflood seasonpoollevelinadvance，helpXiaolangdiReservoirreservethestoragecapacityunderthemaximumallowablewaterlevel，andskillfully staggertheflooddischarge.Whennecessary，thetemporarystoragewaterlevelofSanmenxiaReservoircouldbreakthroughtoreducethesafe tyriskofhighwaterlevelofXiaolangdidam.Inaddition，underthecurrentsituationthattheamountofsedimententeringthereservoirde creasedgreatly.TheoperationmodeofSanmenxiaReservoirshouldbeadjustedandimproved，strivetomakethispearloftheYellowRiver shineagain，improvethedownstreamfloodcontrolengineeringsystem，giveplaytotheroleofoptimizingtheallocationofwaterresources，andprovidesafetyguaranteefordownstreamfloodcontrol，disasterreductionandhigh qualitydevelopment.

Keywords：waterandsedimentregulation；reservoirfloodregulation；variationofwaterandsediment；SanmenxiaReservoir；YellowRiver

1 問題的提出

小浪底水庫建成后，和三門峽水庫及陸渾、故縣、河口村水庫聯(lián)合調(diào)度運用，成為下游防洪工程體系的重要構(gòu)架[1]。習(xí)近平總書記2019年9月18日在黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展座談會上發(fā)表重要講話時，對于新中國成立以來黃河治理取得的巨大成就，首先肯定“防洪減災(zāi)體系基本建成，保障了伏秋大汛歲歲安瀾，確保了人民生命財產(chǎn)安全”。黃河上游的寧蒙河段因冰凌洪水與多沙支流淤堵干流而出現(xiàn)多次決堤險情[2]，顯然總書記的上述肯定針對的是黃河下游治理工作。不過，近幾年黃河下游防洪調(diào)度依然棘手[3]，例如有關(guān)部門一直強調(diào)黃河灘區(qū)必須保持滯洪沉沙的功能屬性[4]，但又不能破除為防止洪水漫灘而大規(guī)模修建的生產(chǎn)堤，一旦來了洪水，為盡量減少下游漫灘損失，不得不將“不上灘”作為水庫的調(diào)度指令[5-6]。2021年9月，受“華西秋雨”的影響，黃河接連出現(xiàn)洪水，在9月30日國務(wù)院新聞辦公室舉行的國務(wù)院政策例行吹風(fēng)會上，水利部副部長劉偉平表示“這次黃河防汛調(diào)度設(shè)定的目標(biāo)是花園口水文站流量不超過4900m3/s，這個流量的調(diào)度可以保證灘區(qū)的安全，同時力爭保證控導(dǎo)工程的安全，特別是保證灘區(qū)人民群眾的安全，這是我們防洪最重要的目標(biāo)”，這顯然同9月27日水利部黃河防汛意見是一致的，對下游防洪減災(zāi)采取了實事求是的態(tài)度[5-6]。

2021年9月8日黃河出現(xiàn)小洪水過程時，有關(guān)部門預(yù)計前汛期來水較少的趨勢還將持續(xù)，便啟用了小浪底水庫攔蓄功能；9月21日再出現(xiàn)小洪水時因預(yù)估不到后續(xù)洪水的威脅，小浪底水庫繼續(xù)攔蓄洪水；9月27日這場洪量并不小的洪水剛剛退下，黃河今年第1號洪水即接踵而至，此時小浪底防洪庫容僅剩下“后汛期防洪庫容”的一半左右，受當(dāng)時不讓伊洛河與沁河洪水聯(lián)合致災(zāi)與不讓黃河下游漫灘的制約，小浪底水庫前3d不敢放開泄洪，后汛期防洪庫容進一步減小，讓防洪調(diào)度更加被動。待伊洛河、沁河洪水減小后，10月5日23時潼關(guān)出現(xiàn)黃河今年的第3號洪水，流量上漲勢頭更猛，致使7日11時三門峽水庫迎來8360m3/s的最大入庫流量，突破自1977年起44a來的歷史記錄，隨即導(dǎo)致壩體系黏土斜心墻堆石壩的小浪底水庫[7]9日20時出現(xiàn)建庫以來的最高庫水位273.5m（1985國家高程基準(zhǔn)，下同），水庫安全面臨建庫20多a來最嚴(yán)峻的考驗，所預(yù)留的庫容很難應(yīng)對干支流后續(xù)突發(fā)秋汛洪水可能帶來的風(fēng)險。鑒于黃河秋汛是常見的[1，8]，在氣象預(yù)報目前尚難滿足水庫精準(zhǔn)調(diào)度的客觀條件下，為破解這一難題，筆者認(rèn)為應(yīng)伺機啟用三門峽水庫攔調(diào)洪水，進一步開展其聯(lián)合小浪底水庫防洪運用方式的研究，讓這一黃河明珠重放光芒。

2 三門峽水庫概況

三門峽水庫是黃河上修建的第一座以防洪（含防凌）、供水、灌溉、發(fā)電為目標(biāo)的綜合性大型水利樞紐[7]，大壩為混凝土重力壩，壩高106m，壩頂高程353m，設(shè)計最高洪水位對應(yīng)的總庫容為345億m3[9]，是黃河上十分出色的高壩大庫。小浪底水庫正式運用之前，三門峽水庫一直是治黃工程體系最重要的組成部分[10]。由于當(dāng)時泥沙學(xué)科水平不高和設(shè)計者工程經(jīng)驗不足，因此三門峽水庫從建設(shè)到運行管理，經(jīng)歷了我國水利建設(shè)史上從未遇到的曲折[11]，水庫投入運用后的1961—1964年，攔沙期年入庫沙量為9.38億～24.5億t，導(dǎo)致水庫運用初期泥沙淤積嚴(yán)重上延，威脅到西安市的安全，并對渭河下游的防洪減淤造成很大影響[12]，甚至20世紀(jì)90年代以后至2003年干支流堤防還出現(xiàn)“三年兩決口”的嚴(yán)重局面。特別是2003年8月渭河下游出現(xiàn)小水大災(zāi)后，改變?nèi)T峽水庫運用方式的呼聲越來越高，不少單位聯(lián)合或獨立開展研究和論證[12]，筆者在清華大學(xué)也主持了黃河水利委員會（簡稱黃委）三門峽水利樞紐管理局委托的“三門峽水庫運用方式研究”項目[13]。當(dāng)時各家采用的水沙條件都是以20世紀(jì)實測資料為基礎(chǔ)制定的，入庫沙量比現(xiàn)狀大很多倍，之后各方面反復(fù)權(quán)衡，給出的三門峽水庫運用方式大致為：汛期平水期保持庫水位不超過305m，當(dāng)入庫流量大于1500m3/s時實施敞泄排沙，并控制北村斷面1000m3/s流量相應(yīng)水位不超過310m；非汛期平均運用水位不超過315m，原則上最高不超過318m[12]；只有花園口站發(fā)生虛擬的“特大洪水”時，三門峽水庫才發(fā)揮較大攔洪滯洪作用[8]，其防洪功能相對有限。

附帶指出，之所以稱“特大洪水”為虛擬的，主要是黃委所用的設(shè)計洪水成果依據(jù)的大洪水資料不是實測的，而是調(diào)查洪水?dāng)?shù)據(jù)或是經(jīng)整編后分析確定的數(shù)據(jù)[14]。筆者研究后發(fā)現(xiàn)，該設(shè)計洪水成果留有較大的余地，不同頻率洪水對應(yīng)的流量偏大[14]，比如設(shè)計成果給出的利津水文站5a一遇洪水流量為8000m3/s[4]，但自1976年至今的45a間從未出現(xiàn)過接近5a一遇的洪水設(shè)計流量8000m3/s。

3 三門峽水庫運用方式應(yīng)隨水沙條件變化而調(diào)整

“蓄清排渾”是三門峽水庫1973年11月改建后汛期的運用方式[10]，近20多a每年入庫沙量大大減?。?014—2015年僅分別為0.55億、0.69億t）[15]。圖1給出了歷年汛前、汛后潼關(guān)高程（潼關(guān)水文站（六）斷面1000m3/s流量時的相應(yīng)水位[13]）的變化過程，可看出近2a黃河來水量大，2020年汛期潼關(guān)高程下降量大于2019年非汛期自然上升量，使得2020年汛后潼關(guān)高程僅為326.36m，與2021年8月22日潼關(guān)流量為966m3/s時的水位接近，比前些年低1m以上。因此，即使再恢復(fù)到以前的“蓄清排渾”運用方式，潼關(guān)河床沖淤平衡問題也不難解決[16]。但改變?nèi)藗儗τ谒匙兓厔莸闹饔^認(rèn)識需要有個過程，例如在2008年的一次技術(shù)討論會上，著名水利專家寧遠根據(jù)2000—2007年的實測輸沙量數(shù)據(jù)（年均值約為3.6億t）敏銳地推斷，黃河來沙量已發(fā)生趨勢性變少，并認(rèn)為今后相當(dāng)長一段時期內(nèi)黃河的來沙量將維持在年均3億～4億t[17]。當(dāng)時包括筆者在內(nèi)的絕大部分學(xué)者都不以為然，有關(guān)部門的專家更不接受。10多a過去了，隨著實測資料的反復(fù)證實，跟蹤關(guān)注黃河水沙變化的學(xué)者慢慢接受了他的觀點，如果再過幾年，實測資料積累夠30a，相信大部分專家的態(tài)度會改變。實際上，有不少學(xué)者的預(yù)測值比他的結(jié)果還小[18-21]，例如國家重點研發(fā)計劃項目“黃河下游河道與灘區(qū)治理研究”項目組2017年3月預(yù)測潼關(guān)站未來30a年均沙量為2.2億t，未來50a年均沙量為2.2億t以下[21]，同2017—2020年《泥沙公報》公布的年實測值1.30億、3.73億、1.68億、2.40億t接近，盡管2018年潼關(guān)站沙量較大，但若去掉上游萬家寨水庫排沙量1.38億t及小北干流河段沖刷量0.08億t（天橋水利樞紐排沙量未計入），天然來沙量仍與2.2億t接近。2021年的來沙量為1.72t，也表明來沙量不多?？紤]到利津水文站近幾年徑流量為312億～360億m3，故可按變化趨勢將預(yù)測的潼關(guān)年均徑流量修正為300億～350億m3，其上限值仍比2021年少11%。

其實，黃河中游來沙量大幅減少是黃河治理尤其是黃土高原水土流失治理的結(jié)果[17]，顯然三門峽水庫運用方式也理應(yīng)隨之改變。對于這個敏感話題，統(tǒng)一認(rèn)識不能操之過急，而在行動上應(yīng)該腳踏實地先行先試，對于風(fēng)險不大的舉措，看準(zhǔn)后應(yīng)果斷付諸實踐。

像2021年這樣特殊的秋汛，多種不利因素疊加，水庫攔峰錯峰難度很大，為避免黃河下游出現(xiàn)重大險情，并減輕小浪底水庫攔洪負(fù)擔(dān)，確有必要轉(zhuǎn)變思路、突破框框，讓三門峽水庫參與攔蓄調(diào)洪，使小浪底水庫在最高允許水位275m以下盡量預(yù)留較大庫容，降低小浪底水庫高水位帶來的安全風(fēng)險，同時可應(yīng)對后續(xù)突發(fā)不利來水，兩水庫聯(lián)合運用將洪水巧妙地錯開下泄。這對于三門峽水庫是發(fā)揮更大作用的機遇，可以提前向318m蓄水位過渡，即使蓄水位再高一點，如接近防洪高水位或最高允許水位，使潼關(guān)高程臨時淤高些，待下游洪水退去，三門峽水庫隨即泄流而降低水位，潼關(guān)高程也能很快降下去[5]，如此做法不影響渭河下游泄流，沒有任何風(fēng)險。何況目前下游已有“花園口流量不超過4900m3/s”這種限制條件，為降低小浪底水庫高水位帶來的安全風(fēng)險，三門峽水庫臨時攔蓄水位有所突破也是必要的。這樣在發(fā)揮三門峽水庫防洪作用的同時還可增加發(fā)電效益，通過三門峽水庫攔沙而減少小浪底水庫淤積，在下年度調(diào)水調(diào)沙的后期，三門峽水庫趁機排沙，從而增強整個調(diào)水調(diào)沙效果。從技術(shù)層面講，花園口流量即使接近或略微超過5500m3/s，高村以上和高村至孫口河段上段的灘區(qū)也不會漫灘過流。高村至孫口灘區(qū)面積小、橫比降不大，河道離大堤近（背河側(cè)有約100m寬的淤背體），河道工程密布，現(xiàn)有生產(chǎn)堤具有擋水作用，如果不讓漫灘，可采用清華大學(xué)的“鋼筋混凝土預(yù)制板樁組合壩”專利技術(shù)[22]，在灘槽高差較小及生產(chǎn)堤擋水能力不足的河段灘地上，快速修建具有工程結(jié)構(gòu)堅固、施工便捷、不用搶險等優(yōu)點的防護堤[23]。其實，高村至孫口下段局部水流上灘20～30cm深并不會出現(xiàn)大災(zāi)害，還有益于灘槽高差與灘地土壤結(jié)構(gòu)等方面的改善。

實際上，多年前清華大學(xué)、北京大學(xué)、中國科學(xué)院等聯(lián)合研究已表明[2]：“中游古賢、三門峽和小浪底這3座大型水庫聯(lián)合運行，在黃河主要來沙期泄放高效造床輸沙流量，促使三門峽庫尾的潼關(guān)高程降低與渭河下游溯源沖刷，減輕渭河下游嚴(yán)峻的防洪壓力，再進一步發(fā)揮三門峽水庫的泥沙調(diào)控作用，即不難提高小浪底水庫的調(diào)水調(diào)沙效果，為黃河下游沖沙減淤提供足夠的動力條件。”

4 三門峽水庫這一黃河明珠應(yīng)重放光芒

三門峽水庫自1960年9月建成并投入運用的61a來，為黃河下游防洪防凌安全、沿黃城市工農(nóng)業(yè)用水、下游河道及河口地區(qū)生態(tài)平衡等做出了不可磨滅的貢獻[1]。習(xí)近平總書記在黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展座談會講話中強調(diào)“要緊緊抓住水沙關(guān)系調(diào)節(jié)這個‘牛鼻子’”。由于劉家峽水庫淤積較多后有效庫容不大，為避免潼關(guān)高程抬升影響渭河下游防洪而限制了三門峽水庫蓄水運用，因此黃河目前真正具有較大調(diào)控能力的大型骨干水庫實際上只有龍羊峽、小浪底兩座水庫，能為中游和下游水沙調(diào)控提供強大水流動力的古賢水庫與大柳樹水庫還沒修建[4]。黃河現(xiàn)有水庫不僅不能對寧蒙河段、小北干流與下游河段進行高效的水沙調(diào)控，而且對黃河下游水資源調(diào)節(jié)作用也沒發(fā)揮好[14]。例如，近幾年有關(guān)部門擔(dān)心前汛期以后黃河來水少而使小浪底水庫盡量蓄水，秋汛到來時又無法再蓄，導(dǎo)致每年都有大于300億m3的水量入海（利津水文站2018—2020年入海水量分別為333.8億、312.2億、359.6億m3，2021年該站入海水量高達443.8億m3），遠大于下游輸沙與河口生態(tài)所需水量總和，使黃河不能為相關(guān)地區(qū)生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展做出更大貢獻。受氣候不確定性影響，以后仍會出現(xiàn)類似情況。因此，重啟三門峽水庫調(diào)蓄洪水的作用，對于優(yōu)化配置黃河水資源意義重大。

也許有人擔(dān)心，一旦三門峽水庫被激活后對黃河下游防洪及水沙調(diào)控的作用很快顯現(xiàn)，對有關(guān)部門推動古賢水庫及早上馬不利。其實不然，筆者極力主張盡快修建古賢水庫的主要理由之一，是該水庫能改善小北干流水沙條件，使該河段顯著沖刷，潼關(guān)高程可降低約1.3m，渭河隨之溯源沖刷至涇河口附近，其下游河槽萎縮狀況得到改善，過洪能力加大。若再對古賢水庫入庫洪水分級控制，即能減少三門峽庫區(qū)灘地淹沒損失與泥沙淤積[24]；若進一步降低“上大型洪水”時三門峽水庫的滯洪水位，則可避免庫區(qū)灘上淤積過多，大幅減少灘庫容損失（多沙河流水庫庫容具有“死灘活槽”特性，即槽庫容可通過水庫排沙有所恢復(fù)，而灘庫容則不然），有利于三門峽水庫長期發(fā)揮削減洪水的作用，且在潼關(guān)來沙量大為減少的條件下“蓄清排渾”，可讓三門峽水庫在新時期對黃河防洪重點河段發(fā)揮真正有效的調(diào)控作用。

建議專門開展“三門峽水庫聯(lián)合小浪底水庫防洪運用方式研究”，在國家未來依然重視退耕還林（草）措施及其他水利水保工程攔減泥沙手段的客觀條件下，三門峽入庫沙量必然越來越少，完全可以適當(dāng)抬高水位運行，在大洪水來臨時，通過限規(guī)模短期滯洪，聯(lián)合小浪底水庫進一步控制黃河洪水，并完善下游防洪體系，可為下游人民生命財產(chǎn)和高質(zhì)量發(fā)展提供防洪安全保障。其作用至少為：①提高調(diào)水調(diào)沙效率，有利于減少下游懸河隱患；②提高灘區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)；③可降低花園口百年一遇以上的洪峰流量，減輕下游防洪壓力；④可在黃河發(fā)生萬年一遇洪水時不使用北金堤與東平湖滯洪區(qū)；⑤中游減沙規(guī)模若使潼關(guān)年均來沙量少于1.3億t呈常態(tài)化，會引起黃河口岸線蝕退等生態(tài)問題，可通過三門峽水庫排沙設(shè)施改造使其發(fā)揮調(diào)控作用，為下游及河口供沙，同時恢復(fù)自身庫容。

5 結(jié) 論

（1）黃河治理尤其是黃土高原水土流失治理作用不斷顯現(xiàn)后，入黃沙量大幅減少，同時在現(xiàn)有設(shè)計洪水成果留有較大余地、不同頻率洪水流量偏大的前提下，三門峽水庫運用方式應(yīng)該優(yōu)化調(diào)整，故需專門開展三門峽水庫聯(lián)合小浪底水庫防洪運用方式的研究。

（2）黃河秋汛發(fā)生后，干流和支流來流相遭遇，多種不利因素疊加影響，一旦對下游流量有特定限制，在氣象預(yù)報尚難滿足水庫精準(zhǔn)調(diào)度的客觀條件下，水庫攔峰錯峰調(diào)度難度很大。為此，確有必要讓三門峽水庫參與攔調(diào)洪水，提前向非汛期蓄水位過渡，在不影響渭河下游泄流的前提下，可臨時突破三門峽水庫攔調(diào)水位，使小浪底水庫在最高允許水位下預(yù)留庫容，降低小浪底水庫高水位帶來的安全風(fēng)險，同時可應(yīng)對后續(xù)突發(fā)不利來水，兩水庫聯(lián)合運用使洪水巧妙錯開下泄。

（3）三門峽水庫一旦激活，即可在發(fā)揮防洪作用的同時增加發(fā)電效益，并發(fā)揮優(yōu)化配置水資源的作用。三門峽水庫攔沙能減少小浪底水庫淤積，水庫在汛前調(diào)水調(diào)沙期伺機排沙，可提高水沙調(diào)控效果，為下游防洪減災(zāi)和高質(zhì)量發(fā)展提供安全保障，使三門峽水庫這一黃河明珠重放光芒。

（4）為縮短三門峽水庫臨時提高攔蓄水位的歷時，減小三門峽與小浪底水庫調(diào)度壓力，下游花園口允許流量可適當(dāng)放大，并采用“鋼筋混凝土預(yù)制板樁組合壩”專利技術(shù)，在灘槽高差不足的河段灘地上，快速修建具有工程結(jié)構(gòu)堅固、施工便捷、不用搶險等優(yōu)點的防護堤。

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