小浪底水庫調(diào)控后黃河下游沖淤規(guī)律與水沙調(diào)控指標(biāo)

摘要：為科學(xué)指導(dǎo)黃河調(diào)水調(diào)沙調(diào)度實踐，根據(jù)小浪底水庫調(diào)控后黃河下游沖淤規(guī)律對水沙調(diào)控指標(biāo)進行優(yōu)化。選取2011—2022年黃河下游實測121場不同含沙量級水沙過程，分析黃河下游水沙特點及其沖淤效率與水沙條件的響應(yīng)關(guān)系，以黃河下游不淤積以及主槽過流能力不降低為總體目標(biāo)提出水沙調(diào)控指標(biāo)。結(jié)果表明：① 小浪底水庫對黃河下游水沙過程具有兩極分化的調(diào)控作用，高含沙量水流（平均含沙量Savgt;10 kg/m3）的沙量全年占比為94%，清水水流（Savlt;1 kg/m3）的水量全年占比為85%。② 高含沙量水流的淤積效率與平均含沙量呈正相關(guān)線性關(guān)系。③ 清水水流的沖刷效率與平均流量呈正相關(guān)對數(shù)關(guān)系。④ 對于高含沙量水流，豐水年調(diào)控水量為80億m3，平均流量為2 000～4 600 m3/s，平均含沙量為50 kg/m3;平水年調(diào)控水量為10億m3，平均流量為2 000～4 600 m3/s，平均含沙量為150 kg/m3;枯水年水庫不排沙。對于清水水流，需要避免下泄平均流量在800～1 800 m3/s范圍內(nèi)的水流過程。

關(guān)鍵詞：沖淤規(guī)律;水沙調(diào)控;水沙過程;小浪底水庫;黃河下游

中圖分類號：TV148

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1001-6791（2024）04-0606-11

大型水庫運行會改變下游河道的水沙條件，從而導(dǎo)致下游河道的河床邊界及沖淤特性發(fā)生調(diào)整［1-2］。研究水庫調(diào)控后的水沙特點及其沖淤規(guī)律，對于水庫調(diào)度及下游河道治理具有重要意義［3-4］。黃河下游的泥沙主要來自黃土高原的水土流失［5-6］，長期淤積在河道形成了“千里懸河”。小浪底水庫運行后改變了黃河下游水沙過程，并通過水沙調(diào)控緩解了河床淤積抬高的態(tài)勢。多年治黃經(jīng)驗表明，小浪底水庫調(diào)水調(diào)沙是解決黃河下游泥沙淤積的有力措施［7-9］，通過攔蓄易造成下游河道泥沙淤積的水沙過程，并泄放有利于河道沖刷的大流量過程，可以充分發(fā)揮水流在大流量期間的輸沙效率，起到?jīng)_刷下游河道、擴大其排洪輸沙能力的作用。

黃河調(diào)水調(diào)沙中，水沙調(diào)控指標(biāo)的確定至關(guān)重要，其合理性決定了排沙減淤的調(diào)度目標(biāo)能否順利實現(xiàn)。在2002年的首次黃河調(diào)水調(diào)沙原型試驗中，通過分析1960年9月至1996年6月397場黃河下游水沙過程的沖淤規(guī)律，提出花園口站平均含沙量為20 kg/m3、流量為2 600 m3/s、歷時6 d的調(diào)控指標(biāo)成功指導(dǎo)了調(diào)水調(diào)沙調(diào)度實踐，取得了黃河下游河道全線沖刷0.36億t的效果［10］。為了更好地發(fā)揮小浪底水庫攔沙期的減淤效益，國內(nèi)諸多學(xué)者圍繞下游河道沖淤及對水庫調(diào)控需求開展了大量的研究。李小平等［11］通過分析三門峽和小浪底水庫攔沙期黃河下游洪水過程，認(rèn)為流量達(dá)到4 000 m3/s時沖刷效率最大;萬占偉等［12］根據(jù)小浪底水庫運用以來黃河下游河道變化情況，提出了利于輸沙的流量、歷時、峰型等調(diào)控指標(biāo);陳翠霞等［13］提出了黃河下游不同平灘流量大小對應(yīng)的含沙量調(diào)控指標(biāo);Cheng等［14］定量分析了小浪底水庫運用以來黃河下游不同河段沖刷效率的變化過程及其影響因素?？傮w而言，以往研究在黃河下游沖淤規(guī)律以及水沙調(diào)控指標(biāo)方面取得了豐富的成果，對不同階段的調(diào)水調(diào)沙調(diào)度起到了一定指導(dǎo)作用。

河道沖淤與來水來沙條件、河道邊界條件等直接相關(guān)［15-16］，以往研究成果大多是建立在前期實測資料分析的基礎(chǔ)上［17-18］。小浪底水庫自1999年起已運行25 a，當(dāng)前黃河下游河道狀態(tài)發(fā)生了顯著變化［19-21］，下游河道已累計沖刷泥沙31.73億t，河床平均下切3.1 m，最小平灘流量由2002年汛前的1 800 m3/s恢復(fù)至2010年的4 000 m3/s并維持相對穩(wěn)定狀態(tài)（至2023年汛前為4 600 m3/s）。在此背景下，如何長期維持該河槽規(guī)模，多輸沙入海，同時兼顧水庫多排沙延長水庫使用年限，已成為調(diào)水調(diào)沙減淤調(diào)度新的目標(biāo)。受水庫調(diào)控后的水沙過程、河道沖淤規(guī)律與水庫運行前差別較大的影響，原有水沙調(diào)控指標(biāo)已無法滿足黃河調(diào)水調(diào)沙減淤調(diào)度的需求。因此，有必要深入研究黃河下游現(xiàn)狀河道邊界條件下的沖淤規(guī)律，并提出水沙調(diào)控指標(biāo)。

本研究基于小浪底水庫調(diào)控作用影響，選取黃河下游不同含沙量級場次水沙過程，分析2011年以后黃河下游沖淤規(guī)律及影響因素，提出黃河下游水沙調(diào)控指標(biāo)，以期為當(dāng)前及今后一個時期內(nèi)黃河調(diào)水調(diào)沙調(diào)度決策提供參考價值。

1 研究區(qū)域及分析方法

1.1 研究區(qū)域概況

黃河下游河道自小浪底壩下起，沿途匯入伊洛河和沁河等支流，經(jīng)黃淮海平原，于山東省墾利縣注入渤海（圖1）。下游河道全長772 km，按其特性可分為3段：高村以上河段長299 km，河道寬淺，水流散亂，主流擺動頻繁，為游蕩型河段，兩岸堤距平均為8.4 km，最寬處為20 km;高村—陶城鋪河段長165 km，由于近年來修建了大量河道整治工程，主流趨于穩(wěn)定，屬于由游蕩型向彎曲型轉(zhuǎn)變的過渡型河段，兩岸堤距平均為4.5 km;陶城鋪—利津河段長308 km，現(xiàn)狀為受到工程控制的彎曲型河段，河勢比較規(guī)順，兩岸堤距平均為2.2 km。利津以下為入海段。

黃河水利科學(xué)研究院每年會開展黃河下游河道排洪能力分析工作，基于平灘水位對不同河段及典型斷面平灘流量進行計算［22］。通過套繪黃河下游典型斷面平灘流量變化過程（圖2（a））以及床沙平均中值粒徑變化過程（圖2（b）），可以發(fā)現(xiàn)與小浪底水庫運行前的1999年汛前相比，2023年汛前最小平灘流量由2 400 m3/s增大到4 600 m3/s，床沙平均中值粒徑由0.05 mm增大到0.1 mm以上。從圖2和圖3同樣可以看到，2011年以后，黃河下游河床粗化到一定程度后沖刷難度加大，平灘流量以及床沙粒徑基本趨于穩(wěn)定，因此可以視為黃河下游的相對穩(wěn)定時期。根據(jù)程亦菲等［18］研究成果，2011年以后黃河下游河段平均尺度的平灘寬度、平灘水深、河相系數(shù)等河槽形態(tài)參數(shù)也基本保持不變。截至2023年汛前，小浪底水庫淤積34.57億m3，剩余攔沙庫容40.93億m3。未來一段時期內(nèi)，小浪底水庫將繼續(xù)發(fā)揮攔沙和調(diào)水調(diào)沙作用，而且黃河中游的古賢水庫建成后將進一步攔減進入黃河下游的泥沙，加之河道整治工程的續(xù)建，可預(yù)見黃河下游將長期維持目前的相對穩(wěn)定狀態(tài)。

1.2 研究數(shù)據(jù)及分析方法

黃河下游水沙過程用干流小浪底站、支流伊洛河黑石關(guān)站、支流沁河武陟站3個水文站之和（以下簡稱小黑武站）表示，黃河下游沿程還有花園口、夾河灘、高村、孫口、艾山、濼口和利津7個水文站，上述10個水文站觀測有逐日平均流量、含沙量、懸沙級配等數(shù)據(jù)。黃河下游每年汛前和汛后會開展河道斷面以及床沙級配的測驗工作。本次收集2011—2022年的數(shù)據(jù)資料作為研究基礎(chǔ)，資料來源于黃河水利委員會水文局現(xiàn)場觀測及整編。

場次水沙過程的選取需遵循一定原則，對于高含沙量水流（平均含沙量Savgt;10 kg/m3），以日均含沙量明顯高于前一天作為起始時刻，當(dāng)日均含沙量衰減至明顯低于前幾天平均值時作為結(jié)束時刻;對于清水水流（Savlt;1 kg/m3），以一定時間內(nèi)流量比較穩(wěn)定未出現(xiàn)較大變幅為準(zhǔn)?？紤]到水沙從小浪底壩下傳播至高村一般需要2 d，傳播至利津一般需要5 d，因此在小黑武站水沙過程選取后，高村站水沙過程采用2 d后對應(yīng)時段內(nèi)的，利津站水沙過程采用5 d后對應(yīng)時段內(nèi)的。若選取的水沙過程不足5 d，則往后延長至5 d，保證是一場完整的水沙過程。

以2022年7月1—20日小黑武站和利津站實測日均流量、含沙量變化過程為例（圖3），說明一場高含沙量水流是如何選取的。

從圖3中可以看到，7月4日日均含沙量從前一天的0.03 kg/m3突增至52.79 kg/m3，因此該日應(yīng)作為高含沙量水流的起始時刻；隨后日均含沙量先增后減，在7月7日降至9.74 kg/m3，明顯低于前3 d的平均值87.59 kg/m3，因此7月7日應(yīng)作為結(jié)束時刻。但考慮到7月4—7日不足5 d，因此往后延長1 d至7月8日作為結(jié)束時刻，相應(yīng)利津站的水沙過程為7月9—13日。進一步從利津站的水沙過程可以看到，日均含沙量在7月12日仍然較高，在7月13日以后才基本趨于穩(wěn)定，這說明7月12日高含沙量水流的泥沙尚未完全輸送至利津，因此從確保水沙過程的完整性、避免計算結(jié)果失真的角度，時間選取在5 d及以上是合理的。

在水沙過程選取后，采用輸沙率法計算河段沖淤量及沖淤效率，即根據(jù)黃河下游進口（小黑武站）和出口（利津站）的水沙量進行計算。斷面法也可計算河段沖淤變化，但黃河下游河道地形測驗時間一般為汛前4—5月和汛后10—11月，時間間隔較長，無法反映場次洪水期間的沖淤變化。高含沙量水流期間，下游引黃涵閘為了避免引水口門淤堵一般會停止引水；清水水流期間，含沙量較低，即使引水對沙量的影響也很小，因此在進行場次水沙過程的沖淤計算時，不再考慮引水引沙的影響。黃河下游沖淤量及沖淤效率計算公式如下：

ΔC=Cxhw-Cl（1）

η=1 000ΔC/Wxhw（2）

式中：ΔC為沖淤量，億t，正值表示淤積，負(fù)值表示沖刷;Cxhw為小黑武站沙量，億t;Cl為利津站沙量，億t;Wxhw為小黑武站水量，億m3;η為沖淤效率，kg/m3，正值表示淤積，負(fù)值表示沖刷。

對于高村以上平灘流量較大的寬河段和高村以下平灘流量較小的窄河段，按照同樣的方法也可以分河段進行沖淤量和沖淤效率的計算。

2 小浪底水庫對黃河下游水沙的調(diào)控作用

黃河下游年水量、沙量變化見圖4。由圖4可知，2014—2017年為連續(xù)枯水年，年均水量為217.1億m3，由于小浪底水庫排沙動力較弱，黃河下游沙量較少，年均沙量為0.07億t;2018—2021年水量豐枯急轉(zhuǎn)，年均為469.9億m3，調(diào)水調(diào)沙調(diào)度在維持黃河下游河槽規(guī)模的基礎(chǔ)上兼顧小浪底水庫多排沙，黃河下游沙量明顯增多，特別是2018—2020年年均沙量為4.46億t。

進一步按照不同含沙量級和不同流量級統(tǒng)計了黃河下游多年平均水沙量。為便于文中表述，參考《泥沙設(shè)計手冊》中對于多沙河流（年平均含沙量大于10 kg/m3）和少沙河流（年平均含沙量小于1 kg/m3）的定義，對劃定的3個含沙量級分別稱之為高含沙量水流、低含沙量水流（1lt;Savlt;10 kg/m3）和清水水流。經(jīng)統(tǒng)計，高含沙量水流的水量次多，沙量最多，其中水量占比為9%，沙量占比為94%（水量、沙量占比均為占全年水量、沙量的比例，下同），且水沙全部集中在汛期;低含沙量水流的水量最少，沙量次多，其中水量占比為6%，沙量占比為6%，且水沙同樣全部集中在汛期;清水水流的水量最多，沙量最少，其中水量占比為85%，沙量占比幾乎為0，且水量大部分集中在非汛期。另外，從不同流量級來看，高含沙量水流的水量和沙量主要集中在大于2 000 m3/s的流量級，其中水量占比為7%，沙量占比為86%;低含沙量水流的水量和沙量在不同流量級分布較均勻;清水水流的水量主要集中在小于2 000 m3/s的流量級，占比為67%。

上述分析結(jié)果說明了在小浪底水庫的調(diào)控作用下，黃河下游水沙過程呈現(xiàn)兩極分化特性，即要么為含沙量很高的高含沙量水流，要么為含沙量很低的清水水流，其中沙量集中在高含沙量水流期間，水量集中在清水水流期間，低含沙量水流無論是水量還是沙量都相對較少。產(chǎn)生上述結(jié)果的原因是，小浪底水庫一般在調(diào)水調(diào)沙期間降至較低水位時集中排沙，此時一般為汛期的7—8月，在其他時段水位較高，或不排沙，或僅能通過異重流的方式排出少量泥沙。

3 黃河下游沖淤規(guī)律分析

對高含沙量水流、低含沙量水流、清水水流的沖淤規(guī)律分別進行分析，以此來指導(dǎo)黃河下游水沙調(diào)控指標(biāo)的制定。

3.1 高含沙量水流淤積效率與水沙條件的關(guān)系

選取研究時段內(nèi)全部14場高含沙量水流作為分析基礎(chǔ)，見表1。由表1可知，高含沙量水流的平均流量范圍為745～2 980 m3/s，平均含沙量范圍為11.92～105.40 kg/m3。點繪并擬合14場高含沙量水流期間黃河下游淤積效率與平均含沙量的關(guān)系，見圖5（a）。結(jié)果顯示，淤積效率與平均含沙量呈正相關(guān)的線性關(guān)系（R2=0.95），即隨著平均含沙量的增大，淤積效率同樣增大且增速保持不變，該結(jié)果也符合黃河下游“多來、多排、多淤”的特點。根據(jù)該擬合公式，可以得出使黃河下游不沖不淤的臨界平均含沙量為14.15 kg/m3，與以往研究提出的20 kg/m3相比偏小，分析原因是近期黃河下游持續(xù)沖刷，與小浪底水庫運用之初相比，河床粗化，下層床沙固結(jié)程度增大，因此沖刷難度提高，輸沙效率有所降低。

值得注意的是，本次研究得出的淤積效率僅與平均含沙量相關(guān)，而與平均流量無關(guān)的結(jié)論與以往認(rèn)知不符（圖5（a）），分析原因主要有以下3點：① 選取的高含沙量水流大部分為2 000～3 000 m3/s流量級，共有9場，其余幾場也基本與該流量級相差不大，僅有1場平均流量為745 m3/s的相對較小，因此研究結(jié)果主要由2 000～3 000 m3/s流量級決定;② 對于平均流量最小的這場，實測的淤積效率（10.65 kg/m3）相比公式計算的淤積效率（4.90 kg/m3）是明顯偏大的，也就是符合流量越小、輸沙效率越低的規(guī)律，但由于平均含沙量較低，因此絕對誤差不是很大，對公式影響較小;③ 受小浪底水庫攔粗排細(xì)作用的影響，黃河下游的泥沙多數(shù)為細(xì)沙（粒徑dlt;0.025 mm），以2018年為例，小浪底站實測懸沙平均中值粒徑為0.018 mm，分析認(rèn)為細(xì)沙在平均流量大于2 000 m3/s后，即可達(dá)到較高的輸沙效率，因此隨著流量的繼續(xù)增大輸沙效率不再明顯提高。需要說明的是，高含沙量水流的平均流量都在3 000 m3/s以下，與以往研究提出的調(diào)控流量上限（4 000 m3/s）相比偏低，原因是為了避免黃河下游高含沙量洪水期間洪峰增值可能帶來的洪水漫灘風(fēng)險，一般調(diào)水調(diào)沙調(diào)度時在小浪底水庫集中排沙期間會對下泄流量進行一定程度的壓減。

進一步分河段點繪并擬合高村以上寬河段和高村以下窄河段淤積效率與平均含沙量的關(guān)系，見圖5（b）和圖5（c）。結(jié)果顯示，高村以上寬河段淤積效率與平均含沙量同樣呈正相關(guān)的線性關(guān)系，而高村以下窄河段淤積效率與平均含沙量則沒有太好的關(guān)系，該結(jié)果說明高村以上寬河段的泥沙淤積與整個黃河下游的泥沙淤積相關(guān)度更高。分析原因是高村以上寬河段距離小浪底大壩更近，受小浪底水庫調(diào)控作用的影響更明顯，在經(jīng)歷了長期沖刷后，平灘流量更大，因此對高含沙量水流攜帶的泥沙具有較強的滯存能力和調(diào)節(jié)作用。經(jīng)高村以上寬河段自然調(diào)節(jié)后的水沙過程已經(jīng)變得相對協(xié)調(diào)，因此在高村以下窄河段演進時更容易將泥沙輸送走，也就與進入下游河道的水流平均含沙量關(guān)系密切度不高。同樣在表2中可以看到，對于平均流量大于2 000 m3/s的9場高含沙量水流，高村以上寬河段的淤積比例均大于80%，平均為95%；而對于平均流量小于2 000 m3/s的5場水流，高村以上寬河段的淤積比例最小可低至43%。該結(jié)果說明即使經(jīng)高村以上寬河段調(diào)節(jié)后的水沙過程，也需要較大的流量才能將泥沙從高村以下窄河段輸送走，否則將會使泥沙在窄河段繼續(xù)沿程落淤。

3.2 低含沙量水流沖淤表現(xiàn)

選取研究時段內(nèi)9場低含沙量水流作為分析基礎(chǔ)。低含沙量水流的平均流量范圍為983～4 250 m3/s，平均含沙量范圍為1.25～5.74 kg/m3。低含沙量水流期間黃河下游基本表現(xiàn)為沖刷，且除去2020年8月14日至9月2日歷時較長（20 d）、平均流量較大（3 600 m3/s）的1場外，沖刷量較小，均小于0.2億t。分河段來看，高村以上寬河段全部表現(xiàn)為沖刷，高村以下窄河段不沖不淤或微淤。分析原因是低含沙量水流經(jīng)過高村以上床沙的沿程補充后，水流挾沙能力基本達(dá)到飽和。需要說明的是，低含沙量水流的水量和沙量占全年的比例較少，因此整體上對黃河下游沖淤影響不大。

3.3 清水水流沖刷效率與水沙條件的關(guān)系

選取研究時段內(nèi)98場清水水流作為分析基礎(chǔ)，平均流量范圍為348～4 630 m3/s。分析發(fā)現(xiàn)當(dāng)清水水流平均流量小于800 m3/s時，黃河下游沖刷效率很小，基本在1 kg/m3以下。因此在分析清水水流期間黃河下游沖刷效率與平均流量的關(guān)系時，篩選掉了28場平均流量小于800 m3/s的場次，以避免小流量過程對擬合公式的影響，見圖6（a）。結(jié)果顯示，沖刷效率與平均流量呈正相關(guān)的對數(shù)關(guān)系（R2=0.80），即隨著平均流量的增大，沖刷效率同樣增大但增速逐漸減小。根據(jù)該擬合公式，可以計算出平均流量為4 000 m3/s時對應(yīng)的沖刷效率為7.12 kg/m3，與以往研究所提出的沖刷效率為20 kg/m3左右相比明顯偏小，分析原因同樣是受近期黃河下游持續(xù)沖刷以后下層床沙固結(jié)程度增大的影響。

進一步分河段點繪并擬合98場清水水流期間高村以上寬河段和高村以下窄河段沖刷效率與平均流量的關(guān)系，見圖6（b）和圖6（c）。從圖6（b）可見，高村以上寬河段沖刷效率同樣與平均流量呈正相關(guān)的對數(shù)關(guān)系（R2=0.68），說明在清水水流期間，主要是該河段起到了沖刷作用。從圖6（c）中可以看到，雖然高村以下窄河段沖刷效率與平均流量沒有明顯的關(guān)系，但值得注意的是，高村以下窄河段沖淤狀態(tài)的轉(zhuǎn)換在平均流量上有明顯的分界點，當(dāng)平均流量小于800 m3/s時，基本表現(xiàn)為微淤或不沖不淤;當(dāng)平均流量在800～1 800 m3/s范圍時，基本表現(xiàn)為淤積;當(dāng)平均流量大于1 800 m3/s時，基本表現(xiàn)為沖刷。該結(jié)果說明平均流量在800～1 800 m3/s范圍時，會出現(xiàn)沖刷高村以上寬河段的泥沙并淤積在高村以下窄河段的現(xiàn)象。分析原因是當(dāng)平均流量處于該區(qū)間時，能夠沖刷高村以上寬河段并恢復(fù)一定的含沙量，同時隨著沿程引黃用水量的損耗，平均流量不斷減小，當(dāng)演進至高村以下時，已經(jīng)減小到水流挾沙能力不足以輸送從高村以上帶來的泥沙，因此泥沙開始落淤。例如，2014年3月5—31日的這場清水中，黃河下游的平均流量為1 390 m3/s，演進至高村時平均流量還有1 200 m3/s，但演進至利津時平均流量僅剩321 m3/s。而當(dāng)平均流量較大或較小時，要么即使經(jīng)過沿程引黃用水量的損耗，仍然有較大的平均流量和輸沙能力，要么一開始在高村以上就難以沖刷，也就不會在高村以下淤積。

4 黃河下游水沙調(diào)控指標(biāo)制定

利用黃河下游河道上寬下窄的特性進行泥沙多年調(diào)節(jié)，在小浪底水庫集中排沙時，通過高村以上寬河段滯存泥沙，隨后在水庫清水下泄時，再將這部分泥沙沖刷起來間接輸沙入海。由于高村以上寬河段的平灘流量大于高村以下窄河段，因此即使有短時間的淤積，也不會對黃河下游全河段的排洪輸沙能力造成太大影響。通過水沙調(diào)控指標(biāo)的制定來實現(xiàn)上述思路時，需要滿足黃河下游不淤積以及主槽過流能力不降低的總體要求。

4.1 黃河下游不淤積的水沙調(diào)控指標(biāo)

黃河下游不淤積的基礎(chǔ)是淤積量小于泥沙處理量。反之，泥沙處理量即是黃河下游最大可允許的淤積量。泥沙處理量包括清水沖刷量、引沙量和采砂量3部分。由于不同來水年份的水量差別較大，因此在計算清水沖刷量時，首先需要按照豐、平、枯水年進行區(qū)分。研究時段內(nèi)2018—2021年為豐水年，2011—2013年、2022年為平水年，2014—2017年為枯水年，與潼關(guān)站實測百年水沙系列都是豐枯同頻［23］。對于豐、平、枯水年，分別統(tǒng)計不同流量級清水水量，再根據(jù)清水水流期間沖刷效率與平均流量的關(guān)系式計算沖刷量（表2）。對于引沙量和采砂量，分別根據(jù)黃河下游引水引沙情況和采砂規(guī)劃情況確定，結(jié)果見表2。

進一步根據(jù)近幾年黃河調(diào)水調(diào)沙調(diào)度實踐，結(jié)合陳翠霞等［24］提出的黃河調(diào)水調(diào)沙“豐調(diào)枯蓄”運用方式，認(rèn)為若未來小浪底水庫采用豐水年多開展調(diào)水調(diào)沙多排沙、平水年僅開展1次汛前調(diào)水調(diào)沙適量排沙、枯水年不開展調(diào)水調(diào)沙不排沙的策略，則豐、平、枯水年黃河下游高含沙量水流的水量約分別為80億、10億和0 m3。由于枯水年不排沙，而且實測資料表明枯水年和豐水年同頻，因此枯水年的泥沙處理量可跨年調(diào)節(jié)豐水年的淤積量。根據(jù)高含沙量水流期間淤積效率與平均含沙量的關(guān)系式，即可得到豐、平水年的平均含沙量分別為50、150 kg/m3，該指標(biāo)即為小浪底水庫集中排沙時，黃河下游高含沙量水流的平均含沙量調(diào)控指標(biāo)，對應(yīng)的水量調(diào)控指標(biāo)分別為80億、10億m3，對應(yīng)的小浪底水庫排沙量分別為4億、1.5億t。采用該水沙調(diào)控指標(biāo)，不同來水條件下黃河下游泥沙處理量及淤積量基本可達(dá)到平衡（表2）。

4.2 黃河下游主槽過流能力不降低的水沙調(diào)控指標(biāo)

在實現(xiàn)黃河下游整個河段不淤積的基礎(chǔ)上，還需要實現(xiàn)高村以下窄河段不淤積，即防止出現(xiàn)沖河南淤山東的情況，才能保證黃河下游主槽過流能力不降低。前文分析表明，高含沙量水流平均流量大于2 000 m3/s時，高村以上寬河段的淤積比例均大于80%；平均流量小于2 000 m3/s時，淤積比例最小可低至43%。因此，為了避免泥沙淤積在高村以下窄河段，平均流量的調(diào)控指標(biāo)應(yīng)大于2 000 m3/s。清水水流平均流量小于800 m3/s時，高村以下窄河段基本表現(xiàn)為微淤或不沖不淤；平均流量大于1 800 m3/s時，基本表現(xiàn)為沖刷。因此，為了防止出現(xiàn)沖刷高村以上寬河段的泥沙并淤積在高村以下窄河段的問題，需要避免下泄平均流量在800～1 800 m3/s范圍內(nèi)的水流過程。

需要進一步說明的是，本研究所提出的高含沙量水流期間的調(diào)控指標(biāo)，是與小浪底水庫調(diào)水調(diào)沙調(diào)度相結(jié)合的，而要想達(dá)到一次完整的調(diào)水調(diào)沙過程輸沙入海，需要保證流量歷時在5 d及以上。同時，為避免下游洪水漫灘，需要對流量上限進行控制，當(dāng)前可暫按黃河下游最小平灘流量4 600 m3/s控制。調(diào)水調(diào)沙的啟動條件為水庫蓄水量及河道來水量滿足水量指標(biāo)要求［23］。

總體而言，本研究提出的調(diào)控指標(biāo)能夠充分發(fā)揮水沙調(diào)控的排沙減淤效益，同時實現(xiàn)黃河下游不淤積以及主槽過流能力不降低。值得注意的是，上述調(diào)控指標(biāo)是基于長水文周期視角提出的，在實際調(diào)度中，還需要根據(jù)前期河道沖淤情況，對本年度的調(diào)控指標(biāo)進行適當(dāng)優(yōu)化。例如，若前一年淤積量較大，則本年度平均含沙量的調(diào)控指標(biāo)可適當(dāng)降低;若遭遇連續(xù)枯水年，則下一個豐水年可根據(jù)前期河道連續(xù)沖刷情況適當(dāng)提高水庫排沙量。

5 結(jié)" 論

2011年以來黃河下游維持相對穩(wěn)定狀態(tài)，基于2011—2022年下游實測水沙資料研究了小浪底水庫的調(diào)控作用以及河道沖淤效率與水沙條件的響應(yīng)關(guān)系，提出了適應(yīng)現(xiàn)行河道沖淤特性的水沙調(diào)控指標(biāo)，主要結(jié)論如下：

（1） 小浪底水庫對黃河下游水沙過程具有兩極分化的調(diào)控作用，高含沙量水流的水量占比小，但沙量占比大，主要集中在汛期大于2 000 m3/s的流量級;清水水流的水量占比大，但沙量占比小，主要集中在非汛期小于2 000 m3/s的流量級。

（2） 河道沖淤變化與水庫調(diào)控后的水沙過程有較大關(guān)系。高含沙量水流的淤積效率與平均含沙量呈正相關(guān)線性關(guān)系;清水水流的沖刷效率與平均流量呈正相關(guān)對數(shù)關(guān)系;低含沙量水流對黃河下游沖淤影響不大。

（3） 根據(jù)豐、平、枯水年的不同來水條件，從長水文周期視角提出了水量、沙量、平均流量、平均含沙量、歷時等水沙調(diào)控指標(biāo)，可滿足黃河下游不同河段沖淤平衡。在實際調(diào)度中，還需要根據(jù)前期河道沖淤情況，對本年度的調(diào)控指標(biāo)進行適當(dāng)優(yōu)化。

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