水利工程論文-黃河調水調沙分析與思考.doc

水利工程論文-黃河調水調沙分析與思考摘要：黃河自2002年7月首次調水調沙試驗，連續(xù)3年成功地進行了試驗，2005年調水調沙由試驗正式轉入生產運用，至2009年7月8日，調水調沙歷經9次，實際歷時133天，經利津站進入大海的泥沙累計3.67億t，最小主槽平攤流量由1800m3/s提高到3880m3/s，河道向下沖刷1m左右。調水調沙年份黃河來水來沙偏小，黃河調水調沙作用隨著河道主槽的沖刷作用有所降低，建議特枯水年份可以暫緩調水調沙更多的用于發(fā)電與利用，抓住并遵循利用自然規(guī)律與趨勢，不僅塑造洪水洪峰，還應充分利用“中常洪水”挾沙，并抓住機會將是更偉大的治黃實踐。關鍵詞：調水調沙沖沙量洪水資源化趨勢黃河黃河是多沙河流，每年從中游攜帶大量泥沙，一部分淤積在下游沿途平原河道，造成河床抬升，過洪能力變小，洪水威脅兩岸。在干流河道修建水庫，雖然攔蓄大量泥沙，但同時也造成水庫淤積而報廢，三門峽水庫即是例子，水庫建成后，雖然使黃河水變清，但也帶來嚴重問題，三門峽水庫因大量泥沙淤積庫容逐漸減少，最后不得不進行工程改造，進行調水調沙嘗試。小浪底水庫建成后進行大規(guī)模調水調沙，目的就是通過三門峽水庫和小浪底水庫聯(lián)合調度，達到利用少量的泄水，攜帶淤積在水庫的泥沙，排入大海，而不造成沿途淤積，一方面使水庫沖淤平衡，另一方面又不造成沿途河道淤積，同時制造人工洪峰過程，改變河道河勢，縮小斷面寬度，增加深度。調水調沙，就是在充分考慮黃河下游河道輸沙能力的前提下，利用水庫的調節(jié)庫容，對水沙進行有效的控制和調節(jié)，適時蓄存或泄放，調整天然水沙過程，使不適應的水沙過程盡可能協(xié)調，以便于輸送泥沙，從而減輕下游河道淤積，甚至達到沖刷或不淤的效果，實現(xiàn)下游河床不抬高的目的。黃河特點是“水少沙多、水沙不平衡”，首任黃河水利委員會主任、著名水利專家王化云和他的同事們，在“上攔下排”的治黃方針的基礎上比較系統(tǒng)地提出了“調水調沙”的治黃思想。三門峽工程的運用實踐中，三門峽水庫的建設使“調水調沙”得以實施，2001年小浪底水庫正式建成使用，使規(guī)模性調水調沙的水庫條件具備，而且為調水調沙由理論到實踐的飛躍提供了先決條件。黃河水利委員會主任李國英說：“多年來，治黃人一直在探索通過人工手段，塑造一種人工的理想的水沙關系，利用自然規(guī)律改變當前天然不平衡的水沙關系，但這要有兩個前提，一是要有大型調節(jié)水庫，二是運用現(xiàn)代化的科技手段?！?002年7月，利用小浪底水庫開展了首次調水調沙試驗，至2009年8月，調水調沙歷經8年9次。1.黃河調水調沙2002年7月，利用小浪底水庫開展了首次調水調沙試驗：7月4日上午9時，小浪底水庫開始按調水調沙方案泄流，7月15日9時出庫流量恢復正常，歷時共11天。水庫平均下泄流量為2740m3/s，出庫平均含沙量為12.2kg/m3，下泄總水量26.06億m3，沙量0.32億t。7月21日，調水調沙試驗流量過程全部入海。經過對實測資料的分析計算，調水調沙試驗期間，黃河下游河道凈沖刷量為0.362億t，其中小浪底至艾山河段沖刷0.137億t，艾山至河口河段沖刷0.225億t。全下游主槽沿程沖刷1.063億t，灘地淤積0.701億t。河道排洪能力得到一定提高。2003年9月，渭河、伊河、洛河相繼出現(xiàn)洪水，洪水分別進入黃河三門峽、小浪底水庫、陸渾水庫、故縣水庫，同時沁河也出現(xiàn)洪水。為實現(xiàn)小浪底水庫庫區(qū)減淤及解決水庫泄水建筑物閘前淤堵問題，并充分利用小浪底水庫至花園口區(qū)間較清洪水的輸沙能力，在使下游河道發(fā)生沖刷或至少不發(fā)生大的淤積的要求下，黃河水利委員會開展了基于空間尺度的黃河第二次調水調沙試驗。20022004年，黃河防總連續(xù)3年成功地進行了調水調沙試驗，在此基礎上，2005年調水調沙由試驗正式轉入生產運用。2.黃河調水調沙成果經過8年9次調水調沙，實際歷時133天，黃河下游河道主河槽河底向下沖刷，高程平均下降1m左右，經利津站進入大海的泥沙累計3.67億t，下游主河槽最小平灘流量由2002年首次調水調沙時的1800m3/s增大到2009年的3880m3/s，見表1。2004年進入大海的泥沙最大為6970萬t，2008年最小僅為2007萬t。但是，小浪底排沙比為自2002年以來歷次汛前調水調沙水庫排沙比的最大值。此次調水調沙前，小浪底水庫入庫泥沙5796萬t。6月29日18時，小浪底水庫人工塑造異重流排沙出庫。6月30日12時，高含沙異重流出庫，小浪底水庫排沙洞出庫含沙量高達350kg/m3，此次排沙過程一直持續(xù)到7月3日8時，共排沙5165萬噸，排沙比高達89%。3.近年黃河來水來沙與引水引沙特點3.1來水來沙黃河下游自2000年不再發(fā)生斷流。1998年12月14日，國家計委、水利部頒布實施黃河可供水量年度分配及干流水量調度方案和黃河水量調度管理辦法1999年3月1日，根據國家授權，黃河水利委員會發(fā)出第一份調水令，黃河干流水量統(tǒng)一調度正式拉開帷幕。1999年10月25日總庫容126.5億m3的黃河小浪底水利樞紐下閘蓄水。2000年實現(xiàn)了自1991年以來黃河首次全年不斷流。統(tǒng)計自2000年以來小浪底、花園口、利津水文站的徑流量和年輸沙量，由于小浪底水利樞紐的建成蓄水蓄沙影響了輸沙，小浪底水文站實測輸沙率基本上是以汛期和調水調沙期測驗，其它月份小浪底發(fā)電清水下泄不測輸沙率。2003年黃河中游地區(qū)渭河發(fā)生洪水，該年份為黃河少有的平水年份。2005年黃河源頭地區(qū)降雨充沛，龍羊峽水庫蓄水達到歷史高水位，黃河下游連續(xù)入海流量沖沙水量得到保障，然而入海沙量仍然很低。黃河來水來沙統(tǒng)計，見表2。3.2引水引沙黃河下游灌區(qū)（包括花園口斷面以上）分布于黃河兩岸河南、山東兩省黃淮海平原。其范圍上自河南武陟縣白馬泉閘，下至山東墾利縣五七閘，在大堤上建有以渠首工程型式分為涵閘、揚水站和虹吸等工程100多處，退水入淮河、海河水系。1950年在山東利津試辦綦家嘴引黃放淤閘成功。1952年2月建成人民勝利渠，設計流量55m3/s。由此到1957試辦階段，1958年大發(fā)展，引水量過大造成了嚴重后果；1962年以后停灌，1965年恢復至到穩(wěn)定發(fā)展階段。黃河下游沿黃兩岸30萬畝以上的大型引黃灌區(qū)29處，其中河南省10處，山東省19處，如人民勝利渠、位山、潘莊、打魚張灌區(qū)等。引黃水量主要集中外流域引水，除金堤河文巖渠外其它為外流域引水，黃河干流引水除王莊渠、堤南灌區(qū)等屬于黃河流域大堤內灘區(qū)引水外，其它均為大堤外引水、引水的同時也引沙，由于小浪底水利樞紐的建成蓄水蓄沙影響了引沙量，引沙量2001至2008年年平均只有0.33億t。4.黃河調水調沙看法與意見4.1調水調沙使河道過流能力提高明顯黃河下游河道主河槽河底向下沖刷，高程平均下降1m，下游主河槽最小平灘流量由2002年首次調水調沙時的1800m3/s增大到2009年的3880m3/s?！?6.8”洪水之后，平灘流量從6000m3/s降到2000m3/s左右。2002年，黃河下游出現(xiàn)流量為1800m3/s的洪水，發(fā)生漫灘災情。2003年，黃河河南蘭考段洪水流量為2400m3/s，出現(xiàn)重大漫灘災情，灘區(qū)內近12萬人被洪水圍困。為此，自2002年起，黃委連續(xù)進行了五次調水調沙，用“人造洪峰”沖刷下游河道，使下游泥沙淤積狀況改善，河道過流能力逐步提升，下游河道得到全面沖刷，主河槽河底向下沖刷高程平均下降1m，最小過流能力從實施前的1800m3/s提高到3810m3/s，使河道的基本功能逐步得以恢復。4.2現(xiàn)行的水利工程無法支撐調水調沙水庫異重流是黃河等高含沙河流特有的水流形式，指高含沙水流進入庫區(qū)后遇到清水，由于密度差而潛入清水下面形成一股渾水流，并沿庫底向壩前行進的現(xiàn)象。掌握異重流演進規(guī)律，可在異重流到達水庫壩前時，打開沖沙閘門，將高含沙渾水排出庫外，減少水庫淤積。小浪底水庫人工塑造的高含沙量異重流是調水調沙的重要工作。2004年7月9日世界水利史上首次人工塑造異重流成功過黃河世界水利史上首次人工塑造的異重流沙峰通過黃河小浪底水庫大壩，監(jiān)測數據表明：異重流出庫泥沙厚度高達7米。這宣告黃河第三次調水調沙試驗中難度最大、科技含量最高的成果萬家寨、三門峽水庫“接力”調水塑造異重流排沙取得成功。根據九次調水調沙的實踐證明，調水調沙作為處理黃河泥沙、維持黃河健康生命的措施是切實有效的。但現(xiàn)狀骨干工程存在很大的局限性，萬家寨、三門峽水庫庫容較小，且萬家寨水庫距小浪底水庫較遠，調度時不確定因素較多，不能滿足人工塑造異重流進行泥沙調節(jié)的要求；北干流河段目前尚無一座控制性骨干工程，僅有萬家寨水庫和天橋水電站，不能滿足該河段水沙調控的要求；隨著小浪底水庫的淤積，小浪底水庫單庫調水調沙水動力不足的局面已逐步顯現(xiàn)。因此，應盡快上馬古賢水庫，構建完善的黃河中下游水沙調控體系，發(fā)揮黃河調水調沙的長期效益。4.3調水調沙向生態(tài)用水轉移調水調沙對河口三角洲濕地補水