_黄河水库调水调沙研究进展

DOI:10.16239/ ki.0468-155x.2008.02.013

泥沙研究

　2008年4月Journal of Sediment Research第2期

黄河水库调水调沙研究进展

万新宇,包为民,荆艳东

(河海大学水资源环境学院,江苏南京　210098)

摘要:合理进行水库运用是防治水库泥沙淤积的重要措施之一,是减少水库泥沙淤积的关键,对水库兴利效益

的发挥有着极为重要的作用。本文就我国黄河流域水库调水调沙研究进行了简要回顾,并对其研究现状进行

了总结与展望。

关键词:水库;泥沙;淤积;调水调沙

中图分类号:TV145 文献标识码:B 文章编号:0468-155X(2008)02-0077-05

在我国黄河流域,水库的泥沙淤积问题十分突出,并带来了一系列的危害[1]。为了控制水库泥沙淤积,我国的水利工作者们做了大量深入细致的研究工作[2],提出了许多行之有效的防治措施[1,3]。其中,制定合理的水库运用方式进行水沙调度是减少水库泥沙淤积的关键,对水库兴利效益的发挥有着极为重要的作用。我国水利工作者提出的能在多沙河流上长期保持水库有效库容的“蓄清排浑”运行模式得到了国际同行的公认。韩其为[4]院士曾评价说:“其实对我国在水库泥沙淤积控制方面的成就,我们自己的估计往往没有象外国人评价那样达到应有的高度。例如对于三峡水库长期使用,加拿大CYJV在三峡工程可行性研究报告(第五卷)中写到,`指出这一点是很重要的,平衡坡降和水库长期使用库容的理论,在中国已发展成为一种成熟的技术,三峡工程处理全部泥沙的策略就是建立在这个基础上的,世界上没有一个国家象中国在水库设计中有那样多的经验,以致使调节和防洪库容能无限期的保持'”。而这个基础的形成是与众多黄河流域水库调水调沙试验密不可分的。本文就有关黄河流域水库进行调水调沙的研究分别在早期研究、研究现状和发展前景方面做一些简要的总结和展望。

1　早期研究

建国初期,黄河流域不少水库泥沙淤积过快,严重缩短了水库的使用寿命。为了减缓水库的泥沙淤积,许多水库都进行了大量的排沙减淤试验,比如黑松林、恒山等水库,并在实际运用中摸索出了一套行之有效的防沙减淤运用模式———“蓄清排浑”运用模式,该模式充分利用了黄河流域水库来水来沙相对集中的特点,在洪水多沙期集中排沙,而在平水少沙期蓄水利用,从而使水库保持冲淤平衡。但这些水库大多是中小型灌溉水库,排沙条件较好,坡陡、库短,有时可以泄空,甚至坝前水位完全不壅高,而大型水库往往不具备这些好的排沙条件,故限制了中小型水库排沙经验在大型水库上的推广。

此后,唐日长和林一山[5,6]根据我国许多中小型水库“蓄清排浑”运用经验,提出了水库长期使用的概念,从理论上论证了水库长期使用的科学性、可行性以及合理性,从而使得水库淤积控制从经验上升到了理论高度,并改变了从前流行的水库最终淤死是不可避免的看法。一些大型水库根据这一理论进行水库淤积控制,效果良好,比如改建后的三门峡、青铜峡和三盛公水库等,使得水库长期使用无论在理

收稿日期:2006-06-27

作者简介:万新宇(1976-),男,江苏东台人,博士研究生,主要从事水文水资源研究。E-mail:xunil@

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论上还是在实践上均获得了水利专家的广泛共识。这些研究成果也都为后来的三峡水库淤积控制研究打下了坚实的基础[7,8]。

改建后的三门峡水库,根据水库长期使用理论和其它水库“蓄清排浑”运用经验,仔细研究了如何稳定或降低潼关高程、维持渭河下游河道稳定、以及潼关以下库区冲淤平衡等问题,有目的、有计划地提出了更符合科学的“蓄清排浑”运用模式,突破了以往泛泛而提的“蓄清排浑”运用模式[9]。

现在,我国水利工作者们又在这些已有研究成果的基础上对黄河流域水库运用方式展开了新一轮的研究工作,进一步优化“蓄清排浑”运用模式,并积极探索新的水沙调度模式。

2　研究现状

随着研究的不断深入,有关黄河流域水库调水调沙研究的内容也在不断增多,主要体现在三个方面:

2.1　水库运用对库区冲淤的影响

近年来,有关水库运用对库区冲淤影响的研究主要集中于三门峡水库运用对潼关高程影响的研究。这主要是因为从上世纪90年代开始,三门峡水库的入库水沙条件发生了剧烈变化,入库流量骤减,不利于水库排沙运用,潼关高程再次回升,渭河防洪形势异常严峻。2001年,梁国亭和王育杰[10]等人分别对三门峡水库汛期与非汛期的泥沙冲淤特点进行了分析研究,认为非汛期三门峡水库淤积部位应控制在

以下河段、汛期水库排沙流量应适当降低、以及在不影响大禹渡附近河段的冲刷为前提适当提高9月和10月的水库运用水位。同年,乐金苟和王桂娥[11]等人也分析了汛期特殊运用年份三门峡水库冲淤特性,并与来水来沙相似的正常运用年份进行了对比研究,认为平水期适当抬高水位运用,不会对潼关以下库区及潼关高程的自然冲刷状态产生不利影响;在洪水期水量沙量集中时,应尽量降低水位(295m～298m)排沙运用。另外,钱意颖和程秀文[12]等人认为决定潼关高程的关键因素是适应来水来沙条件的相对平衡比降,三门峡水库的“洪水排沙,平水发电”运用方式对水库的排沙作用接近于水库敞泄排沙运用,可以达到不影响潼关高程的升降变化。同时,他们还认为,三门峡库区淤积主要是由高含沙洪水形成的,库区淤积的泥沙也主要依靠大流量时降低库水位形成强烈的溯源冲刷,从而把泥沙排出库外,流量小于1000m3s时,即使敞泄,排沙作用也不大。2004年,姜乃迁和张翠萍[13]等人认为潼关高程近年来不断上升的主要原因是由于汛期来水量大幅度减少所致,要控制和降低潼关高程,必须调整三门峡水库的运用方式来适应新的来水来沙条件。但与上面诸位水利专家观点相反的是,周建军和林秉南[14,15]在2003年根据三门峡水库长期的运行资料对三门峡水库的淤积以及潼关高程的变化进行了分析研究后,却认为潼关高程除了与入库水沙有着重要关系外,还与水库运行方式有着紧密联系,即三门峡水库潼关以下的淤积量和连续三年平均坝前水位存在正比关系,而潼关高程又和上述淤积成正比关系,认为降低水库的运用水位是降低潼关高程的必要条件,即使在当前水沙减少的情势下,只要切实降低水库运行水位,潼关高程是可以降低的。同时,他们根据对潼关高程可能降低幅度的研究得出,在完全敞泄的条件下潼关高程是可以降低到326m附近的,所以他们建议,为了消除潼关高程居高不下对渭河造成的不利影响,三门峡水库应该放弃发电运用,切实执行“发电服从潼关高程降低”的方针,从而为渭河流域的可持续发展创造条件,以免错过小浪底水库投入的良好机会。

2.2　水库运用对下游河道冲淤的影响

水库的排沙运用直接影响着水库下游的河道淤积。对此,国外对水库排沙已经作了严格的规定和限制条件[16]。黄河下游的河道淤积问题十分突出,存在非常大的防洪安全隐患,黄委会也为此作了大量卓有成效的研究工作。李国英[17]认为,黄河下游河道严重淤积的主要原因在于黄河下游水沙不平衡,所以欲缓解下游淤积,就必须解决水沙不平衡问题,而解决的措施就是调水调沙。小浪底水库的建成为黄河下游的调水调沙提供了必要的动力支持,那么,关于怎样利用小浪底水库进行有效的调水调沙问题成了众多水利科学家关注的焦点。早在小浪底水库建成之前,水利科学家们就曾对小浪底水库运用对黄河下游河道冲淤的影响进行了研究,并提出了一些运用方式[18],比如“逐步抬高”运用方式、“控78