黄河小浪底水库拦沙后期运用方式探讨

作者简介 余欣
男 河南南阳人 高级工程师 从事水力学及河流动力学研究
中华人民共和国水利部 黄河径流 泥沙和洪水特征及变化趋势
排沙能力 相机排沙有利于减淤和河势稳定 小浪底水库原设计拦沙运用 滩槽淤积同步上升 当形成高滩高
槽后 再降水冲刷或无论流量大小均进行排沙 从而形成高滩深槽 存在不利因素 一是淤积物的固结 性随淤积历时和淤积厚度增加而增加 长时期淤积而后冲刷 不如水库拦沙运用到一定时间后 相机排 沙 冲淤交替之冲刷效率高 二是今后大水机遇减少 若水库长时期淤积后而需要冲刷时 没有大水 也 只有利用小水强迫排沙 势必增加下游河道淤积 相机排沙可以及时调整干支流淤积部位和库区淤积 物组成 一方面将尾部段较粗泥沙向坝前输移 同时也可将尾部较粗泥沙与坝前细泥沙适当交换调整 可减少淤积物抗冲性 有利于冲刷排沙出库 随着干流淤积形态的调整 支流口门处可能坍塌滑塌 降 低拦门沙坎高程 相机排沙同时可以避免连续清水下泄冲刷下游河道 避免河道大冲大淤 使其输沙能 力及时得到恢复和提高 减轻滩地坍塌和工程险情 有利于河势的稳定 从调度运用 跟踪优化的角度 讲 水库降低水位冲刷其排沙效果和高含沙水流在下游河道的输移特性研究无疑是多年调节泥沙的关 键技术问题 原型观测和分析是极其重要的手段 相机排沙及时发现问题 从战略上讲是主动的 也是积 极稳妥的
中图分类号
文献标识码
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引言
黄河小浪底水利枢纽是一座以防洪 防凌 减淤为主 兼顾供水 灌溉 发电 除害兴利 综合利用的
枢纽工程 在黄河治理开发的总体布局中具有重要的战略地位
年 月水库蓄水运用 截至
年 月水库累计淤积泥沙 亿 拦沙初期 起始运行水位 以下 亿 亿 库容淤满前
运用将很快结束 立足水库开发目标 结合水沙变化情势 研究拦沙后期 起始运行水位 以下 亿
当潼关 三门峡平均流量大于
? 但水库可调节水量小于 亿 时 小浪底水库按供水
发电需要进行调节 即出库凑泄花园口流量为 ? 同时小浪底出库流量不小于 ? 满足机组
调峰发电要求
当 月中旬至 月上旬水库可调节水量达到 亿 水库凑泄花园口流量大于或等于
? 即当入库流量加黑石关 小董流量大于或等于
? 时 出库流量按入库流量下泄 并控
结合水库预报 当龙门 咸阳 河津 氵状头流量大于
? 时 水库提前两天开始泄空蓄水
根据水库蓄水量和入库流量 若能保证连续两天出库流量大于
? 则第一天水库出库流量按
? 泄放 第二天泄空水库 若不能保证连续两天出库流量大于
? 则第一天按控制花园口
流量 ? 泄放 第二天泄空水库
水库泄空蓄水后 第三天开始凑泄花园口流量不小于
坝前冲刷基准面按坝前平均淤积高程以下 考虑
调水调沙方式
调水调沙运用调控流量
? 调控库容 亿 考虑提前两天预报入库水沙 即根据潼关 三
门峡的实时水沙条件 拟定小浪底水库主汛期水沙日调节方式如下
当潼关和三门峡平均流量小于
? 时 小浪底出库仅满足供水需要 即出库凑泄花园口流
量为 ? 同时小浪底出库流量不小于 ? 满足机组调峰发电要求
水库主汛期调节情况见表 可以看出 小浪底站 黑石关站 小董站 简称小黑小 下同 流量
小于 ? 天数显著减少 系列由 天减少至 天 系列由 天减少至 天 提高了灌溉 供
水 发电等综合效益 小黑小流量大于 ? 小于
? 天数显著减少 系列由 天减少至
天 系列由 天减少至 天 减少了该流量级水流可能对下游河道产生的不利影响 小黑小
漫滩
拦沙初期运用方式采用设计运用方式
非汛期调节按照防凌 供水和发电要求调节
入库水沙系列设计
设计系列考虑了两个基本系列 即
简称 系
列 下同
实测 简称 系列 下同
系列 系列 年年均水量分别为
亿
亿 年均沙量分别为
亿
亿 属于平水平偏丰沙 枯水偏枯沙系列 两系
列前 年年水量分别为
亿
亿 年均沙量分别为 亿 亿 属于丰水平沙 枯水枯
设计水沙系列和拟定运用方式下 未来的十几年期间 黄河下游游荡性河道有可能出现冲刷或 淤积较少的有利局面 基本上可以保持整个下游河道在 年内河床不抬高 水库调节后的水沙过程 基本避免了下游大冲大淤的不利局面 参考文献
安新代 石春先 余欣 等 水库调水调沙回顾与展望 兼论小浪底水库运用方式研究 泥沙研究
水库运用方式拟定
运用方式制定思路
水库多年调节泥沙 流量两极分化 适当拦调高含沙水流 利用大水输沙 相机降水排沙 在不增加
河南段防洪负担的前提下 尽可能增加对艾山以下窄河段的减淤作用
水库调节指令
多年调节泥沙 相机排沙出库 运用主要包括大水时期的相机降水排沙和一般水流情况下的调水
调沙运用两种方式
相机降水排沙方式
年月
泥沙研究
第期
黄河小浪底水库拦沙后期运用方式探讨
余 欣 韩巧兰
黄河水利科学研究院 河南 郑州
摘要 简要分析了小浪底水库拦沙后期 多年调节泥沙 相机排沙出库 运用的必要性 初步拟定了水库调节指
令 结合水库及下游河道淤积发展过程预测 探讨了拟定运用方式的合理性
关键词 多年调节泥沙 相机排沙 运用方式 水库淤积 黄河
沙系列 从设计系列历年水沙量情况来看 两系列中年水量为
亿
亿
亿
亿 年沙量为 亿
亿
亿
亿 年际间水沙量有相当大的变化幅度 各系列
水沙量见表
表 设计系列三门峡站水沙量统计
时期? 年
年份 平均 最大 最小 平均 最大 最小 平均 最大 最小
系列 水量? 亿
沙量? 亿
年份 平均 最大 最小 平均 最大 最小 平均 最大 最小
亿 水库排沙比为
其中前 年累计淤积
亿 水库排
沙比为
后 年累计淤积
亿 水库排沙比为
黄河勘测规划设计有限公司 黄河水利科学研究院 小浪底水库运用后黄河下游水沙条件分析及下游河道冲淤预测报告
表 小浪底水库淤积量及排沙比
系列
系列
年序
前年
后年
年
前年
后年
年
累计淤积量? 亿
排沙比?
图 小浪底水库淤积过程图
水库主汛期调节情况
亿 库容淤满后 运用方式显得尤为重要和迫切
多年调节泥沙 相机排沙 运用的必要性
黄河未来水沙过程存在两级分化趋势 在天然径流无趋势性变化的条件下 伏汛期洪水洪峰流
量有降低趋势 秋汛期洪水流量将大大降低 基本为中常洪水 伏汛期洪水主要来自黄河河口镇 龙门
区间支流 随着中游水利水保措施的加强 其减水减沙作用显著加强 洪水特别是中小洪水的流量有明
小黑小
天数
天数
占主汛期天数
出库沙量
占主汛期沙量
天数
占主汛期天数
出库沙量
占主汛期沙量
天数
天以上
水量
次数
天数
天以上
水量
次数
注 水量 沙量单位分别为亿 和亿
系列
入库
黄河下游河道冲淤过程 黄河下游河道淤积情况见表 初步分析 两个设计水沙
系列
出库 系列
系列
系列前 年小浪底基本下泄清水
整个下游呈冲刷状态 后 年内由于小浪底水库排沙量较大 且全部是汛期排出的泥沙 系列
沙出现几率增大 水沙偏枯年份 如
年 供水要求较高 防断流 防污染任务
艰巨 而水库调水调沙作用也较小 因此可以蓄水拦沙运用 对库容淤损也小 而在水沙较丰年或大水时
期进行排沙运用 则有必要利用大水输沙能力大的特点 尽量多带泥沙入海 以尽快恢复下游河道行洪
收稿日期
基金项目 国家自然科学基金和黄河研究联合基金资助项目
石春先 安新代 李世滢 刘继祥 小浪底水库初期运用方式研究 人民黄河 余欣 安催花 郭选英 小浪底水库泥沙水动力学数学模型研究与应用 人民黄河 韩巧兰 郭选英 小浪底水库运用初期黄河下游河道冲淤变化预估 泥沙研究
?
源自文库
流量大于等于
? 天数显著增加 系列由 天增加至 天 连续 天以上天数由 天提高
至 天 系列由 天增加至 天 连续 天以上天数由 天提高至 天 与此相应 系列
主汛期沙量之
由
? 以上流量挟带 系列主汛期沙量之
由
? 以上流量挟
带 水库调节后达到利用大水输沙的目的
表 小浪底水库主汛期调节情况
项目
小黑小
?
小黑小 小黑小
? 即当入库流量加黑石关 小董流
量大于或等于
? 时 出库流量按入库流量下泄 并控制花园口流量不超过下游平滩流量 当入库
流量加黑石关 小董流量小于
? 时 水库凑泄花园口流量为
? 水库凑泄过程中 若前一
天凑不够
? 则不再凑泄 若凑泄 天后 水库尚有可调水量 水库按下游平滩流量凑泄花园口断
面流量 直至泄空蓄水
的年份 减水减沙作用不明显 就年际而言 一般年份水少沙少 暴雨年份水丰沙丰 就年内而言 小水
期含沙量低 大水期产生突发性高含沙洪水 水沙过程 两极分化 一方面要求水库能提高对枯水年或
枯水时期水量调节能力 另一方面也为水库集中排沙提供了便利条件
年水沙量及过程的两级分化要求水库多年调节泥沙 随着水沙过程两级分化 小水小沙或大水大
免了下游大冲大淤的不利局面
表 黄河下游河道冲淤量
单位 亿
项目 前年
系列 后 年 年
前年 系列 后 年
年
铁谢 花园口
花园口 高村
高村 艾山
艾山 利津
铁谢 利津
主要结论
黄河年水沙量及过程的两级分化要求小浪底水库采取 多年调节泥沙 相机排沙 的减淤运用方 式 水沙过程 两极分化 一方面要求水库能提高对枯水年或枯水时期水量调节能力 另一方面也为水 库集中排沙提供了便利条件 多年调节泥沙 相机排沙 运用有利于减淤和河势稳定
当潼关 三门峡平均流量大于
? 且水库可调节水量等于大于 亿 时 水库凑泄花园
口流量等于或大于
? 即当入库流量加黑石关 小董流量大于或等于
? 时 出库流量按
入库流量下泄 花园口流量不超过下游平滩流量 当入库流量加黑石关 小董流量小于
? 时水
库凑泄花园口流量为
? 水库凑泄过程中 若前一天凑不够
? 则不再凑泄
制花园口流量不超过下游平滩流量 当入库流量加黑石关 小董流量小于
? 时 水库凑泄花园口
流量为
?
当 月中下旬入库流量加黑石关 小董流量大于或等于
? 时 出库流量按入库流量下
泄 并控制花园口流量不超过下游平滩流量 当入库流量加黑石关 小董流量小于
? 时 不再造
峰 水库可提前蓄水
当花园口断面流量可能超过下游平滩流量时 小浪底水库开始蓄洪调节 尽量控制下游河道不
系列 水量? 亿
沙量? 亿
水库及河道冲淤预测
设计系列条件下 利用一维水动力学泥沙冲淤数学模型进行了小浪底水库 及黄河下游 河道冲
淤计算 计算情况分析如下
水库淤积过程
小浪底水库淤积过程见表 及图 其中 系列累计淤积
亿 水库排沙比为
其
中前 年累计淤积
亿 水库排沙比为
后 年累计淤积
亿 水库排沙比为
系列累计淤积
显的降低趋势 碛口 古贤水库的修建将进一步减少进入黄河下游的洪峰流量 秋汛期洪水主要由上游
及渭河来水组成 由于龙羊峡 刘家峡水库及渭河治理 暴雨地区洪水大为减少 今后 随着大柳树 或黑
山峡 及泾河东庄水库的修建 以上地区洪水更趋于减少 同时沙量过程也将出现两极分化趋势 黄河
中游水利水保措施减水减沙作用主要集中在中常降雨和较小降雨年份 遇到降雨偏大特别是暴雨集中
系列整个下游铁谢 利津河段呈淤积状态 小浪底水库 年初期调水调沙运用以后 整个下游河道
系列定性为冲刷 系列铁谢 利津定性应为微冲微淤状态 因此 在今后小浪底水库调水调沙初期
运用过程中 若水沙搭配较合理 在未来的十几年期间 黄河下游游荡性河道有可能出现冲刷或淤积较
少的有利局面 基本上可以保持整个下游河道在 年内河床不抬高 水库调节后的水沙过程 基本避