黄河调水调沙有关问题的探讨

万占伟，罗秋实，郭选英

(1.黄河勘测规划设计有限公司，河南郑州 450003;2.华北水利水电学院，河南郑州 450011)

黄河调水调沙有关问题的探讨

万占伟1，罗秋实1，郭选英2

(1.黄河勘测规划设计有限公司，河南郑州 450003;2.华北水利水电学院，河南郑州 450011)

总结了小浪底水库运用以来黄河调水调沙取得的重要成果;从小浪底水库拦沙运用变化及黄河下游河道冲淤变化两方面分析了当前小浪底水库调水调沙的运用条件;提出了今后黄河调水调沙应当关注的一些问题，如水库汛限水位、调水调沙调控指标、调水调沙运用思路等.

黄河下游;调水调沙;冲刷效果;河床粗化;汛限水位

黄河调水调沙是处理黄河泥沙问题的一项重要战略措施.2002年以来的黄河调水调沙在减轻下游河道淤积、恢复主槽行洪输沙能力、调整小浪底水库库区淤积形态、改善河口生态环境等方面取得了显著的成效.但经过连续多年的调水调沙，又遇到了一些新问题.面对新的问题，如何调整调水调沙运用思路成为诸多专家学者密切关注的问题.

为深化对黄河调水调沙的认识，笔者在总结小浪底水库运用以来黄河调水调沙运用情况及实施效果的基础上，分析了当前黄河调水调沙的运用条件，探讨了调水调沙汛限水位、调控指标及调水调沙运用思路等有关问题，以期为黄河调水调沙运用提供参考.

1 黄河调水调沙情况

2002年以来，以小浪底水库为主，黄河水利委员会组织开展了13次黄河调水调沙，取得了重要的成果［1－5］.

1)黄河下游河道全线被冲刷，尤其是高村以下河段冲刷明显.黄河13次调水调沙累计进入下游总水量为509.12 亿 m3，总沙量为4.12 亿 t，入海总沙量7.62亿 t，下游河道共冲刷泥沙3.90亿 t.其中高村—艾山和艾山—利津河段冲刷 1.33亿 t和0.979亿t，分别占水库运用以来相应河段冲刷总量的45%和34%，调水调沙期间上述两河段的冲刷效率(河道冲刷量和所需水量的比值)分别是其它时期的3.8 倍和2.4 倍.

2)黄河下游行洪输沙能力普遍提高，河槽形态得到调整.通过小浪底水库拦沙和调水调沙运用，黄河下游主槽冲刷降低了2.03 m，河道最小平滩流量由2002年汛前的1 800 m3/s恢复到2011年的4 100 m3/s，卡口河道断面形态得到有利调整，洪水时滩槽分流比得到初步改善，二级悬河形势开始缓解，下游滩区小水大漫滩状况初步得到遏制.

3)人工塑造异重流加大了水库排沙比，优化了库区淤积形态.2004年以来提出了利用万家寨、三门峡水库蓄水和河道来水，冲刷小浪底水库淤积三角洲形成人工异重流的技术方案，在小浪底库区塑造出了人工异重流并排沙出库.通过对影响人工异重流排沙因素的分析研究，不断优化人工塑造异重流的各项技术指标，2010年及2011年汛前调水调沙水库异重流排沙比分别达到137%和145%［6］.

小浪底水库蓄水运用初期，由于水库壅水，库尾出现了明显的翘尾巴现象，侵占了部分有效库容.调水调沙期间，根据来水来沙条件，相机降低小浪底库水位，利用三门峡水库泄放的持续大流量过程冲刷小浪底库区尾部段，实现了库区淤积形态的优化调整，恢复了小浪底的调节库容.

4)改善了河口生态，增加了湿地面积.2008年向河口三角洲湿地自然保护区补水1 356万 m3，核心区水面面积增加223 hm2;2009年向河口三角洲湿地自然保护区补水1 508万m3，核心区水面面积增加3 480 hm2;2010年实现了刁口河流路全线过水，向现行流路南岸湿地补水2 041万 m3，湿地水面面积增加3 247 hm2;2011年向现行流路南岸湿地补水2 248.1万m3，湿地水面面积增加2 367 hm2，刁口河流路再次实现全线过水.

2 小浪底水库调水调沙的运用条件

2.1 小浪底水库拦沙运用变化

自1997年小浪底水库大坝截流至2011年10月，小浪底水库累计淤积泥沙26.26亿 m3(断面法)，其中干流淤积 21.71亿 m3，占总淤积量的82.7%.根据《小浪底水库拦沙后期(第一阶段)运用调度规程》中关于水库运用阶段的划分，当前小浪底水库运用处于拦沙后期第一阶段.2011年10月，小浪底库区干流仍为三角洲淤积形态，三角洲顶点距坝18.35 km，高程为215.16 m，顶坡段比降约为3/10 000.

小浪底水库进入拦沙后期以后，起始运行水位以下库容会逐渐淤满，汛期水库有条件选择比较小的蓄水量进行调水调沙运用.根据库区水流泥沙运动规律，水库若选择比较小的蓄水量，库区是明流输沙流态，水库的排沙比将较初期提高较多，水库的拦粗排细效果将得到很大提高.水库若选择较大的蓄水量，库区可能为异重流排沙，出库含沙量较低，水库的运用条件和拦粗排细效果与拦沙初期差别不大.因此，水库拦沙后期运用和拦沙初期不同，拦沙后期运用可选择低水位壅水排沙、拦粗排细的运用方式，也可选择较大的调控库容以实现较长历时大流量下泄的运用方式，库区水流流态、排沙方式要比拦沙初期复杂得多.

2.2 黄河下游河道冲淤变化

1999年10月小浪底水库下闸蓄水运用以来至2011年10月，黄河下游各个河段均发生了明显冲刷，利津以上河段累计冲刷21.28亿 t.

从下游冲刷量的沿程分布来看，高村以上河段冲刷较多，为15.44 亿 t，占下游冲刷总量的72.5%;高村以下河段冲刷相对较少，为5.82亿t，占冲刷总量的27.4%.从时间分布来看，冲刷主要发生在汛期，汛期下游共冲刷14.41亿 t，占年总冲刷量的67.7%.

随着下游河道的持续冲刷，高村以上河段目前冲刷粗化较为明显，高村以下河段河床也有一定程度的粗化，但尚不明显.故高村以下卡口河段主槽过流能力还有一定的恢复空间.各河段水流的冲刷效率呈明显下降趋势.

3 黄河调水调沙运用的有关问题

3.1 水库汛限水位

汛限水位是汛期(或主汛期)平水期水库蓄水运用的最高水位，与调水调沙运用关系密切.小浪底水库蓄水运用以来，根据水库淤积变化，已进行了3次汛限水位调整.第1次是2000年，前汛期汛限水位为215 m，后汛期汛限水位为235 m;第2次是2001年，前汛期汛限水位为220 m，后汛期汛限水位为235 m;第3次是2002年至2011年，前汛期汛限水位为225 m，后汛期汛限水位为248 m.2002年，汛限水位225 m至起始运行水位210 m之间的库容为14.2亿m3.随着库区泥沙淤积，至2011年，汛限水位225 m至起始运行水位210 m之间的库容仅为8.1 亿 m3.

根据有关研究成果［7－9］，小浪底水库拦沙期适宜的调水调沙调控上限流量指标为2 600～4 000 m3/s，相应的调控库容为8～13亿m3.当前汛限水位至起始运行水位之间的库容已经接近调水调沙调控库容的下限，为充分发挥小浪底水库调水调沙、供水、灌溉、发电等综合利用效益，亟需对近期水库汛限水位调整问题进行研究.

3.2 调水调沙调控指标

当前黄河下游河道最小平滩流量已恢复至4 100 m3/s，适宜的中水河槽规模已经形成，今后应充分利用已形成的中水河槽行洪输沙能力多输送泥沙入海.然而，由于下游河道河床冲刷粗化，汛前调水调沙单位水量的冲刷效果明显降低(由首次调水调沙试验期的20 kg/m3降至2011年汛前的3 kg/m3左右)，如何充分发挥清水水流的冲刷效率，是今后调水调沙需要关注的.

基于此，在今后黄河调水调沙实践中，应充分分析下泄洪水水流过程对下游河道冲刷的影响，深入论证调水调沙调控流量、历时、洪水峰型等指标，以优化水库调度运用方案，提高水资源利用效率.

3.3 调水调沙运用思路

当前小浪底水库处于拦沙后期第一阶段，水库仍具有一定的拦沙能力，今后水库运用应立足长远，充分利用有限的拦沙库容发挥尽量大的减淤效益，调水调沙应统筹考虑汛期和汛前调水调沙运用，实现水库减淤和维持下游中水河槽的双重目标.

汛期调水调沙可按照黄河设计公司研究提出的“水库多年调节泥沙，相机降水冲刷，拦沙和调水调沙运用”的运用思路，即调水调沙期间，小浪底水库以调节流量为主，并且使进入下游河道的大流量过程持续一定的历时.水库淤积量达到42亿 m3后(拦沙后期第一阶段结束)，当入库有一定持续历时较大流量时，降低水位冲刷恢复库容，库区在冲淤交替中逐步形成高滩深槽形态，而后转入正常运用期.

汛前调水调沙要充分利用现有水库群的联合调控能力，并与汛期调水调沙有机结合，综合考虑小浪底库区淤积和下游河道主槽过流能力变化等因素，选用适宜的调水调沙模式，在减少河道淤积的同时，争取实现水库排沙.

［1］水利部黄河水利委员会.黄河调水调沙理论与实践［R］.郑州:水利部黄河水利委员会，2009.

［2］万占伟，安催花，闫朝晖.小浪底水库对下游河道的冲刷效果及趋势预测［J］.人民黄河，2012(5):6－8.

［3］陈建国，周文浩，陈强.小浪底水库运用十年黄河下游河道的再造床［J］.水利学报，2012(2):127－135.

［4］陈建国，周文浩，孙平.论小浪底水库近期调水调沙在黄河下游河道冲刷中的作用［J］.泥沙研究，2009(3):1－7.

［5］黄河防汛抗旱总指挥部办公室.2011年黄河调水调沙［R］.郑州:黄河防汛抗旱总指挥部办公室，2011.

［6］马怀宝，张俊华，陈书奎，等.2010年汛前调水调沙小浪底水库排沙比分析［J］.人民黄河，2011(9):1－2.

［7］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［J］.泥沙研究，2002(5):36－42.

［8］刘继祥，安催花，曾芹，等.小浪底水库拦沙初期调控流量分析论证［J］.人民黄河，2000(8):26－27.

［9］郭选英，宋红霞，刘生云，等.巴家嘴水库及多泥沙河流水库泥沙关键技术研究［M］.郑州:黄河水利出版社，2007.

Discussions on Yellow River Water and Sediment Regulation Activities

WAN Zhan-wei1，LUO Qiu-shi1，GUO Xuan-ying2
(1.Yellow River Engineering Consulting Co.Ltd.，Zhengzhou 450003，China;2.North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power，Zhengzhou 450011，China)

In this paper，the current conditions and the effects of Yellow River water and sediment regulation activities since Xiaolangdi Reservoir operation were analyzed，and discussions were carried out on the Yellow River water and sediment regulation for the present and future.The current limiting level during flood season of Xiaolangdi Reservoir should be studied because it can not meet the requirement of water and sediment regulation.The regulated flood characters，such as the regulated discharge and regulation time，show be researched to enhanced the erosion rate for the river bed has coarsened.To reduce the sedimentations in reservoirs and lower reaches，a overall consideration should be given on both flood season and un-flood season water and sediment regulation operation ideas in the future.

lower Yellow River;water and sediment regulation;erosion rate;river bed coarsing;limiting level during flood season

1002－5634(2012)03－0037－03

2012－03－31

水利部公益性行业科研专项项目(201001012).

万占伟(1979—)，男，河南新野人，工程师，硕士，主要从事水力学及河流动力学方面的研究.

(责任编辑:陈海涛)