三门峡库区污物研究与分析

(三门峡黄河明珠(集团)有限公司，河南 三门峡 472000)

三门峡库区污物研究与分析

张健锋

(三门峡黄河明珠(集团)有限公司，河南 三门峡 472000)

三门峡水利枢纽是黄河中游重要的水利工程，研究三门峡库区污物的规律，能有效地保障枢纽效益的发挥，并为黄河上其他水电站的污物治理提供参考依据。

三门峡库区；污物；研究

1 三门峡库区概况

三门峡水利枢纽位于黄河中游干流上，两岸连接豫、晋两省，是1955年黄河流域规划选定的第一期重点建设项目，也是黄河上修建的第一座大型水利枢纽工程。工程于1957年4月动工兴建，1960年9月基本建成投入运用，控制黄河流域面积68.80万km2，为全流域面积的91.5%，多年平均水量占全河的89%，控制黄河来沙量的98%，发挥着防洪、防凌、灌溉、供水和发电等综合效益。

三门峡库区有黄河龙门、渭河临潼、汾河河津和北洛河状头四个水文站，见图1。

库区集水面积为29688km2，其中潼关以上为23408km2，潼关以下为6280km2，按河道特点分为如下四大区段。

第一区段：黄河龙门至潼关库段，长度为134.40km，宽度为4～19km，穿行于陕西、山西两省之间，是两省界河，两岸为黄土台塬，高出河床50～200m。河道总面积为1107km2，其中滩地面积达696km2，占63%。

第二区段：黄河潼关至大坝库段，长度为113.20km，宽度为1～6km，是陕西、山西、河南3省界河。属峡谷形库段，两岸Ⅲ级阶地上部为第四纪黄土类土。

第三区段：从渭河临潼至汇入黄河处，这一库段长度为127.70km，宽度为3～6km。两岸是河谷阶地，河道两岸滩地1.77万亩，流经陕西省的临潼、渭南、华县、大荔、华阴和潼关6县。地处关中平原，土地肥沃，为陕西省粮仓之一。

第四区段：北洛河状头至汇入渭河处，库段长度为121.90km，宽度为1～2km。两岸为黄土台塬，高出河床50～100m，土地肥沃，亦为陕西粮仓之一，流经陕西省的蒲城、大荔两县。

图1 三门峡库区

2 三门峡库区污物产生的原因及污物成分分析

2.1 库区污物成分分析

根据多年对库区污染物的清污现场观察和统计，三门峡坝前污物以芦苇根为主，夹杂一定数量的树枝、树根以及生活污物，其他还包括杂草、农作物秸秆、树叶、泡沫、动物尸体，还有粗大的树干和树根，见表1、图2。

表1 三门峡库区污物成分

图2 污物成分比例

芦苇再生能力极强，多生长在水边或沼泽地带，沿黄河两岸分布较广，尤其在夹马口到风陵渡河段，芦苇生长茂盛，河道游荡不定，每遇滩边冲刷塌方，就有大片芦苇冲入水中。因此，该河段是库区污物芦苇根的主要来源。芦苇根直径为10～30mm，80%长度在2m以上，有极高的韧性和抗拉强度。芦苇根相互缠绕，随水流滚动，形成团状，特别是在拦污栅前回旋时积聚成大团，像墙一样堵在栅前，造成拦污栅前后水位差较大，轻者影响机组发电，重者损坏拦污栅，给发电机组安全运行造成极大威胁。

2.2 污物产生原因

2.2.1 河道地质情况复杂

黄河自陕晋边境向东流入河南，三门峡以西河道较宽，两岸是黄土形成的台地和渭河下游平原，龙门至潼关河段(称小北干流)，穿行于汾河、渭河之间的塬阶区，河道宽阔，两岸台塬高出河水面50～200m，有汾河、涞水河、渭河汇入。从临猗县夹马口到风陵渡为淤积游荡型河道，河宽多为6～10km，最宽19km，河床宽、浅、乱、游荡剧烈，主流摆动不定，素有“三十年河东、三十年河西”的说法。该河段河床滩地上，以生长芦苇为主，河滩冲刷严重，汛期大量芦苇根流入水中。从潼关到三门峡坝址，河谷狭窄，山高谷深，两岸地势陡峻，进入陕县河谷宽3～6km，坝址处河宽约300m。

2.2.2 水库返库移民增多

水库原已迁移的农民又迁回原址，仅陕西省返库移民达15多万人，开垦地30多万亩。在滩地上主要植物有杨树、刺槐、酸枣、红柳、蒿草等，主要作物有苹果、枣树、柿树、葡萄、小麦、玉米、花生等。

2.2.3 冰雪消融与山洪频发

每年3月下旬或4月上旬间，上游地区气温升高，冰层融化，黄河流量会突然增大，农作物秸秆、树枝、树根、生活垃圾等污物随水流进入库区；夏秋6—10月之间，常有大雨和暴雨出现，一些主要支流汛期山洪频发，随之导致大量动物尸体、植物根茎、泡沫塑料、土木材料等污物随水流冲入河谷；雨后水库周围湿陷性黄土，遇水位变化经常发生塌岸，一些树木、杂草随之落入水库，造成大量污物。

3 三门峡库区污物特点及规律

3.1 汛期不同时期的污物种类不同

第一次洪水来临，污物主要以枯芦根为主，夹杂着树枝、树干等各种杂物，还有一种以芦根和草相互缠绕，夹杂着泥沙呈漂浮状态的草团，直径约1～2m，污物成分复杂且污量大；洪峰过后，污物主要是当年新芦根，成分单一。在汛期前期污物较少，中期和后期污物较多。汛期不同时期的污物种类见表2。

表2 汛期不同时期来污规律

3.2 来污量与水库运用关系密切

1960年9月水库开始运用初期，采用“蓄水拦沙”运用，最高蓄水位332.58m(1961年2月19日)。1962年3月水库由“蓄水拦沙”改为“滞洪排沙”运用，汛期闸门全面敞开，只保留防御特大洪水任务。为充分发挥枢纽综合效益，自1973年以来，水库按“蓄清排浑”调水调沙方式运用，即汛期泄流排沙，汛后蓄水。1994年3月，2号隧洞出口除险加固改变了正常水库运用，水位提高，一夜之间在库区内布满了农作物秸秆和芦苇等污物。由此可见，水库运用方式直接影响来污规律。

4 三门峡库区的污物分布状况

4.1 污物平面分布状况

污物随水流进入库区，受到库区地理结构、水工建筑物的设置及发电机组取水的位置影响，污物在库区内的运动呈现一定的规律，见图3。

图3 三门峡坝前污物平面分布状况

大部分河水从左岸入库，水流方向与大坝轴线方向成30°的夹角，但由于左岸泄流孔洞关闭，而机组进水口靠近右岸，污物就随水流绕过一个大圈向右岸流动，导致大部分污物堆积在拦污栅前，剩余部分继续沿水圈迂回。而右岸河水流速相对缓慢，污物直接冲向拦污栅，集聚于栅前。

4.2 库区污物深度分布状况

随着季节和水位变化，污物的种类、数量及其在水下的分布也随之变化。通常污物在水中呈漂浮状态，分布在水下0～2m范围，树干、树枝等污物分布较深，约在水面至水下7～8m范围内漂浮。

4.3 污物在拦污栅前的分布状况

由于污物70%以上是芦苇根，在水流稳定情况下呈漂浮状态。在接近拦污栅前时，由于机组进水口位置较低，改变了水流方向，使污物向下移动，在栅前深度达0～18m左右，呈三角形分布。芦苇根、杂草、树枝、农作物秸秆等缠卷在一起，没有明显的层次分布，只有少量的粗大树干和树根分布在下面。

4.4 污物时域分布状况

对三门峡水电站而言，每年第1场大雨而形成的洪水是形成污物最严重的时候，水面和水下集结物量都很大。若遇暴雨汛期来污量也很大，汛期前期来污量大于后期，洪水涨水期大于落水期，平时来污量小于汛期。

5 三门峡库区污物危害

5.1 影响到机组的安全运行

大量的污物涌向机组进水口，极易使拦污栅形成密不透水的软性栅栏，损坏拦污栅，致使一些杂物进入机组，造成机组在调节过程中水流不均衡，使机组在运行中产生强烈振动，直接影响到机组的安全运行；三门峡水电站曾出现过下节拦污栅损坏，污物冲入机组蜗壳的事故。

5.2 增加水头损失

大量的污物造成最大可达3m的水头损失，每年损失电量相当惊人。对于三门峡电站而言，如按全汛期5台机组发电90天，水头损失0.50m计算，则理论损失电量约为8640万kW·h，若考虑水能利用率60%，机组负荷率70%，则实际损失电量约为：8460×60%×70%=3628.8万kW·h。

5.3 恶化库区环境

大量的污物堆积在坝前，严重影响库区美观，污染水质，恶化库区环境，对环境保护和发展坝区旅游都不利。

6 小 结

三门峡水利枢纽是黄河中游重要的水利工程，研究三门峡库区污物的成因和规律，有利于解决因污物带来的枢纽工程危害，同时，对黄河中游万家寨水利枢纽、小浪底水利枢纽等枢纽污物治理可提供重要参考。

ResearchandanalysisonpollutantinSanmenxiaReservoirarea

ZHANG Jianfeng

(SanmenxiaYellowRiverMingzhu(Group)Co.,Ltd.,Sanmenxia472000,China)

Sanmenxia water conservancy hub is an important water conservancy project in the middle reaches of the Yellow River for studying the rule of pollutants in Sanmenxia Reservoir region, which can effectively guarantee the exertion of hub benefits, thereby providing reference for sewage treatment of other hydropower stations on the Yellow River.

Sanmenxia reservoir area; pollutant; study

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.011.008

TV213.4

A

2096-0131(2017)011-0029-04