水利工程论文-水库调水调沙发展过程的回顾与瞻望.doc

水利工程论文-水库调水调沙发展过程的回顾与瞻望摘要：在小浪底水库最低泄空水位已经确定的情况下，则水库前期淤积量越大，水库的调沙作用应好些。而用小浪底水库有限的拦沙库容对无限的来沙总是无出路的，泥沙多年调节的目的是充分利用河道输沙潜力输沙，使黄河有限的水资源得到合理的利用，充分发挥水库的综合作用。关键词：水库调水调沙发展回顾与瞻望著名治黄专家王化云在1987出版的“我的治河实践”一书序言中指出：“调水调沙治河思想虽然处于发展过程中，已有实践经验也不完全，但我认为这种思想更科学，更符合黄河的实际情况，未来黄河的治理与开发，很可能由此而有所突破”。正如黄委会主任李国英最近指出的，我们将由传统治黄进入调水调沙科学治理黄河的新时代。在当前应理清调水调沙思路，明确主攻方向，找出最有效的技术途径。最早提出水库调沙设想1，是美国学者葛罗同，萨凡奇在1946年治理黄河初步报告中提出，利用八里胡同水库控制洪水并发电，坝底设有排沙设备，每年放空排沙一次。下游河道之设计应能承受水库下泄洪水和泥沙，设计成宽500m，深5m的河道，可输送含沙量高达20(500kg/m3)的河水。60年代三门峡水库泥沙问题暴露之后，也有人提出利用小浪底水库进行泥沙反调节的设想2。由于对河道输沙规律的认识不断深入，调水调沙的理论也在不断地发展与完善。回顾过去的发展过程，不断总结经验，有利于充分发挥小浪底水库的调水调沙作用。一、人造洪峰在河道输沙公式QsKQM中，m值一般为2，根据这一特点，人们提出利用人造洪峰排沙入海的设想，认为把小流量的水量集中起来，用大流量集中放，可以多输沙入海。为此1963年曾利用三门峡水库进行两次人造洪峰试验3，结果冲刷效果不好。在冲刷平均流量1477和1870m3/s，最大流量分别为3260和2900m3/s的情况下，冲刷只发展到艾山以上河段，艾山以下河段还发生淤积，从下游河床中冲刷入海1吨泥沙的用水量分别为81m3和58m3，详见表1。结果表明沿程冲刷过程中含沙量迅速恢复,冲刷速率降低，而发生塌滩展宽对下游河道的冲刷作用并不利。流量小时，还会出现上冲下淤，并且需要耗用大量宝贵的清水资源，才有一定的减淤效果。如在小浪底水库的规划设计阶段，曾设想在丰水年非汛期相机造峰，平均3年进行一次,用水量40亿m3，造峰流量5000m3/s，全下游减淤约0.6亿t，平均年减淤0.2亿t,用67亿m3水量输1亿t沙入海。人造洪峰减淤效果不好的原因，是其依据的河道输沙公式中没有考虑上站含沙量的影响。忽略了黄河河道具有多来多排的输沙特性,不仅全沙如此,属于造床质的粗泥沙也具有同样的输沙特性。考虑上站来沙的影响，河道输沙公式应为QSKQaS上,流量方次a为1.11.3，远小于2（含沙量的方次为0.6-1.0，与河槽形态有关，宽浅河段只有0.6-0.8，窄深河段为1.0）。由于今后黄河水资源更加贫乏，这一调水调沙措施将逐渐失去意义。二、“蓄清排浑”在三门峡水库蓄水运用后库区淤积严重，潼关河床大幅度抬高，严重影响渭河。在不改建不行的压力下，基于黄河泥沙多，在年内分配不均匀，泥沙又主要集中在汛期，非汛期来水较清，及艾山以下河道流量大于3000m3/s，河道输沙特性呈现“多来多排”基本不淤,提出把非汛期的泥沙调到汛期排,利用非汛期来水含沙量低，蓄水拦沙发电、防凌，并进行水量调节尽可能满足下游灌溉用水需求3。在汛初降低坝前水位，利用汛期流量大，冲刷能力强，把汛期来沙连同非汛期淤在库内的泥沙全部排出库外，达到年内冲淤平衡。三门峡水库改建后，从1973年开始蓄清排浑运用，利用潼关以下槽库容进行调沙，因受到潼关高程及库区条件的限制，不能进行大幅度调节。每年汛初不管来水情况如何，都把运用水位降低，因此经常出现小水排沙，形成小水带大沙造成黄河下游主槽强烈淤积的不利局面。据1974年1986年的资料统计，有26的泥沙由流量小于2000m3/s排出，而龙羊峡水库投入运用后，因汛期大量蓄水，自1987-2000年却有48%的泥沙由流量小于2000m3/s排出。详见表2。1974-1986年小于2000m3/s出现的天数年均307天，占全年的84%，而1987-2000年小于20003/s出现的天数年均351天，占全年的96%，只有14天流量大于2000m3/s，而前者为58天应当指出蓄清排浑的运用方式，是针对三门峡水库特定条件下形成的，在推广应用时应注意其特殊性。三门峡水库改建成功，说明通过汛期降低坝前水位,可以保持平滩以下的槽库容。对下游河道的减淤作用在改建时并没有进行过多的考虑，实际运用结果表明，虽然没有明显增加下游河道淤积，但下游河道的减淤效果不理想。随着龙羊峡等大型水库投入运用，汛期的基流与洪峰流量均在减小，冲刷能力减弱，三门峡水库的运用面临汛期“无水”排沙的新情况，既使是再降低水库的运用水位，也很难保持库区冲淤平衡，且利用小流量排沙会使下游河道进一步恶化，对防洪极为不利。由于三门峡水库蓄清排浑运用方式，是在特殊情况下形成的，其调节能力十分有限，不可能获得较大的调节库容和较强的泄空冲刷条件，使出库的含沙量的增幅受到限制，无法充分利用下游河道可能达到的输沙能力输沙入海，使黄河水资源的利用受到限制。三、利用来沙系数SQ与河段排沙比关系调沙45从艾山以上洪峰时段的河段排沙比与流量及三、黑、小来沙系数间的关系可知,在各级来沙系数情况下，流量在5000m3/s6000m3/s时排沙比均最大。而在流量一定时，随着来沙系数SQ值的增大，河段的排沙比逐渐降低。在流量为5000m3/s6000m3/s时，若来沙系数在0.03时(含沙量150kg/m3180kg/m3)，三门峡至艾山河段的排沙比只有50多；当来沙系数减为0.008(含沙量40kg/m350kg/m3)时,河段的排沙比达120；在来沙系数约为0.01时,河段的排沙比为100。从黄河下游河道应保持“微冲微淤”状态出发，有人提出把泥沙调成来沙系数为0.01左右输送的设想。其实河段排沙比为100，只说明进出河段的沙量平衡,并不能说明泥沙在断面上冲淤情况。在黄河下游不论含沙量高低，洪水漫滩后均会造成滩地淤积,含沙量越高淤积越严重,但主槽往往会产生强烈冲刷。河段排沙比为100,只说明滩地淤积量与主槽的冲刷量相等。并不表示河流输沙的力学关系，只表示不同的水沙搭配时,河段滩地淤积量与主槽冲刷量间的比例。以河段排沙比100作为控制条件进行泥沙调节，要提高排沙水流含沙量只有增大流量，流量增加漫滩后又使河道排沙比降低，因此，不会取得显著的减淤效果。造成上述SQ与河段排沙比之间的特有规律，主要是洪水漫滩的结果，若能控制水流在窄深主槽中