黄河调水调沙分析与思考

1 / 12黄河调水调沙分析与思考摘要：黄河自 2002 年 7 月首次调水调沙试验，连续3 年成功地进行了试验，XX 年调水调沙由试验正式转入生产运用，至 2016 年 7 月 8 日，调水调沙历经 9 次，实际历时 133 天，经利津站进入大海的泥沙累计亿 t，最小主槽平摊流量由 1800m3/s 提高到 3880m3/s，河道向下冲刷 1m 左右。调水调沙年份黄河来水来沙偏小，黄河调水调沙作用随着河道主槽的冲刷作用有所降低，建议特枯水年份可以暂缓调水调沙更多的用于发电与利用，抓住并遵循利用自然规律与趋势，不仅塑造洪水洪峰，还应充分利用“中常洪水”挟沙，并抓住机会将是更伟大的治黄实践。 关键词：调水调沙冲沙量洪水资源化趋势黄河 黄河是多沙河流，每年从中游携带大量泥沙，一部分淤积在下游沿途平原河道，造成河床抬升，过洪能力变小，洪水威胁两岸。在干流河道修建水库，虽然拦蓄大量泥沙，但同时也造成水库淤积而报废，三门峡水库即是例子，水库建成后，虽然使黄河水变清，但也带来严重问题，三门峡水库因大量泥沙淤积库容逐渐减少，最后不得不进行工程改造，进行调水调沙尝试。小浪底水库建成后进行大规2 / 12模调水调沙，目的就是通过三门峡水库和小浪底水库联合调度，达到利用少量的泄水，携带淤积在水库的泥沙，排入大海，而不造成沿途淤积，一方面使水库冲淤平衡，另一方面又不造成沿途河道淤积，同时制造人工洪峰过程，改变河道河势，缩小断面宽度，增加深度。 调水调沙，就是在充分考虑黄河下游河道输沙能力的前提下，利用水库的调节库容，对水沙进行有效的控制和调节，适时蓄存或泄放，调整天然水沙过程，使不适应的水沙过程尽可能协调，以便于输送泥沙，从而减轻下游河道淤积，甚至达到冲刷或不淤的效果，实现下游河床不抬高的目的。 黄河特点是“水少沙多、水沙不平衡” ，首任黄河水利委员会主任、著名水利专家王化云和他的同事们，在“上拦下排”的治黄方针的基础上比较系统地提出了“调水调沙”的治黄思想。三门峡工程的运用实践中，三门峡水库的建设使“调水调沙”得以实施，2001 年小浪底水库正式建成使用，使规模性调水调沙的水库条件具备，而且为调水调沙由理论到实践的飞跃提供了先决条件。 黄河水利委员会主任李国英说：“多年来，治黄人一直在探索通过人工手段，塑造一种人工的理想的水沙关系，利用自然规律改变当前天然不平衡的水沙关系，但这要有两个前提，一是要有大型调节水库，二是运用现代化的科3 / 12技手段。 ” 2002 年 7 月，利用小浪底水库开展了首次调水调沙试验，至 2016 年 8 月，调水调沙历经 8 年 9 次。 1.黄河调水调沙 2002 年 7 月，利用小浪底水库开展了首次调水调沙试验：7 月 4 日上午 9 时，小浪底水库开始按调水调沙方案泄流，7 月 15 日 9 时出库流量恢复正常，历时共 11 天。水库平均下泄流量为 2740m3/s，出库平均含沙量为/m3，下泄总水量亿 m3，沙量亿 t。7 月 21 日，调水调沙试验流量过程全部入海。经过对实测资料的分析计算，调水调沙试验期间，黄河下游河道净冲刷量为亿 t，其中小浪底至艾山河段冲刷亿 t，艾山至河口河段冲刷亿 t。全下游主槽沿程冲刷亿t，滩地淤积亿 t。河道排洪能力得到一定提高。 XX 年 9 月，渭河、伊河、洛河相继出现洪水，洪水分别进入黄河三门峡、小浪底水库、陆浑水库、故县水库，同时沁河也出现洪水。为实现小浪底水库库区减淤及解决水库泄水建筑物闸前淤堵问题，并充分利用小浪底水库至花园口区间较清洪水的输沙能力，在使下游河道发生冲刷或至少不发生大的淤积的要求下，黄河水利委员会开展了基于空间尺度的黄河第二次调水调沙试验。 2002XX 年，黄河防总连续 3 年成功地进行了调水调沙4 / 12试验，在此基础上，XX 年调水调沙由试验正式转入生产运用。 2.黄河调水调沙成果 经过 8 年 9 次调水调沙，实际历时 133 天，黄河下游河道主河槽河底向下冲刷，高程平均下降 1m 左右，经利津站进入大海的泥沙累计亿 t，下游主河槽最小平滩流量由2002 年首次调水调沙时的 1800m3/s 增大到 2016 年的3880m3/s，见表 1。 XX 年进入大海的泥沙最大为 6970 万 t，XX 年最小仅为XX 万 t。但是，小浪底排沙比为自 2002 年以来历次汛前调水调沙水库排沙比的最大值。此次调水调沙前，小浪底水库入库泥沙 5796 万 t。6 月 29 日 18 时，小浪底水库人工塑造异重流排沙出库。6 月 30 日 12 时，高含沙异重流出库，小浪底水库排沙洞出库含沙量高达 350kg/m3，此次排沙过程一直持续到 7 月 3 日 8 时，共排沙 5165 万吨，排沙比高达 89%。 3.近年黄河来水来沙与引水引沙特点 来水来沙 黄河下游自 2000 年不再发生断流。1998 年 12 月 14 日，国家计委、水利部颁布实施黄河可供水量年度分配及干5 / 12流水量调度方案和黄河水量调度管理办法1999 年 3月 1 日，根据国家授权，黄河水利委员会发出第一份调水令，黄河干流水量统一调度正式拉开帷幕。1999 年 10 月25 日总库容亿 m3 的黄河小浪底水利枢纽下闸蓄水。2000年实现了自 1991 年以来黄河首次全年不断流。统计自 2000年以来小浪底、花园口、利津水文站的径流量和年输沙量，由于小浪底水利枢纽的建成蓄水蓄沙影响了输沙，小浪底水文站实测输沙率基本上是以汛期和调水调沙期测验，其它月份小浪底发电清水下泄不测输沙率。XX 年黄河中游地区渭河发生洪水，该年份为黄河少有的平水年份。XX 年黄河源头地区降雨充沛，龙羊峡水库蓄水达到历史高水位，黄河下游连续入海流量冲沙水量得到保障，然而入海沙量仍然很低。黄河来水来沙统计，见表 2。 引水引沙 黄河下游灌区分布于黄河两岸河南、山东两省黄淮海平原。其范围上自河南武陟县白马泉闸，下至山东垦利县五七闸，在大堤上建有以渠首工程型式分为涵闸、扬水站和虹吸等工程 100 多处，退水入淮河、海河水系。 1950 年在山东利津试办綦家嘴引黄放淤闸成功。1952 年2 月建成人民胜利渠，设计流量 55m3/s。由此到 1957 试办阶段，1958 年大发展，引水量过大造成了严重后果；19626 / 12年以后停灌，1965 年恢复至到稳定发展阶段。黄河下游沿黄两岸 30 万亩以上的大型引黄灌区 29 处，其中河南省 10处，山东省 19 处，如人民胜利渠、位山、潘庄、打鱼张灌区等。 引黄水量主要集中外流域引水，除金堤河文岩渠外其它为外流域引水，黄河干流引水除王庄渠、堤南灌区等属于黄河流域大堤内滩区引水外，其它均为大堤外引水、引水的同时也引沙，由于小浪底水利枢纽的建成蓄水蓄沙影响了引沙量，引沙量 2001 至 XX 年年平均只有亿 t。 4.黄河调水调沙看法与意见 调水调沙使河道过流能力提高明显 黄河下游河道主河槽河底向下冲刷，高程平均下降 1m，下游主河槽最小平滩流量由 2002 年首次调水调沙时的1800m3/s 增大到 2016 年的 3880m3/s。 “”洪水之后，平滩流量从 6000m3/s 降到 2000m3/s 左右。2002 年，黄河下游出现流量为 1800m3/s 的洪水，发生漫滩灾情。XX 年，黄河河南兰考段洪水流量为 2400m3/s，出现重大漫滩灾情，滩区内近 12 万人被洪水围困。为此，自 2002 年起，黄委连续进行了五次调水调沙，用“人造洪峰”冲刷下游河道，使下游泥沙淤积状况改善，河道过流能力逐步提升，下游河道得到全面冲刷，主河槽河底向下冲刷高程平均下降 1m，最小过流能力从实施前的 1800m3/s7 / 12提高到 3810m3/s，使河道的基本功能逐步得以恢复。 现行的水利工程无法支撑调水调沙 水库异重流是黄河等高含沙河流特有的水流形式，指高含沙水流进入库区后遇到清水，由于密度差而潜入清水下面形成一股浑水流，并沿库底向坝前行进的现象。掌握异重流演进规律，可在异重流到达水库坝前时，打开冲沙闸门，将高含沙浑水排出库外，减少水库淤积。 小浪底水库人工塑造的高含沙量异重流是调水调沙的重要工作。 XX 年 7 月 9 日世界水利史上首次人工塑造异重流成功过黄河世界水利史上首次人工塑造的异重流沙峰通过黄河小浪底水库大坝，监测数据表明：异重流出库泥沙厚度高达7 米。这宣告黄河第三次调水调沙试验中难度最大、科技含量最高的成果万家寨、三门峡水库“接力”调水塑造异重流排沙取得成功。 根据九次调水调沙的实践证明，调水调沙作为处理黄河泥沙、维持黄河健康生命的措施是切实有效的。但现状骨干工程存在很大的局限性，万家寨、三门峡水库库容较小，且万家寨水库距小浪底水库较远，调度时不确定因素较多，不能满足人工塑造异重流进行泥沙调节的要求；北干流河段目前尚无一座控制性骨干工程，仅有万家寨水库和天桥8 / 12水电站，不能满足该河段水沙调控的要求；随着小浪底水库的淤积，小浪底水库单库调水调沙水动力不足的局面已逐步显现。因此，应尽快上马古贤水库，构建完善的黄河中下游水沙调控体系，发挥黄河调水调沙的长期效益。 调水调沙向生态用水转移 调水调沙对河口三角洲湿地补水，从而向生态用水转移。2016 年第九次黄河调水调沙新闻稿“黄河调水调沙成效显著”中，近三分之一的内容是关于生态用水的。XX 年黄委首次结合调水调沙，有计划地向河口三角洲湿地实施了人工补水。2016 年生态用水调度于 6 月 24 日开始向河口15 万亩淡水湿地补水，7 月 3 日结束，历时 10 天，合计向河口 15 万亩淡水湿地补水 1508 万立方米，较去年增加 152万立方米。黄河水利委员会专门在东营召开调水调沙及生态调度新闻发布会，就黄河调水调沙过程与效果、生态调度情况等作了介绍，并回答了记者提问。 这次新闻发布会一方面说明近两年黄河没有大的来水，只有调水调沙期的水量才能达到能够对湿地补水水量，同时也说明调水调沙达到这种程度时遇到的不可逾越的难度和新问题。 尝试利用洪水进行调水调沙 XX 年 9 月历史罕见的黄河秋汛中，渭河、伊河、洛河相9 / 12继出现洪水,通过“四库联调” ，开展了基于空间尺度的黄河第二次调水调沙试验。以及 XX 年当年的第二次调水调沙，都是基于洪水过程的调水调沙。 黄河调水调沙作用随着河道主槽的冲刷作用有所降低，调水调沙冲沙能力的局限性，是否有其它途径强力推进黄河输沙入海，利用中常洪水与中小洪水调水调沙的将是以后可以考虑的课题。 试验已经证明，利用水库调水调沙，将不协调的水沙关系调节为相协调的水沙关系，是有利于输沙入海、减轻下游河道淤积甚至冲刷下游河道的有效途径之一。今后，如何积极创造条件，继续进行中常洪水与中小洪水调水调沙试验。充分加以论证，抓住时机，进行有前瞻性的试验，以达到生产运行。把每一场中常洪水都作为一次冲沙的机会，充分利用洪水资源，保持一定的黄河下游河道平摊流量，维持主河槽的过流能力。 探讨利用黄河中常洪水实施大规模调水调沙将有可能使调水调沙事半功倍，遵循自然规律与趋势而为之并抓住机会将是更伟大的治黄实践。 “洪水资源化”应是水沙调控体系关键之一 针对黄河水沙关系不协调的基本特性，建设水沙调控体系，利用水沙调控体系将水沙过程重新进行塑造，改变黄河水沙关系不协调的自然状态，使之尽量适应河道的输沙10 / 12特性，减少河道淤积，并恢复和维持中水河槽行洪排沙能力。逐步实现维持黄河健康生命的终极目标。 根据国务院最近批复的黄河防洪规划，从减缓下游河道淤积和为小浪底水库调水调沙提供动力两个方面看，均急需兴建古贤水利枢纽。若古贤水库及时投入运用，还可以更好地实现 1+12 的减淤效果。 对于中游水库群，利用三门峡、小浪底、陆浑、故县、河口村等干支流水库的防洪库容调节洪水，有效削减超过下游堤防设计标准的洪水。 利用碛口、古贤、小浪底等水库拦沙库容拦减泥沙，大幅度减少进入下游河道的泥沙，减缓河道淤积，降低潼关高程；利用以小浪底、古贤为核心的中游干支流水库联合调水调沙，恢复、塑造并维持下游河道 40005000 立方米每秒的中水河槽，长期减轻下游河道淤积，降低并尽量维持潼关高程。 加快古贤水利枢纽的建设是水沙调控体系的必要基础，也是“洪水资源化”的关键工程之一。 “大水带大沙”与洪水资源化 黄河调水调沙在来水来沙偏小年份，对河道主槽的冲刷作用有所降低，建议枯水年份可以暂停调水调沙。调水调沙应抓住并遵循利用自然规律与趋势而为之，不仅塑造洪11 / 12水洪峰，还应充分利用“中常洪水”挟沙，抓住机会将是更伟大的治黄实践。 水沙调控体系关键之一是中常洪水的利用，也即“洪水资源化”的具体实施，是黄河长治久安的人类历史的宏伟创举。 从黄河水沙的特性来看，黄河下游有“大水带大沙”及“大水出好河”的规律，水沙搭配协调，充分认识并利用自然规律，可能会起到四两拨千斤的作用。所以探讨黄河中常洪水的“洪水资源化”利用，实施大规模调水调沙将有可能使调水调沙事半功倍，小浪底水库减少减缓淤积，遵循自然规律与趋势而为之，充分利用协调“中常洪水”挟沙，并抓住机会将是更伟大的治黄实践。同时，利用滩区洼地临靠大堤的沟道进行人工放淤，标准化堤防的建设使黄河初步形成了“相对地下河” ，滩区放淤将有可能部分河段改变其出现的严重的“