劉樹君，董澤亮，張榮鳳

（水利部小浪底水利樞紐管理中心，450000，鄭州）

小浪底水利樞紐首次汛限水位動態(tài)控制試驗效果淺析

劉樹君，董澤亮，張榮鳳

（水利部小浪底水利樞紐管理中心，450000，鄭州）

2016年汛期，基于嚴重偏枯的水情條件，小浪底水利樞紐實施了首次汛限水位動態(tài)控制試驗。采取對比分析的方法，基于實際水沙條件和用水需求，分析實施汛限水位動態(tài)控制運用和模擬常規(guī)運用過程，并將兩次運用過程的成效進行對比分析，說明在水量嚴重偏枯年份，小浪底水利樞紐實施汛限水位動態(tài)控制運用，在可保障防洪安全、不顯著增加水庫淤積前提下，能夠綜合利用上半年水庫蓄水，充分攔蓄汛期洪水，優(yōu)化配置水資源，顯著提高供水、發(fā)電效益，避免了黃河斷流，保障了河流健康生命。

汛限水位動態(tài)控制；來水嚴重偏枯；汛限水位；成效；小浪底水利樞紐

一、基本情況

小浪底水利樞紐（簡稱小浪底樞紐）位于黃河中游最后一段峽谷出口處，控制黃河流域面積的92.3%、徑流量的91.2%、輸沙量的100%；設計庫容126.5億m3（其中淤沙庫容75.5億m3，長期有效庫容 51億 m3）；開發(fā)任務是以防洪（防凌）、減淤為主，兼顧供水、灌溉和發(fā)電，蓄清排渾，除害興利，綜合利用。

小浪底樞紐設計防洪庫容45.5億m3，相應庫水位254 m；在淤沙庫容淤滿前，汛限水位主要按減淤要求控制，汛期采用兩階段汛限水位，7—8月為前汛期，8月 21日向后汛期過渡；9—10月為后汛，10月21日向非汛期過渡。經國家防總批準，從2013年開始，前汛期汛限水位為230 m，后汛期汛限水位為248 m。

截至2016年5月底，小浪底樞紐累計淤積泥沙29.83億m3，剩余庫容96.67億m3，前汛期防洪庫容85.9億m3，后汛期防洪庫容60.04億m3。

2016年上半年黃河來水嚴重偏枯，小浪底樞紐蓄水較少，預測汛期來水依然偏少。為確保下游供水安全，提高水資源綜合效益，經國家防總批準，小浪底樞紐進行了首次汛限水位動態(tài)控制試驗，將前汛期汛限水位由230 m調整至238.5 m，增加調蓄庫容10.49億m3。

本次汛限水位動態(tài)控制試驗僅提升前汛期汛限水位，所以分析時段選取2016年6月29日—9月20日，可滿足精度要求。評估方法是基于實際水沙條件和用水需求，模擬常規(guī)運用過程，并將汛限水位動態(tài)控制運用過程與模擬常規(guī)運用過程進行效益對比分析。

二、水沙條件

1.上半年水情

2016年上半年黃河來水嚴重偏枯，1—6月累計入庫水量57.84億m3，僅多于2003年同期，為小浪底樞紐蓄水運用以來同期第二極枯水年。6月底小浪底庫水位238.29 m，蓄水20.89億m3，汛限水位以上蓄水10.18億m3。

2.汛期水情

2016年7月1日—9月20日，小浪底樞紐累計入庫水量52.07億m3，較歷年平均偏枯 25.52%；7—8月有兩次小的洪水過程，潼關斷面洪峰流量分別為2 360 m3/s和2 350 m3/s。小浪底入庫流量特征值見表1。

表1 小浪底樞紐入庫流量特征值

3.汛期沙情

2016年7月1日—9月20日，小浪底樞紐來沙量主要集中在兩次洪水過程，潼關站最大含沙量分別為63 kg/m3和130 kg/m3，相應小浪底樞紐最大入庫含沙量分別為323 kg/m3和597 kg/m3（三門峽水庫敞泄，持續(xù)時間較短）。入庫沙量特征值見表2。

表2 小浪底樞紐入庫沙量特征值

三、運用過程

1.試驗運用過程

小浪底樞紐取消行汛前調水調沙運用。2016年6月29日小浪底庫水位238.72 m，蓄水21.52億m3。

7月份小浪底樞紐下泄流量維持在1 000 m3/s左右。7月上中旬庫水位緩慢下降，最低降至236.6 m（7月12日）。7月中旬黃河中下游發(fā)生降雨過程，潼關站最大日均流量1 750 m3/s，最大洪峰流量2 360 m3/s（7月20日），小浪底庫水位迅速回升，至7月20日庫水位升至237.24 m。7月21—31日，小浪底入庫流量在896～2 300 m3/s之間，庫水位緩慢上漲，7月底庫水位為238.87 m。

8月上旬，黃河來水偏少，小浪底出庫流量按下游用水需求調整至400 m3/s，庫水位維持在238 m左右。8月中旬，黃河中游發(fā)生降雨過程，潼關站洪峰流量2 350 m3/s。8月 17—23日，小浪底入庫流量在1 000 m3/s左右。因預報后期無較大降雨，且黃河下游引水量較?。ɡ蛞陨弦髁坎蛔?00 m3/s），從8月15日開始，小浪底樞紐向后汛期限制水位過渡，出庫流量減小至300 m3/s，至8月底小浪底庫水位為243.35 m。

9月1—20日小浪底日均入庫流量629 m3/s，出庫流量仍維持300 m3/s，庫水位緩慢上升，至9月20日庫水位為247.24 m。

試驗運用小浪底庫水位、入出庫流量、沙量過程見圖1～3，發(fā)電量過程見圖4。

圖1 小浪底樞紐試驗及常規(guī)運用庫水位過程

圖2 小浪底樞紐試驗及常規(guī)運用入、出庫流量過程

2.模擬常規(guī)運用過程

6月29日—9月20日小浪底入庫流量、沙量過程采用實際值。6月29日小浪底庫水位238.72 m，比前汛期汛限水位高8.72 m。按照原擬定計劃，6月29日—7月8日小浪底樞紐實施汛前調水調沙運用，起始庫水位238.72 m，結束庫水位214.27 m，出庫水量24.63億m3。調水調沙運用分兩個階段：一是小浪底水庫清水下泄階段，小浪底水庫利用蓄水下泄沖刷下游河道，控制花園口斷面平均流量3 000 m3/s左右，當小浪底庫水位降至約215 m時結束；二是三門峽水庫大流量下泄階段，三門峽水庫利用三門峽、萬家寨水庫蓄水，加上河道天然來水人造洪峰，沖刷小浪底水庫淤沙，在小浪底水庫形成異重流排沙，至三門峽水庫蓄水基本排空，小浪底庫水位達到215 m左右，小浪底水庫下泄流量小于800 m3/s時，調水調沙結束。

圖3 小浪底樞紐入庫流量、含沙量過程

圖4 小浪底樞紐試驗及常規(guī)運用發(fā)電量過程

7月8日調水調沙結束后，小浪底樞紐按照蓄水兼顧下游供水需求運用，7月 9—23日出庫流量為 450 m3/s，庫水位緩慢回升至228.68 m；此后至8月20日，出庫流量采用實際值，入出庫水量基本平衡，庫水位維持在228～230 m之間；8月21日起，出庫流量采用實際值 （約300 m3/s），庫水位逐步上漲，至9月20日達到238.73 m，相應蓄水量21.5億m3。

模擬常規(guī)運用小浪底庫水位、入出庫流量、沙量過程見圖1～3，發(fā)電量過程見圖4。

四、排沙分析

1.試驗運用排沙分析

在試驗運用過程中，由于汛期入庫洪水規(guī)模小，水庫充分攔蓄洪水，水庫蓄水量最小為18.45億m3，回水距離較長（超過 90 km），異重流沒有運動到壩前，入庫泥沙全部攔在水庫內。小浪底水庫6月29日—8月20日累計攔截泥沙6 237萬t，至9月20日累計攔截泥沙10 959萬t。

2.模擬常規(guī)運用排沙分析

（1）模擬汛前調水調沙運用排沙分析

分析歷年汛前調水調沙運用可知，小浪底水庫汛前調水調沙異重流排沙主要發(fā)生在第二階段，排沙量與三門峽水庫泄流規(guī)模 （下泄流量、持續(xù)時間、含沙量）及小浪底水庫淤積形態(tài)、銜接庫水位、下泄流量相關。在小浪底水庫淤積形態(tài)基本相同條件下，三門峽水庫泄流規(guī)模越大，小浪底水庫銜接庫水位越低，下泄流量越大，小浪底水庫形成異重流的規(guī)模就越大，排沙量也越大。

本次模擬的汛前調水調沙第二階段與2011年、2012年、2013年汛前調水調沙第二階段比較，小浪底水庫淤積形態(tài)基本相同，三門峽水庫泄流規(guī)模及小浪底水庫銜接庫水位、下泄流量基本相當，所以模擬汛前調水調沙小浪底水庫排沙量參照2011年、2012年、2013年汛限調水調沙排沙量，約為6 000萬t。

模擬汛前調水調沙運用特征值見表3。

表3 小浪底樞紐模擬汛前調水調沙運用過程特征值

（2）模擬常規(guī)運用汛期排沙分析

模擬調水調沙運用后，由于入庫洪水規(guī)模較小，水庫蓄水量較多，回水距離較長，入庫泥沙全部攔在水庫內，小浪底出庫泥沙量為0。

綜合考慮調水調沙及汛期運用，小浪底水庫6月29日—8月20日累計攔截泥沙237萬t，至9月20日累計攔截泥沙4 959萬t。

表4 小浪底樞紐試驗過程和模擬過程效益對比

五、運用效果對比

按照汛限水位動態(tài)控制試驗過程和模擬常規(guī)運用過程分別計算 6月 29日—8月 20日、6月 29日—9月20日綜合效益，并進行分析比較，結果見表4。

六、結 論

研究分析表明，小浪底水利樞紐首次汛限水位動態(tài)控制運用與常規(guī)運用比較，在確保防洪安全的前提下，主汛期相對增加供水10.47億m3，相對增加蓄水14.15億m3，汛期洪水全部資源化利用，對有效應對黃河下游嚴峻的枯水形勢，保障豫、魯兩省抗旱供水和引黃濟冀跨流域調水，避免黃河斷流，維護河流健康生命發(fā)揮了重要作用，并為冬春灌溉供水儲備了水源。截至2016年9月20日，相對增加發(fā)電量3.36億kWh，且在水庫運用周期內，增發(fā)電量將不斷提高；而全年水庫淤積僅為多年平均淤積量的53%，綜合效益顯著，為優(yōu)化小浪底水利樞紐調度運用方式積累了經驗。 ■

責任編輯 張瑜洪

Results of first experiment on dynamic control of flood level in Xiaolangdi Water Complex

Lu Shujun,Dong Zeliang,Zhang Rongfeng

In flood season of 2016,first experiment on dynamic control of flood level had been conducted in Xiaolangdi Water Complex with consideration on severe dry water conditions.Comparative analysis is adopted to evaluate the results of applying dynamic control of flood level and simulate normal operation process in line with actual water and sediment conditions and water demand.Through comparison of two-time operation results it is found that Xiaolangdi Water Complex can play the role of dynamic control of flood level in extremely low water year.On the premise of securing flood safety and no adding of sedimentation,the reservoir can make full use of water stored in the first half of the year and retain floodwater in the flood season,which not only optimizes allocation of water and increases water supply and electric generation,but also prevents dry-up of the Yellow River and safeguards health of the river.

dynamic control of flood level;extreme low of coming water;flood control level;achievements;Xiaolangdi Water Complex

TV87

B

1000-1123（2017）07-0042-03

2017-03-10

劉樹君，教授級高級工程師。