李星瑾　張格鋮　婁書建　王育杰

摘要：為適應(yīng)水沙條件、工程自身及黃河防洪體系的變化，三門峽水庫運(yùn)用方式歷經(jīng)了3次轉(zhuǎn)變，先后進(jìn)行過蓄水?dāng)r沙、滯洪排沙、蓄清排渾及基于蓄清排渾的洪水期敞泄排沙運(yùn)用。通過探索與邊界條件相互適應(yīng)的運(yùn)用方式的實(shí)踐，在水庫運(yùn)用初期造成上游嚴(yán)重淤積的情況下，逐漸消除了不利影響，保持了335m水庫水位下相對穩(wěn)定的防洪庫容，持續(xù)發(fā)揮著水庫的綜合作用。建議三門峽水庫分步開展非汛期水位320m及以上的原型試驗(yàn)，釋放水庫庫容調(diào)蓄能力，以及開展動態(tài)汛限水位、分期汛限水位等試驗(yàn)，進(jìn)一步提高水能利用效率。

關(guān)鍵詞：水位；庫容；汛期；非汛期；三門峽水庫

中圖分類號：TV697.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2017.07.002

三門峽水利樞紐工程是新中國成立之初、百廢待興之際，在急切需要解決黃河水患災(zāi)害問題的情況下，從黃河眾多壩址中選出的水利工程建設(shè)項(xiàng)目，是統(tǒng)籌全國人力物力建設(shè)的一項(xiàng)大型水利工程。在多沙河流上建設(shè)水庫，泥沙處理是決定工程能否長期發(fā)揮作用的主要因素。由于設(shè)計(jì)時(shí)對泥沙問題的認(rèn)識具有局限性，對設(shè)計(jì)方技術(shù)權(quán)威的服從和對水庫來沙減少趨勢的樂觀判斷等，因此三門峽水庫采用了攔沙的泥沙處理思路，水庫運(yùn)用初期即出現(xiàn)了超出預(yù)想的嚴(yán)重泥沙淤積，極大地制約了水庫各項(xiàng)功能的發(fā)揮。為了讓這座因具有優(yōu)良地質(zhì)、地形條件而被寄予厚望的水利工程能夠重新?lián)?fù)起黃河治理中的重要職能，眾多治黃工作者進(jìn)行了多方面的探索，通過不斷的認(rèn)識、實(shí)踐，采用多種途徑使工程設(shè)施及水庫運(yùn)用與邊界條件及需求相適應(yīng)，使工程的綜合效益在設(shè)計(jì)出現(xiàn)重大偏差的條件下得以發(fā)揮。

1初期及改建期的運(yùn)用（1960-1973年）

三門峽水庫1960年9月下閘蓄水后，按最高攔洪水位不超過333.00m的運(yùn)用原則，庫水位持續(xù)上升，至1961年2月9日，水庫最高水位升至332.58m，相應(yīng)庫容為72.3億m³。蓄水的同時(shí)大量泥沙被攔蓄在庫內(nèi)，1960年4月至1962年5月，潼關(guān)以下庫區(qū)淤積了15億m³的泥沙。渭河河口形成“攔門沙”，淤積末端上延，威脅到西安及關(guān)中平原和渭河下游的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全。

1962年3月19日，國務(wù)院決定三門峽水庫運(yùn)用方式由“蓄水?dāng)r沙”改為“防洪排沙”（后改稱“滯洪排沙”）運(yùn)用，汛期12孔閘門全部敞開泄流，水庫只保留防御特大洪水的任務(wù)。

滯洪排沙運(yùn)用后，在因?qū)こ淌欠裨鼋ㄐ沽髋派吃O(shè)施及增建規(guī)模等存在分歧而尚未實(shí)施改建時(shí)，1964年遭遇了罕見的豐水、豐沙年，潼關(guān)站汛期徑流量為437億m³，輸沙量為21.26億t，在開啟當(dāng)時(shí)全部12孔閘門（即現(xiàn)在的12個(gè)深孔）泄洪后，水庫最高滯洪水位仍達(dá)到325.86m，汛期平均水位320.24m，出庫泥沙僅8.31億t，庫區(qū)淤積形勢再次惡化。1964年12月，為解決三門峽水利樞紐工程對泥沙調(diào)節(jié)能力不足的問題，周恩來總理主持召開會議，達(dá)成意見，在“確保下游，確保西安”的原則下，開始實(shí)施“兩洞四管”改建（增建2條隧洞，改建4條原發(fā)電引水鋼管為泄流鋼管，后又稱“一次改建”）。

1968年汛期，“兩洞四管”全部改建完成投運(yùn)，潼關(guān)以下庫區(qū)由淤積轉(zhuǎn)為沖刷。運(yùn)用方式改變及泄流能力增大后的實(shí)際運(yùn)用效果使水庫泥沙處理思路逐漸清晰、統(tǒng)一：由攔沙轉(zhuǎn)為利用水庫對泥沙進(jìn)行適當(dāng)調(diào)控，通過汛期合理流量泄洪排沙，盡可能將來沙輸送入海，使泥沙既不淤積在庫區(qū)，也不淤積在下游河道。

為使泄流規(guī)模滿足調(diào)控泥沙的需求，1969年6月召開了主要研究解決三門峽水利樞紐工程改建（“二次改建”）問題的會議（即“四省會議”），形成了一般洪水時(shí)回水不影響潼關(guān)，壩前水位為315m時(shí)下泄流量達(dá)到10000m³/s的改建意見。至1971年10月，1-8號原施工導(dǎo)流底孔重新打開投運(yùn)，三門峽水庫315m水位下不含機(jī)組的泄量能力已由初期運(yùn)用的3084m³/增加至9059m³/s。

1962年3月至1973年汛后，除防凌及人造洪峰等試驗(yàn)運(yùn)用外，水庫大多數(shù)時(shí)間為敞泄運(yùn)用，有2個(gè)汛期出現(xiàn)流量為10000m³/s以上的洪水，潼關(guān)站洪峰流量分別為12400m³/s（1964年8月14日）和10200m³/s（1971年7月26日）。“二次改建”后，水庫泄流規(guī)模與水沙條件及調(diào)控需求更加適應(yīng)，庫區(qū)發(fā)生強(qiáng)烈沖刷。1973年汛后，潼關(guān)高程由1961年汛后的329.07m降至326.64m，水庫335m水位下的庫容由最低時(shí)的51.1億m³（1967年汛后）增至60.6億m³，扭轉(zhuǎn)了水庫淤積的態(tài)勢。

這一階段，通過改建水庫具備了滿足防洪減淤、水沙調(diào)控需求的泄流能力，通過運(yùn)用實(shí)踐確立了利用水庫調(diào)節(jié)水沙的指導(dǎo)思想，對庫區(qū)沖淤規(guī)律有了一定認(rèn)識，為后期蓄清排渾運(yùn)用奠定了基礎(chǔ)。1960-2015年汛后潼關(guān)高程變化情況見圖1。

2蓄清排渾運(yùn)用（1974-2002年）

1973年汛后，三門峽水庫開始進(jìn)行蓄清排渾運(yùn)用，非汛期入庫含沙量較低，水庫下泄清水，將泥沙調(diào)蓄于庫內(nèi)；汛期利用一定量級的來水，保持一定下泄流量將庫區(qū)泥沙沖刷出庫并輸送入海。這一時(shí)期，水庫非汛期運(yùn)用主要是滿足下游防凌和春灌的需求。每年11-12月進(jìn)行凌前蓄水，用于在上游封河小流量過程時(shí)調(diào)均下泄過程，防止下游出現(xiàn)小流量封河的不利局面；下游封河后，視下游凌情發(fā)展情況進(jìn)行控泄運(yùn)用，削減槽蓄水量，避免“武開河”。3-4月為下游春灌進(jìn)行蓄水。5-6月為下游補(bǔ)水，庫水位逐漸下降過渡至汛期運(yùn)用水位。水庫汛期進(jìn)行防洪、排沙減淤及渾水發(fā)電運(yùn)用。根據(jù)來水來沙條件的不同（見表1），這一時(shí)期可分為兩個(gè)階段。

這一時(shí)段三門峽水庫年平均入庫水量401億m³，與1960-1973年均值接近，總體屬豐水年，有兩個(gè)汛期出現(xiàn)流量為10000m³/s以上的洪水，潼關(guān)站洪峰流量分別為15400m³/s（1977年8月6日）和11100m³/s（1979年8月12日）。防凌、春灌期水庫根據(jù)需要保持320～326m的高水位，1974-2008年非汛期壩前平均水位及不同水位蓄水天數(shù)見表2。

1974-1979年水庫防凌及春灌運(yùn)用水位高，運(yùn)用時(shí)間長，1977年、1979年，水庫非汛期最高水位分別為325.95、324.55m，高于320m的運(yùn)用天數(shù)分別為118、132d。1979年汛后，潼關(guān)高程上升至327.62m，較1973年汛后上升了0.98m?？紤]到減輕庫區(qū)淤積的需要，1980年以后，水庫改進(jìn)運(yùn)用方式，采用凌前少蓄水、春灌低起調(diào)水位運(yùn)用，水庫水位超過320m的運(yùn)用天數(shù)減少，在有利的水沙條件下，潼關(guān)以下庫區(qū)出現(xiàn)沖刷，1985年汛后潼關(guān)高程下降至326.64m。

2.21986-2002年的水庫運(yùn)用

1986年10月，具有多年調(diào)節(jié)性能的龍羊峽水庫下閘蓄水，其轉(zhuǎn)入正常運(yùn)用后的運(yùn)用方式為汛期蓄水，非汛期向下游補(bǔ)水，它的運(yùn)用改變了黃河上游河段來水量及時(shí)問分布。同時(shí)，受用水量增加及下墊面條件變化等多種因素影響，1986-2002年，潼關(guān)站年徑流量大幅減少，特別是汛期徑流量，均值較1974-1985年同期減少了50%以上（見表1）。從1990年起，潼關(guān)站汛期徑流量均小于160億m³（即汛期日均流量小于1500m³/s），1997-2002年連續(xù)6a汛期徑流量小于100億m³。這一時(shí)期，汛期最大洪峰流量8260m³/s（1988年8月7日）。潼關(guān)站1960-2015年徑流量變化情況見圖2，潼關(guān)站1960-2015年輸沙量變化情況見圖3。三門峽水庫汛期來水量大幅度下降，入庫洪水場次減少，可有效用于排沙的水量少，雖然水庫最高水位進(jìn)一步降低，高水位的持續(xù)時(shí)間進(jìn)一步縮短，但是庫區(qū)仍出現(xiàn)了累積性淤積，至2002年汛后潼關(guān)高程上升至328.78m。

“蓄清排渾”運(yùn)用充分利用了水庫非汛期流量小、含沙量小，汛期洪水多、流量大、含沙量大，泥沙集中于洪水期的水沙特性，對不同時(shí)段、不同特性的來水進(jìn)行區(qū)別利用，是多沙河流水庫綜合利用的科學(xué)運(yùn)用方法。潼關(guān)站1960-2015年平均含沙量變化情況見圖4。1973-2002年的運(yùn)用實(shí)踐證明，該運(yùn)用方式下，工程能夠發(fā)揮防洪（凌）、灌溉、排沙減淤、發(fā)電等多目標(biāo)綜合效益。從圖2、圖3、圖4可以看出，潼關(guān)站各年際問非汛期水沙量及含沙量的變幅均遠(yuǎn)小于汛期水沙量及含沙量的變幅，汛期的水沙條件是影響庫區(qū)沖淤的關(guān)鍵因素。

3原型試驗(yàn)運(yùn)用（2003年以后）

小浪底水庫建成投運(yùn)后，三門峽水庫春灌和部分防凌任務(wù)交由小浪底水庫承擔(dān)，水庫運(yùn)用有了調(diào)整的空間。面對變化了的水沙條件，為尋求水庫與水沙更好的協(xié)調(diào)運(yùn)用指標(biāo)，經(jīng)反復(fù)研究討論，水利部決定三門峽水庫2003年進(jìn)行1a原型試驗(yàn)，非汛期控制水位在318m。2004年水庫繼續(xù)進(jìn)行此試驗(yàn)，非汛期控制水位在318m，汛期（洪水期）敞泄，之后水庫一直在此原則下運(yùn)用。

2003-2015年年均來水量及汛期與非汛期水沙量占年水沙量的比值均與1986-2002年接近，水庫入庫沙量大幅度減少（見表1），汛期最大洪峰流量為5800m³/s（2011年9月21日）。2003-2015年，潼關(guān)站汛期累計(jì)輸沙量23.3億t，年累計(jì)輸沙量30.1億t。在原型試驗(yàn)條件下，三門峽水庫汛期累計(jì)出庫沙量35.5億t，年累計(jì)出庫沙量37.8億t，潼關(guān)以下庫區(qū)累計(jì)沖刷沙量7.7億t，2015年汛后潼關(guān)高程為327.63m，較2002年汛后下降了1.15m。

與1986-2002年運(yùn)用時(shí)段相比，原型試驗(yàn)期雖然非汛期最高水位下降，但非汛期平均水位較前期高，就對淤積重心和淤積量的影響而言并無顯著區(qū)別，其運(yùn)用的區(qū)別主要是汛期的運(yùn)用，汛期原型試驗(yàn)運(yùn)用有以下兩個(gè)顯著特點(diǎn)。一是汛期排沙流量級降低，排沙水位下降。小浪底水庫投運(yùn)前，為防止“小水帶大沙”，三門峽水庫排沙運(yùn)用一般選擇流量2500m³/s以上、持續(xù)時(shí)間較長的來水過程：原型試驗(yàn)后，1500m³/s以上的來水過程即可運(yùn)用于排沙，排沙可用水量增加。原型試驗(yàn)開始以前的近10a里，因考慮大流量過程時(shí)庫區(qū)工程安全，故三門峽水庫排沙運(yùn)用期間一般保持庫水位在298.0m左右；從2003年開始，三門峽水庫在汛期（洪水期）敞泄排沙運(yùn)用，充分發(fā)揮工程的泄流能力及低水位泄流設(shè)施的排沙優(yōu)勢。2003-2015年水庫最低日均水位為290.9m，較1994-2002年水庫最低日均水位297.2m下降6.3m，有利于庫區(qū)泥沙的沖刷。二是汛前（初）調(diào)水調(diào)沙的有利作用。以往水庫汛前由非汛期運(yùn)用水位降至汛期運(yùn)用水位時(shí)為單庫運(yùn)行，一般是將水庫蓄水逐步緩慢釋放。汛初調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)及調(diào)水調(diào)沙生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)施后，水庫在后期來水不確定的情況下，利用汛初萬家寨水庫及三門峽水庫自身泄水的水流動能，在庫區(qū)形成有效的溯源和沿程沖刷。2004-2015年汛前（初）調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用期間，三門峽水庫累計(jì)出庫沙量為4.7億t，占同期汛期排沙量的17%。除沖刷出庫一定量的泥沙外，汛初的調(diào)水調(diào)沙還有助于壩前形成調(diào)沙漏斗，即形成有利于后期泥沙輸送的淤積形態(tài)。

原型試驗(yàn)運(yùn)用基于蓄清排渾運(yùn)用，其洪水期敞泄的運(yùn)用原則更加有利于庫區(qū)沖刷，試驗(yàn)期間，在洪水場次較多的年份，庫區(qū)實(shí)現(xiàn)了較大沖刷，如2003年、2012年，汛期的排沙比分別達(dá)到145%、186%，汛后潼關(guān)高程分別較其前一年度下降0.84、0.25m，再次驗(yàn)證了三門峽水庫利用汛期部分時(shí)間仍能排走全部（年內(nèi)）來沙。汛期來水較枯年份，通過調(diào)水調(diào)沙及高效的排沙運(yùn)用，基本保持了年度庫區(qū)沖淤平衡。

從水庫蓄清排渾運(yùn)用以來庫區(qū)沖淤的幾個(gè)指標(biāo)看，335m水位下的庫容由1973年汛后的60.6億m³減小至56.0億m³（2002年），2016年汛后增加至58.2億m³，相當(dāng)于1990年汛后的庫容；汛后潼關(guān)高程由1973年的326.64m上升到最高328.78m（2002年汛后），至2015年汛后下降至327.63m，相當(dāng)于1979年和1994年汛后潼關(guān)高程：潼關(guān)以下庫區(qū)淤積從1973年汛后開始計(jì)算，最多淤積3.64億m³（2002年汛前），至2015年汛后淤積0.94億m³，接近1974年汛后的淤積水平。由這些指標(biāo)可以看出，在蓄清排渾運(yùn)用下，三門峽水庫潼關(guān)以下庫區(qū)沖淤是具有多年可調(diào)節(jié)性的動態(tài)穩(wěn)定平衡，并不是單向淤積的，遇到水沙條件有利的年份，可以實(shí)現(xiàn)對潼關(guān)以下庫區(qū)多年淤積狀態(tài)的調(diào)整。

4水庫運(yùn)用指標(biāo)調(diào)整建議

三門峽水庫原型試驗(yàn)運(yùn)用已近15a，通過汛期（洪水期）的實(shí)時(shí)優(yōu)化運(yùn)用，發(fā)揮低水位泄流孔洞排沙的優(yōu)勢，在實(shí)現(xiàn)潼關(guān)高程下降1～2m目標(biāo)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了水庫防洪防凌、調(diào)水調(diào)沙、發(fā)電等多目標(biāo)的共贏。根據(jù)原型試驗(yàn)及前期運(yùn)行實(shí)踐，我們認(rèn)為現(xiàn)有水沙條件下，水庫運(yùn)用指標(biāo)還可以進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整。

4.1非汛期運(yùn)用指標(biāo)調(diào)整建議

三門峽水庫資料說明長期運(yùn)用水庫，在枯水季抬高水位有充分的潛力。1980-1985年運(yùn)用期間，非汛期最高324m以上的運(yùn)用水位下，實(shí)現(xiàn)了潼關(guān)以下庫區(qū)的沖刷；2003年，利用華西秋雨過程，在前期高水位累積淤積條件下實(shí)現(xiàn)了潼關(guān)高程的大幅下降。這都說明水庫具有對324m運(yùn)用水位下形成的庫區(qū)淤積的調(diào)節(jié)能力。以往及原型試驗(yàn)運(yùn)用實(shí)踐表明，水庫沖淤與汛期洪水條件及水庫洪水期的運(yùn)用有關(guān)。目前，三門峽水庫在318m水位下，回水最遠(yuǎn)在黃淤33斷面（距潼關(guān)33km）以下。有分析認(rèn)為，非汛期庫水位低于320.5m，三門峽水庫運(yùn)用對潼關(guān)河床的淤積基本沒有影響。水庫318-320m水位對應(yīng)庫容為2億m³左右，相當(dāng)于兩個(gè)大（2）型水庫的庫容，是318m水位以下庫容的40%，318～322m水位對應(yīng)庫容為5億m³左右。318m水位以上庫容的啟用，可以在水量調(diào)度、汛前調(diào)水調(diào)沙等運(yùn)用中，增加三門峽水庫的可用水量，對黃河水沙調(diào)度運(yùn)用具有積極作用。另外，支持地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展、改善局地生態(tài)環(huán)境、應(yīng)急調(diào)度等很多時(shí)候需要水庫短時(shí)抬高水位運(yùn)用。因此，建議水庫分步開展非汛期水位320m及以上的原型試驗(yàn)，深化非汛期運(yùn)用水位對水庫沖淤影響的認(rèn)識，釋放水庫庫容調(diào)蓄能力，進(jìn)一步發(fā)揮三門峽水庫在黃河工程體系中的作用。

4.2汛期運(yùn)用指標(biāo)調(diào)整建議

汛期三門峽水庫通過與萬家寨、小浪底水庫等的聯(lián)合運(yùn)用，發(fā)揮工程調(diào)度靈活、排沙高效的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)黃河中下游防洪減淤等多重目標(biāo)，持續(xù)發(fā)揮三門峽水庫在黃河治理中的作用。實(shí)踐證明，在洪水期，根據(jù)入庫洪水水沙特性，進(jìn)行防洪、排沙、發(fā)電運(yùn)用的統(tǒng)籌考慮，可有效保持水庫沖淤平衡及水庫的可持續(xù)運(yùn)行。

三門峽水庫目前汛期平水期305m的控制水位還是始于1969年“四省會議”時(shí)的建議。幾十年來，水文測報(bào)時(shí)效性已大幅提高，洪水預(yù)見期延長，預(yù)報(bào)方法豐富，預(yù)報(bào)精度提高，泄流能力增加，水庫多年運(yùn)用也取得了很多經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合汛期來沙減少及黃河中游洪水具有分期特性的情況，建議開展水庫動態(tài)汛限水位、分期汛限水位等試驗(yàn)，進(jìn)一步提高水能利用效率，更好地發(fā)揮黃河水資源效益。

5結(jié)語

三門峽水庫運(yùn)用以來，經(jīng)歷了曲折的歷程，在工程設(shè)施增建、改建完成后，在蓄清排渾運(yùn)用框架下，水庫運(yùn)用指標(biāo)不斷進(jìn)行著與水沙條件相適應(yīng)、與需求相適應(yīng)的調(diào)整，這是三門峽水庫能夠長期保持有效庫容并實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)的根本。未來，古賢水利樞紐工程的建設(shè)、小浪底水庫轉(zhuǎn)為正常運(yùn)用等，都會給三門峽水庫的運(yùn)用帶來新的要求，水庫還需要不斷改進(jìn)、完善運(yùn)用方式，以科學(xué)應(yīng)對各種變化，持續(xù)發(fā)揮水庫的綜合作用。

[責(zé)任編輯 呂艷梅]