賈美平　宋喜雷　王育杰

摘要：三門峽水庫(kù)是黃河防洪工程體系的重要組成部分，對(duì)黃河中游水沙起著重要的調(diào)控作用。自2002年起，為減少黃河下游河道淤積與恢復(fù)河槽的過(guò)洪能力，黃河水利委員會(huì)組織和開展了以小浪底水庫(kù)運(yùn)用為主的黃河調(diào)水調(diào)沙實(shí)踐活動(dòng)，三門峽水庫(kù)參與了多次黃河調(diào)水調(diào)沙生產(chǎn)運(yùn)用，在運(yùn)用過(guò)程中科學(xué)制定調(diào)度方案，通過(guò)對(duì)樞紐泄流排沙設(shè)施的調(diào)節(jié)與控制，為小浪底水庫(kù)調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用提供所需水沙量。對(duì)三門峽水庫(kù)運(yùn)用進(jìn)行的分析表明，三門峽水庫(kù)運(yùn)用在黃河調(diào)水調(diào)沙過(guò)程中起著承上啟下的作用，能有效控制小浪底水庫(kù)入庫(kù)水沙的時(shí)空分布過(guò)程，有利于小浪底水庫(kù)庫(kù)區(qū)明流段淤積形態(tài)的改善及小浪底水庫(kù)人工塑造異重流形成與消亡的控制，提升小浪底水庫(kù)的排沙效率，增加并恢復(fù)黃河下游主河槽的過(guò)洪能力。同時(shí)，有利于三門峽水庫(kù)自身的排沙減淤與淤積形態(tài)的改善。

關(guān)鍵詞：調(diào)水調(diào)沙；排沙；減淤；過(guò)洪能力；三門峽水庫(kù)；黃河

中圖分類號(hào)：TV697.1；TV882.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2017.07.003

1黃河調(diào)水調(diào)沙概況

黃河是一條多沙河流，來(lái)水來(lái)沙的特點(diǎn)是水少沙多、水沙關(guān)系不協(xié)調(diào)。1986年以后，隨著黃河來(lái)水來(lái)沙條件惡化，黃河下游河道淤積問(wèn)題日益突出，主槽淤積抬高，河道行洪能力與主槽輸沙能力不斷降低，二級(jí)“懸河”發(fā)展迅速，防洪形勢(shì)日益嚴(yán)峻。

2002年7月，國(guó)務(wù)院批復(fù)的《黃河近期重點(diǎn)治理開發(fā)規(guī)劃》確定，“攔、排、調(diào)、放、挖”是綜合處理和利用黃河泥沙的基本方略。其中的“調(diào)”就是調(diào)水調(diào)沙，即在充分利用河道輸沙能力的前提下，利用干流水庫(kù)的可調(diào)節(jié)庫(kù)容，對(duì)來(lái)水來(lái)沙進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)控制，在保證黃河下游防洪安全的前提下，逐步恢復(fù)下游主河槽的行洪排沙能力，最大限度地將黃河泥沙輸送入海，避免或減少三門峽、小浪底等水庫(kù)及黃河下游河道淤積。

2001年底小浪底水庫(kù)主體工程全部完工。自2002年起，黃河水利委員會(huì)（以下簡(jiǎn)稱黃委）開始開展以小浪底水庫(kù)為主的黃河調(diào)水調(diào)沙，截至2015年已連續(xù)組織和開展19次黃河調(diào)水調(diào)沙。其中：2002年至2004年開展了3次不同模式的調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)，均取得了成功：自2005年起，黃河調(diào)水調(diào)沙正式轉(zhuǎn)入生產(chǎn)運(yùn)行，截至2015年已開展了16次。三門峽水庫(kù)參與了多次黃河調(diào)水調(diào)沙生產(chǎn)運(yùn)用，在運(yùn)用過(guò)程中，科學(xué)制定調(diào)度方案，通過(guò)對(duì)樞紐泄流排沙設(shè)施的調(diào)節(jié)與控制，為小浪底水庫(kù)調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用提供所需水沙量。通過(guò)調(diào)水調(diào)沙，不同程度地實(shí)現(xiàn)了黃河下游河道的沖刷與過(guò)洪能力的恢復(fù)，同時(shí)保持了水庫(kù)群的長(zhǎng)期有效庫(kù)容，將不協(xié)調(diào)的水沙關(guān)系塑造成協(xié)調(diào)的水沙過(guò)程，充分發(fā)揮了水庫(kù)的排沙能力，提高了下游河道的輸沙能力，排沙人海，減少下游河道淤積。

2三門峽水庫(kù)在黃河調(diào)水調(diào)沙中的運(yùn)用

三門峽水庫(kù)處于黃河中游下段，位于小浪底水庫(kù)上游130km處，控制黃河流域面積68.8萬(wàn)km²，占流域總面積的86.5%，控制黃河水量的89%、黃河沙量的98%。對(duì)黃河中游水沙起著重要的調(diào)控作用，直接控制著小浪底水庫(kù)入庫(kù)水沙過(guò)程。

三門峽水庫(kù)的水沙優(yōu)化調(diào)度能人工影響小浪底庫(kù)區(qū)異重流的形成、運(yùn)行和消亡過(guò)程，對(duì)小浪底庫(kù)區(qū)泥沙淤積分布形態(tài)的改善乃至小浪底出庫(kù)含沙量過(guò)程等有重要影響。

三門峽水庫(kù)參與了2004年黃河調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)及2005-2015年的黃河調(diào)水調(diào)沙各種模式的生產(chǎn)運(yùn)行。通過(guò)萬(wàn)家寨、三門峽、小浪底等水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度，在水庫(kù)由非汛期轉(zhuǎn)入汛期運(yùn)用模式之際進(jìn)行汛前調(diào)水調(diào)沙，利用萬(wàn)家寨、三門峽來(lái)水和小浪底水庫(kù)自身蓄水在小浪底庫(kù)區(qū)形成異重流并排沙出庫(kù)：在黃河中游發(fā)生洪水、三門峽水庫(kù)進(jìn)行敞泄排沙運(yùn)用的條件下進(jìn)行汛期調(diào)水調(diào)沙，可以增加進(jìn)入小浪底水庫(kù)的水量和沙量，有利于塑造異重流排沙。

三門峽水庫(kù)在調(diào)水調(diào)沙調(diào)度中，首先要確保樞紐泄流建筑物27個(gè)孔、洞、管（分別是12個(gè)深孔、12個(gè)底孔、2條隧洞、1根排沙鋼管）全部具備運(yùn)用條件，確保防汛主設(shè)備完好。其次根據(jù)黃河調(diào)水調(diào)沙預(yù)案及早制定三門峽水庫(kù)調(diào)度方案。根據(jù)黃河調(diào)水調(diào)沙總體進(jìn)展、上游水庫(kù)運(yùn)用情況以及降雨等因素，及時(shí)對(duì)水庫(kù)調(diào)度方案進(jìn)行調(diào)整完善，提高方案的準(zhǔn)確性和可操作性。在水庫(kù)調(diào)度過(guò)程中，嚴(yán)格控制庫(kù)水位和出庫(kù)流量以滿足調(diào)水調(diào)沙需要。

2.1調(diào)水調(diào)沙前期

根據(jù)黃河調(diào)水調(diào)沙需要，必須有一定的輸沙水量作保障，以確保小浪底水庫(kù)異重流順利塑造并沖刷下游河道。在調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用前，一般要求干流上各大水庫(kù)保持較多蓄水量。

三門峽水庫(kù)在調(diào)水調(diào)沙調(diào)度運(yùn)用前，按照黃委調(diào)水調(diào)沙預(yù)案，做好水庫(kù)精細(xì)調(diào)度方案，每日進(jìn)行入庫(kù)流量滾動(dòng)預(yù)報(bào)，同時(shí)加強(qiáng)與河南省電力公司的溝通協(xié)調(diào)，合理安排機(jī)組發(fā)電泄流，以滿足黃河調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用三門峽水庫(kù)起調(diào)水位及時(shí)段控制泄流量等指標(biāo)要求。

按照黃委制定的調(diào)水調(diào)沙預(yù)案，汛前調(diào)水調(diào)沙三門峽水庫(kù)運(yùn)用有不同模式，起調(diào)水位存在較大變化，其中起調(diào)水位有313m（2007年）、315m（2005年、2008年、2009年）、316m（2006年）、318m（2004年、2010-2015年）。三門峽水庫(kù)與上游萬(wàn)家寨水庫(kù)下泄水流對(duì)接的庫(kù)水位有305m（2006年）、313m（2004年、2005年、2008-2010年）、318m（2012-2015年）等。

萬(wàn)家寨、三門峽水庫(kù)調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用前庫(kù)水位及相應(yīng)蓄水量情況見表1。

2.2過(guò)程中的控泄運(yùn)用及回蓄

按照黃委調(diào)水調(diào)沙方案，三門峽水庫(kù)在控泄過(guò)程中，及時(shí)、準(zhǔn)確進(jìn)行泄流孔洞的閘門啟閉操作，與小浪底、萬(wàn)家寨水庫(kù)密切配合，實(shí)現(xiàn)了水沙過(guò)程的時(shí)空精確“對(duì)接”，確保了人工塑造異重流試驗(yàn)的成功和調(diào)控目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

黃河調(diào)水調(diào)沙開始時(shí)小浪底水庫(kù)加大泄流沖刷下游河道淤積的泥沙，三門峽水庫(kù)再下泄清水沖刷小浪底庫(kù)尾的淤積三角洲，最大限度地沖刷淤積泥沙。合理調(diào)整三角洲淤積形態(tài)，使沖刷泥沙以異重流形式在小浪底庫(kù)區(qū)向壩前運(yùn)動(dòng)。然后萬(wàn)家寨水庫(kù)下泄的大流量過(guò)程與三門峽水庫(kù)泄流過(guò)程銜接，繼續(xù)沖刷三門峽水庫(kù)非汛期淤積的泥沙，形成高含沙水流，在小浪底庫(kù)區(qū)形成異重流并向壩前推進(jìn)。

該階段水庫(kù)運(yùn)用按照調(diào)水調(diào)沙實(shí)時(shí)調(diào)度方案進(jìn)行，在對(duì)水庫(kù)入庫(kù)流量進(jìn)行滾動(dòng)預(yù)報(bào)的前提下，利用底孔、隧洞等泄水建筑物按照不同組合方式進(jìn)行閘門啟閉，精確控制實(shí)時(shí)出庫(kù)流量過(guò)程，控制下泄流量達(dá)到泄流指標(biāo)要求，誤差在控制范圍內(nèi)。在實(shí)際水庫(kù)調(diào)度中，三門峽水庫(kù)下泄流量一般由2000m³/s逐步增加至5000m³/s，增水、增峰、增沙效果明顯。在水庫(kù)泄空時(shí)進(jìn)行敞泄運(yùn)用。

隨著入庫(kù)流量和出庫(kù)含沙量的減少，關(guān)閉樞紐所有泄流孔洞，逐步抬高水庫(kù)水位，進(jìn)行回蓄，庫(kù)水位按汛期正常運(yùn)用控制。

2004-2015年調(diào)水調(diào)沙期間三門峽水庫(kù)入出庫(kù)水沙特征量統(tǒng)計(jì)見表2。

3三門峽水庫(kù)在調(diào)水調(diào)沙中的作用

3.1在中游水庫(kù)群中的承上啟下作用

三門峽水庫(kù)是黃河下游“上攔下排”防洪工程體系的重要組成部分。在小浪底水庫(kù)建成投運(yùn)后，黃河水沙調(diào)控體系得到了進(jìn)一步完善。三門峽水庫(kù)所處的地理位置，決定了該水庫(kù)在黃河中游萬(wàn)家寨、三門峽、小浪底等水庫(kù)聯(lián)合調(diào)水調(diào)沙過(guò)程中起著承上啟下的關(guān)鍵性作用，是“調(diào)節(jié)器”，可以實(shí)現(xiàn)水沙過(guò)程精確對(duì)接。三門峽與小浪底水庫(kù)聯(lián)合運(yùn)用是塑造水庫(kù)異重流必不可少的，對(duì)調(diào)整和改善小浪底庫(kù)區(qū)淤積形態(tài)，并實(shí)現(xiàn)排沙出庫(kù)意義重大。

3.2為小浪底水庫(kù)塑造人工異重流創(chuàng)造條件

小浪底水庫(kù)排沙方式主要為異重流排沙，三門峽水庫(kù)下泄的大流量高含沙洪水，不僅可以沖刷小浪底水庫(kù)庫(kù)尾淤積三角洲，而且可以在小浪底水庫(kù)回水區(qū)形成異重流，潛入小浪底庫(kù)底并向壩前推進(jìn)，此時(shí)若適時(shí)開啟泄流閘門，則泥沙可隨異重流排出庫(kù)外。

三門峽水庫(kù)下泄大流量過(guò)程能為小浪底水庫(kù)異重流的形成提供水量和沙量，泄流過(guò)程影響并決定了小浪底水庫(kù)的入庫(kù)、出庫(kù)水沙過(guò)程。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2004-2015年調(diào)水調(diào)沙期間，小浪底水庫(kù)異重流排沙比平均達(dá)到77%，最大年份達(dá)到208%，有效改善了小浪底水庫(kù)庫(kù)區(qū)淤積形態(tài)，減少了小浪底水庫(kù)淤積。

3.3減少三門峽水庫(kù)庫(kù)區(qū)淤積

汛前或汛期洪水期進(jìn)行調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用有利于水庫(kù)排出非汛期淤積在庫(kù)內(nèi)的泥沙，尤其汛前調(diào)水調(diào)沙對(duì)庫(kù)區(qū)的減淤作用尤為重要，可有效減輕三門峽水庫(kù)的淤積，調(diào)整庫(kù)區(qū)淤積形態(tài)，發(fā)揮水庫(kù)的綜合效益。

2004-2015年歷次調(diào)水調(diào)沙期間，三門峽水庫(kù)入庫(kù)沙量為2.4885億t，出庫(kù)沙量為8.3546億t，水庫(kù)排沙比為336%。潼關(guān)以下庫(kù)區(qū)單次最大沖刷量為2014年的0.4869億t，單次最小為2011年的0.2570億t。2004-2015年調(diào)水調(diào)沙期間三門峽水庫(kù)排沙情況見表3。

3，4有利于下游河道發(fā)生沖刷

2002-2004年三次調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)進(jìn)入下游河道總水量為100.41億m³、總沙量為1.1140億t，實(shí)現(xiàn)了下游主槽全線沖刷，下游河道共沖刷1.4830億t。2002-2004年三次黃河調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)相關(guān)特征值見表4。

2005年之后的調(diào)水調(diào)沙生產(chǎn)運(yùn)行進(jìn)入下游總水量為616.08億m³、總沙量為4.8032億t，人海總沙量為7.2277億t，下游河道共沖刷2.8166億t。平灘流量從不足1800m³/s提高到4200m³/s，下游主河槽河底高程平均降低1.85m，實(shí)現(xiàn)了下游主槽全線沖刷。2005-2015年黃河歷次調(diào)水調(diào)沙相關(guān)特征值見表5。

由表4、表5可以看出，水庫(kù)聯(lián)合調(diào)水調(diào)沙調(diào)度有利于小浪底水庫(kù)自身排沙和黃河下游河道減淤，并取得了良好的效果。在調(diào)水調(diào)沙過(guò)程中，三門峽水庫(kù)為小浪底水庫(kù)提供了所需的水沙量，起到了有力的支撐和促進(jìn)作用。

4結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)三門峽水庫(kù)與萬(wàn)家寨、小浪底等水庫(kù)的聯(lián)合調(diào)度運(yùn)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)黃河中下游干流水沙過(guò)程的有效控制，提高小浪底水庫(kù)異重流排沙能力，使小浪底水庫(kù)最大限度地排沙出庫(kù)，沖刷下游河槽，恢復(fù)主河槽的過(guò)流能力，河床不抬高。

（2）黃河調(diào)水調(diào)沙進(jìn)一步深化了對(duì)黃河水沙運(yùn)動(dòng)特性和演進(jìn)規(guī)律的認(rèn)識(shí)，在塑造協(xié)調(diào)水沙關(guān)系、水庫(kù)異重流排沙和水庫(kù)調(diào)度運(yùn)用方式方面，積累了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

（3）多沙河流上的水庫(kù)運(yùn)用必須通過(guò)不斷完善水沙調(diào)控體系，塑造協(xié)調(diào)的水沙關(guān)系，合理確定水庫(kù)運(yùn)用控制指標(biāo)，才能使水庫(kù)保持長(zhǎng)期有效庫(kù)容。

[責(zé)任編輯 張華巖]