張金良,羅秋實,陳翠霞,安催花

(黃河勘測規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司,河南 鄭州 450003)

黃河水少沙多、水沙關(guān)系不協(xié)調(diào),導(dǎo)致下游河道泥沙淤積。利用黃河中下游干支流骨干水庫組成的洪水泥沙調(diào)控子體系協(xié)調(diào)水沙關(guān)系,是減輕下游河道淤積、保障黃河長治久安、推動黃河流域高質(zhì)量發(fā)展的重要措施[1]。開展黃河中下游水庫群-河道水沙聯(lián)合動態(tài)調(diào)控研究,根據(jù)水庫和下游河道不同的沖淤狀態(tài),動態(tài)優(yōu)化水庫運行方式,充分發(fā)揮水庫群-河道聯(lián)合調(diào)控水沙的優(yōu)勢和潛力,對完善黃河水沙調(diào)控機制具有重要的意義。

黃河中下游水庫群-河道水沙聯(lián)合調(diào)控研究主要包括水庫群水沙時空對接模式、水沙調(diào)控指標(biāo)、水庫調(diào)度方式等,需要統(tǒng)籌考慮來水來沙條件變化、庫區(qū)和河道泥沙沖淤規(guī)律及狀態(tài)、水庫綜合利用效益等,是持續(xù)提升水沙調(diào)控體系運行效果的關(guān)鍵和難點[2-4]。以往圍繞黃河中下游水庫群-河道水沙聯(lián)合調(diào)控開展了諸多研究,如在水庫群水沙時空對接模式方面,創(chuàng)建了調(diào)水調(diào)沙3種基本模式和人工塑造異重流技術(shù)[5-8],開展了古賢、三門峽和小浪底等骨干水沙調(diào)控工程聯(lián)合運用等系列研究[9-11]；在水沙調(diào)控指標(biāo)方面[12-13],從協(xié)調(diào)下游河道水沙關(guān)系、減輕水庫和河道泥沙淤積、恢復(fù)中水河槽規(guī)模等[14-16]角度,利用多種方法研究確定了水沙調(diào)控的流量、歷時、水量和水位指標(biāo)[17]；在水庫調(diào)度方式方面,主要根據(jù)水庫的淤積狀態(tài)劃分水庫運行階段,再確定不同運行階段的調(diào)度方式[18]。以往研究成果應(yīng)用于黃河中游水庫群調(diào)度實踐,在黃河防洪減淤方面取得了很好的效果,小浪底水庫1999年投入運用以來,通過中游水庫群攔沙和調(diào)水調(diào)沙,截至2020年汛前,下游河道累計沖刷量為29.2億t,最小過洪能力由2002年汛前的1 800 m3/s恢復(fù)到5 000 m3/s,減輕了黃河下游防洪壓力。但是當(dāng)前中下游水庫群-河道水沙聯(lián)合調(diào)控研究,對下游河道沖淤狀態(tài)變化考慮不足,當(dāng)河道沖淤狀態(tài)變化較大時,水庫仍采用相同的調(diào)控方式,無法充分發(fā)揮綜合利用效益。當(dāng)前黃河下游適宜的中水河槽規(guī)模已經(jīng)形成,同時伴隨著河床的粗化及沖刷效率的降低,下游河道減淤對水庫調(diào)度的要求應(yīng)由原來的“沖刷恢復(fù)河槽”轉(zhuǎn)向“水庫多排沙、下游河道多輸沙、維持適宜的中水河槽”,當(dāng)河道沖淤狀態(tài)發(fā)生較大變化時,需要動態(tài)優(yōu)化水庫調(diào)控方式。此外,在水沙調(diào)控模擬技術(shù)方面,目前應(yīng)用的黃河流域水庫、河道和河口的水沙數(shù)學(xué)模型,均是單一模型[19-21],水庫水沙調(diào)控未能實時考慮下游河道及河口行洪輸沙需求,無法系統(tǒng)反映水庫調(diào)控與河道行洪輸沙之間的互饋關(guān)系,更無法回答水庫群調(diào)控作用下水庫群-河道水沙聯(lián)合動態(tài)調(diào)控效果。

本文以黃河中游水庫群和下游河道為研究對象,研究水庫群-河道水沙聯(lián)合動態(tài)調(diào)控方法,建立水庫群-河道水沙聯(lián)合動態(tài)調(diào)控互饋指標(biāo)和互饋模式,確立調(diào)控原則和調(diào)控方式,研發(fā)水沙聯(lián)合動態(tài)調(diào)控模擬模型,分析黃河中下游現(xiàn)狀工程調(diào)控效果,為完善黃河水沙調(diào)控機制提供技術(shù)支撐。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)域

黃河干流全長5 464 km,自河源至內(nèi)蒙古托克托縣河口鎮(zhèn)為黃河上游,河口鎮(zhèn)至河南鄭州桃花峪為黃河中游,桃花峪以下至入?？跒辄S河下游。黃河中下游為黃河洪水泥沙的主要來源區(qū),本次研究區(qū)域為黃河中下游,研究對象為三門峽、小浪底、陸渾、故縣及河口村等黃河現(xiàn)狀水沙調(diào)控工程和下游河道。黃河下游全長786 km,由于泥沙淤積,現(xiàn)狀河床普遍高出兩岸地面4～6 m,部分河段達10 m以上,河道平均寬由上段(桃花峪至高村河段)的7.4 km減少到下段(高村以下河段)的2.7 km,平均比降由0.2‰降低到0.1‰。

圖1 研究區(qū)域概況Fig.1 Overview of the study area

1.2 水庫群-河道水沙聯(lián)合動態(tài)調(diào)控方法

1.2.1 聯(lián)合動態(tài)調(diào)控互饋指標(biāo)構(gòu)建

水庫群-河道水沙聯(lián)合動態(tài)調(diào)控首先需建立動態(tài)調(diào)控互饋指標(biāo),反饋水庫群和河道的沖淤狀態(tài),然后根據(jù)沖淤狀態(tài)選擇適宜的調(diào)度方式(或調(diào)控指標(biāo))。黃河下游河道沖淤狀態(tài)指標(biāo)一般包括沖淤量指標(biāo)：總沖淤量、沖淤量空間分布(分河段、灘槽)、時間分布(年、汛期、非汛期)；河道形態(tài)指標(biāo)：平面形態(tài)(彎曲系數(shù))、縱剖面形態(tài)(河道比降)、橫斷面形態(tài)(斷面過水面積、過水寬度、水深)；行洪能力指標(biāo)：全斷面過流能力、最小平灘流量。

沖淤量指標(biāo)直接反應(yīng)河道的沖淤狀態(tài)。表1給出了黃河下游河道沖淤量統(tǒng)計表,可以看出:從沖淤量來看,黃河下游河道善沖善淤,年均沖淤量大,除水庫攔沙期和極端有利水沙條件下河道沖刷外,其他時段河道以淤積為主；從分河段沖淤來看,河段沖淤差異大,淤積時淤積主要發(fā)生在花園口—艾山河段,沖刷時沖刷主要發(fā)生在高村以上河段,高村至艾山河段泥沙易淤不易沖,也是黃河下游輸沙能力最小的卡口河段；從灘槽沖淤分布來看,不同時段灘槽沖淤差異大,且灘槽沖淤差異對平灘流量影響明顯,主槽淤積比大即主槽淤積量占全斷面總淤積量的比例大時平灘流量減小,主槽沖刷或淤積相對少時平灘流量增加。綜合考慮,選擇總沖淤量、高村至艾山河段沖淤量和主槽沖淤量作為河道沖淤狀態(tài)表征備選指標(biāo)。

表1 黃河下游河道沖淤量統(tǒng)計表Table 1 Statistics of erosion and deposition of the lower reaches of the Yellow River

河道形態(tài)指標(biāo)主要反映泥沙沖淤對河道形態(tài)調(diào)整的影響。河道微觀尺度的沖淤變形受河道整治工程、水沙條件、局部河床邊界等多因素影響,異常復(fù)雜,目前的水庫群調(diào)控技術(shù)尚難以實現(xiàn)對河道形態(tài)指標(biāo)的精準(zhǔn)有效控制。因此,河道形態(tài)指標(biāo)不作為水庫群調(diào)度需要考慮的因素。

河道行洪能力指標(biāo)主要包括全斷面過流能力和最小平灘流量,反映泥沙淤積影響,是水庫群調(diào)度需要考慮的因素,可以作為下游河道沖淤狀態(tài)判別備選指標(biāo)。

對總沖淤量(或年均沖淤量)、全斷面過流能力2個備選指標(biāo),考慮全斷面過流能力和河道泥沙總沖淤量密切相關(guān),河道淤積一般都會導(dǎo)致河道過流能力減小,沖刷則會導(dǎo)致河道過流能力增大,為避免重復(fù)選擇,在兩者中選用總沖淤量作為表征指標(biāo)。對主槽沖淤量和最小平灘流量2個指標(biāo),黃河下游河道主槽沖淤量和最小平灘流量的年際變化相關(guān)性較好。鑒于最小平灘流量是評價河道行洪輸沙能力的主要指標(biāo),也是水庫群調(diào)度的重要參考指標(biāo),采用最小平灘流量作為主槽沖淤狀態(tài)表征指標(biāo)。根據(jù)上述分析,最終采用的河道沖淤狀態(tài)判別指標(biāo)包括總沖淤量(或年均沖淤量)、高村至艾山河段沖淤量及最小平灘流量。

水庫沖淤狀態(tài)表征指標(biāo)可采用水庫淤積量表示。三門峽水庫已基本沖淤平衡,可采用計算期內(nèi)的淤積量作為沖淤狀態(tài)反饋指標(biāo)；小浪底水庫可采用水庫運用以來的累計淤積量作為沖淤狀態(tài)反饋指標(biāo)。陸渾、故縣、河口村等支流水庫泥沙淤積問題不嚴(yán)重,可以不反饋沖淤狀態(tài)指標(biāo)。

1.2.2 不同沖淤狀態(tài)下水庫群水沙調(diào)控原則

根據(jù)下游河道治理目標(biāo)和沖淤狀態(tài)不同,將下游河道劃分為沖刷狀態(tài)、平衡狀態(tài)和淤積狀態(tài),分析不同沖淤狀態(tài)下水沙調(diào)控需求,確定調(diào)度原則。當(dāng)黃河下游最小平灘流量Qbi>4 300 m3/s且河道繼續(xù)沖刷,說明河道處于沖刷狀態(tài),為充分發(fā)揮中水河槽行洪輸沙能力,水沙調(diào)控應(yīng)該追求水庫多排沙、下游河道多輸沙,水庫應(yīng)采用較低的排沙水位,利用水庫群-河道聯(lián)合進行泥沙的多年調(diào)節(jié)；當(dāng)3 700 m3/s≤Qbi≤4 300 m3/s,說明河道處于平衡狀態(tài),水沙調(diào)控應(yīng)兼顧水庫河道減淤、維持河道中水河槽規(guī)模,水庫采用適宜的排沙水位,水庫排沙結(jié)束后,盡可能延長出庫大流量過程,維持河道中水河槽規(guī)模；當(dāng)Qbi<3 700 m3/s,或淤積總量大,或高村至艾山河段淤積量大,說明河道處于淤積狀態(tài),水沙調(diào)控應(yīng)以實現(xiàn)河道減淤、恢復(fù)中水河槽規(guī)模為目標(biāo),水庫多攔沙,塑造利于下游河道沖刷的大流量過程,沖刷恢復(fù)中水河槽規(guī)模。

1.2.3 水庫群-河道水沙聯(lián)合動態(tài)調(diào)控互饋模式

根據(jù)淤積狀態(tài)不同,小浪底水庫現(xiàn)狀運行可劃分為攔沙初期、攔沙后期和正常運行期,其中攔沙后期又分為3個階段。不同階段水庫都有相應(yīng)的運行方式,例如當(dāng)前小浪底水庫已累計淤積泥沙32.8億m3,水庫運行處于攔沙后期第一階段,根據(jù)本階段運行方式水庫汛期按照防洪、攔沙和調(diào)水調(diào)沙運行,非汛期按照防斷流、灌溉、供水、發(fā)電要求進行調(diào)節(jié),隨著水庫淤積逐步抬高汛限水位運行。為了實現(xiàn)聯(lián)合動態(tài)調(diào)控,需要進一步根據(jù)水庫河道沖淤狀態(tài)的不同,按照相應(yīng)的水沙調(diào)控原則,制定3種調(diào)控方式。考慮實際調(diào)度過程中,每年汛初、汛末都會對水庫河道的沖淤情況進行統(tǒng)測,并以此作為各類調(diào)度預(yù)案編制的依據(jù),為此水庫群-河道水沙聯(lián)合動態(tài)調(diào)控互饋模式應(yīng)首先在考慮水庫運行階段互饋的基礎(chǔ)上,每年判斷一次河道沖淤狀態(tài),并選擇下一年的運行方式。另外,考慮精準(zhǔn)控制、即時聯(lián)動的需要,還需要逐日反饋河道沖淤狀態(tài),并根據(jù)河道沖淤狀態(tài)及時調(diào)整水庫群調(diào)度指令。水庫群水沙調(diào)控與河道沖淤互饋模式見圖2。

圖2 水庫群-河道水沙聯(lián)合動態(tài)調(diào)控互饋模式Fig.2 Reservoir group regulation and river channel erosion and deposition mutual feed

水庫群調(diào)控方式的主要差別是在汛期7月11日至9月10日期間的運行。以小浪底水庫攔沙后期第一階段為例。現(xiàn)狀水庫運行方式如下:7月11日至9月10日,當(dāng)水庫蓄水加河道來水WKT>13億m3時,水庫泄放花園口站流量(QHYK)3 700 m3/s以上至少5 d的大流量過程；當(dāng)WKT>6億m3且潼關(guān)和三門峽平均流量大于2 600 m3/s時,水庫相機湊泄QHYK3 700 m3/s以上至少5 d大流量過程;當(dāng)WKT<6億m3且預(yù)報入庫流量Qin≥2 600 m3/s、含沙量Sin≥200 kg/m3時,水庫啟動高含沙調(diào)度,即提前2 d預(yù)泄或蓄水至3億m3后按進出庫平衡運用。

聯(lián)合動態(tài)調(diào)控互饋調(diào)度方式如下:下游河道處于沖刷狀態(tài),為充分發(fā)揮下游河道輸沙能力,減輕水庫淤積,當(dāng)Qin≥2 600 m3/s、Sin≥60 kg/m3時,水庫即啟動高含沙調(diào)度,另外連續(xù)2 dQin>2 600 m3/s時水庫啟動降水沖刷指令；下游河道處于平衡狀態(tài),為了在兼顧水庫河道減淤的基礎(chǔ)上,盡可能發(fā)揮下游河道輸沙能力,當(dāng)Qin≥2 600 m3/s、Sin≥60 kg/m3時啟動高含沙調(diào)度；下游河道處于淤積狀態(tài),水庫盡可能攔蓄洪水,多攔沙少排沙,盡快沖刷恢復(fù)河槽。不同沖淤狀態(tài)下小浪底水庫運行方式見表2。

表2 不同沖淤狀態(tài)下小浪底水庫運行方式(7月11日至9月10日)Table 2 Operation mode of Xiaolangdi Reservoir under different erosion and siltation states (July 11 to September 10)

1.2.4 水庫群-河道水沙聯(lián)合動態(tài)調(diào)控模擬模型

水庫群-河道水沙聯(lián)合動態(tài)調(diào)控模擬模型主要包括水庫群調(diào)度模塊和泥沙沖淤計算模塊。

(1)水庫群調(diào)度模塊的主要功能是根據(jù)來水來沙條件以及水庫和下游河道泥沙沖淤狀態(tài)不同,生成水庫群調(diào)度指令,為泥沙沖淤模塊提供水沙計算邊界條件。從精準(zhǔn)控制、即時聯(lián)動的需要考慮,水庫群水沙調(diào)控和河道沖淤互饋應(yīng)逐日反饋水庫、河道沖淤狀態(tài),并根據(jù)沖淤狀態(tài)調(diào)整水庫群調(diào)控方式?？紤]實際調(diào)度過程中無法獲取河道的逐日沖淤情況,應(yīng)每年判斷一次河道沖淤狀態(tài),并選擇下一年的運行方式。水庫群-河道水沙聯(lián)合動態(tài)調(diào)控模擬模型運行流程見圖3，其中Zdam為壩前水位，Sout為水庫出庫含沙量。

圖3 水庫群-河道水沙聯(lián)合動態(tài)調(diào)控模擬模型運行流程Fig.3 Operation process of the calculation model for combined regulation of reservoir and river sediment

(2)泥沙沖淤模塊包括水庫泥沙沖淤和河道泥沙沖淤。模型集成了黃河中下游已建、在建和規(guī)劃建設(shè)的水沙調(diào)控工程。磧口水庫模型模擬范圍為磧口庫區(qū)；古賢水庫模型模擬范圍為磧口壩下—古賢壩址,考慮三川河、屈產(chǎn)河、無定河、清澗河、昕水河、延河等支流匯入；三門峽水庫模型為黃河干流龍門—三門峽壩前、渭河華縣以下,支流汾河、北洛河按點源考慮；小浪底水庫模型為三門峽壩下—小浪底壩前；黃河下游河道模型的模擬范圍為鐵謝—河口,支流伊洛河、沁河按點源考慮。水庫和河道泥沙沖淤均采用一維水動力學(xué)模型,模型原理及基本控制方程見文獻[22]。

采用有限體積法對前述數(shù)學(xué)模型的控制方程進行離散,基于交錯網(wǎng)格的SIMPLE算法處理流量與水位的耦合關(guān)系,求解離散方程時在進口給定流量和含沙量過程,出口給定河口平均潮位,挾沙力公式采用適用于高含沙水流計算的張紅武公式[23]。該模型經(jīng)過黃河小北干流、三門峽水庫、小浪底水庫和黃河下游及河口大量實測資料檢驗[22],能夠準(zhǔn)確反映計算區(qū)域水沙輸移和泥沙沖淤特性。

2 結(jié)果及分析

基于水庫群-河道水沙聯(lián)合動態(tài)調(diào)控方法,以現(xiàn)狀黃河中下游水庫群(主要為干流的三門峽水庫和小浪底水庫[24])為研究對象,分析黃河中下游現(xiàn)狀工程調(diào)控效果,計算起始河道邊界條件為2017年4月。為便于分析水庫群-河道水沙聯(lián)合動態(tài)調(diào)控(考慮水庫群和河道沖淤的互饋,簡稱互饋)與現(xiàn)有技術(shù)(簡稱現(xiàn)狀)的差別,分別計算2種方案下黃河中游水庫沖淤、水庫調(diào)節(jié)對改善下游河道水沙關(guān)系協(xié)調(diào)度的作用和下游河道沖淤的差異。三門峽水庫已達到?jīng)_淤平衡,2種情況下水庫沖淤的差別主要體現(xiàn)在小浪底水庫。水沙關(guān)系協(xié)調(diào)度計算方法見文獻[11],當(dāng)水沙關(guān)系協(xié)調(diào)度大于1,河道呈現(xiàn)淤積狀態(tài),說明水沙關(guān)系不協(xié)調(diào)；當(dāng)水沙關(guān)系協(xié)調(diào)度為0～1,河道呈現(xiàn)沖刷狀態(tài),說明水沙關(guān)系協(xié)調(diào)。

2.1 水沙條件

黃河具有水少沙多、水沙關(guān)系不協(xié)調(diào)、水沙異源、水沙年際變化大且年內(nèi)分配不均、不同地區(qū)泥沙顆粒組成不同等特點。黃河未來水沙量變化既受自然氣候因素的影響,又與流域水利工程、水土保持生態(tài)建設(shè)工程和經(jīng)濟社會發(fā)展等人類活動密切相關(guān)。目前對未來黃河輸沙量的認(rèn)識范圍一般為3億～8億t,具體數(shù)字尚有分歧。本文采用黃河中游干流龍門站、支流渭河華縣站、支流汾河河津站、支流北洛河狀頭站4站合計來沙8億t、6億t、3億t 3種情景方案,分析未來黃河中游水庫及下游河道沖淤變化趨勢。研究采用的水沙系列,從平均水沙量盡可能接近設(shè)計值、系列盡可能連續(xù)的角度考慮,選取1959—2008年共50 a設(shè)計水沙系列循環(huán)1次組成100 a作為8億t、6億t情景方案的水沙代表系列；3億t情景方案,與2000—2013年4站實測沙量3.03億t接近,采用2000—2013年實測14 a系列連續(xù)循環(huán)作為水沙代表系列(見表3)。

表3 黃河中游不同水沙情景方案徑流量和輸沙量特征值Table 3 Runoff and sediment discharge characteristic values of different water and sediment scenarios in the Middle Yellow River

2.2 計算結(jié)果

2.2.1 三門峽水庫庫區(qū)水沙動態(tài)調(diào)控效果

1973年以來三門峽水庫已達到?jīng)_淤平衡。模型計算得到的不同水沙情景下水庫歷年沖淤量變化過程見圖4,可知在現(xiàn)狀水庫運行方式下,未來水庫仍表現(xiàn)為有沖有淤,多年基本沖淤平衡。

圖4 不同水沙情景下三門峽水庫泥沙沖淤計算結(jié)果Fig.4 Calculation results of sediment erosion and deposition of Sanmenxia Reservoir

2.2.2 小浪底水庫庫區(qū)水沙動態(tài)調(diào)控效果

黃河來沙8億t、6億t、3億t情景下小浪底水庫泥沙沖淤變化見圖5。各來沙情景下,現(xiàn)狀方案小浪底水庫攔沙庫容75.50億m3(即98.15億t)淤滿年限分別還有13 a(2030年淤滿)、20 a(2037年淤滿)、43 a(2060年淤滿)?；ヰ伔桨赶?小浪底水庫兼顧水庫及河道減淤,下游河道處于沖刷狀態(tài)時小浪底水庫多排沙,庫區(qū)淤積慢,剩余攔沙庫容淤滿年限分別還有17 a(2034年淤滿)、26 a(2043年淤滿)、52 a(2069年淤滿),比現(xiàn)狀方案分別延長4 a、6 a、9 a。

圖5 小浪底水庫泥沙沖淤計算結(jié)果Fig.5 Calculation results of sediment erosion and deposition of Xiaolangdi Reservoir

2.2.3 黃河下游河道水沙動態(tài)調(diào)控效果

(1)改善黃河下游水沙關(guān)系協(xié)調(diào)度。計算黃河來沙8億t、6億t、3億t情景下,現(xiàn)狀、互饋方案進入黃河下游的小浪底、黑石關(guān)、武陟三站(簡稱小黑武站)的水沙關(guān)系協(xié)調(diào)度,以分析水庫調(diào)控對改善黃河下游水沙關(guān)系的程度,見表4。由表4可知,各來沙情景下,現(xiàn)狀方案小浪底水庫剩余攔沙期內(nèi),通過水庫攔沙和調(diào)水調(diào)沙,平均水沙關(guān)系協(xié)調(diào)度(即各年水沙關(guān)系協(xié)調(diào)度的平均值)分別為1.36、1.22、0.61；互饋方案,水庫剩余攔沙期內(nèi)平均水沙關(guān)系協(xié)調(diào)度為1.28、1.15、0.57,均比現(xiàn)狀方案小。水沙關(guān)系協(xié)調(diào)度越小,說明水沙關(guān)系越趨于協(xié)調(diào),即互饋方案在較長時期內(nèi)改善了進入下游的水沙關(guān)系。水庫進入正常運行期后只有調(diào)水調(diào)沙作用,現(xiàn)狀方案和互饋方案調(diào)控方式相同,相應(yīng)的平均水沙關(guān)系協(xié)調(diào)度相同。

表4 進入黃河下游小黑武站的水沙關(guān)系協(xié)調(diào)度Table 4 Coordination degree of water-sediment relationship entering Xiaoheiwu Station on the Lower Yellow River

(2)下游河道沖淤變化。黃河來沙8億t、6億t、3億t情景下,下游河道泥沙沖淤和平灘流量變化見圖6。各來沙情景下,現(xiàn)狀方案,小浪底水庫淤滿后的50a內(nèi)下游河道年均淤積2.04億t、1.37億t、0.37億t,計算期末最小平灘流量將降低至2 440 m3/s、2 800 m3/s、3 640 m3/s；互饋方案,小浪底水庫攔沙期內(nèi)水庫排沙較多,河道沖刷量小于現(xiàn)狀方案，但由于水庫調(diào)控在較長時期內(nèi)改善了進入下游的水沙關(guān)系,正常運行期下游河道總淤積量小于現(xiàn)狀方案,計算期末最小平灘流量將降低至2 640 m3/s、3 050 m3/s、3 890 m3/s,比現(xiàn)狀方案大200～250 m3/s。

圖6 不同來沙情景下黃河下游河道累計沖淤量和平灘流量變化Fig.6 Cumulative erosion and deposition and changes on bank-full discharge in the Lower Yellow River under different scenarioes

3 結(jié) 論

(1)黃河中下游水庫群-河道水沙聯(lián)合調(diào)控研究,應(yīng)實時考慮下游河道邊界條件變化對水庫調(diào)度的要求,動態(tài)優(yōu)化水庫調(diào)控方式。采用河道總沖淤量、高村至艾山河段沖淤量、最小平灘流量等作為黃河下游河道沖淤狀態(tài)反饋指標(biāo),采用累計沖淤量作為水庫沖淤狀態(tài)反饋指標(biāo)。

(2)制定了不同沖淤狀態(tài)下水庫群水沙調(diào)控原則,當(dāng)黃河下游處于沖刷狀態(tài)時,水庫應(yīng)多排沙,下游河道多輸沙；當(dāng)黃河下游處于平衡狀態(tài),水沙調(diào)控應(yīng)兼顧水庫河道減淤、維持河道中水河槽規(guī)模,水庫排沙結(jié)束后盡可能延長下泄的大流量過程；當(dāng)黃河下游處于淤積狀態(tài)時,水庫應(yīng)多攔沙,塑造利于下游河道沖刷的大流量過程,沖刷恢復(fù)下游河槽。

(3)未來黃河來沙量8億～3億t情景下,水庫群-河道水沙聯(lián)合動態(tài)調(diào)控方法可延長小浪底水庫攔沙年限4～9 a,增大河槽最小平灘流量200～250 m3/s。