水利工程論文-水庫調水調沙發展過程的回顧與瞻望摘要：在小浪底水庫最低泄空水位已經確定的情況下，則水庫前期淤積量越大，水庫的調沙作用應好些。而用小浪底水庫有限的攔沙庫容對無限的來沙總是無出路的，泥沙多年調節的目的是充分利用河道輸沙潛力輸沙，使黃河有限的水資源得到合理的利用，充分發揮水庫的綜合作用。關鍵詞：水庫調水調沙發展回顧與瞻望著名治黃專家王化云在1987出版的“我的治河實踐”一書序言中指出：“調水調沙治河思想雖然處于發展過程中，已有實踐經驗也不完全，但我認為這種思想更科學，更符合黃河的實際情況，未來黃河的治理與開發，很可能由此而有所突破”。正如黃委會主任李國英最近指出的，我們將由傳統治黃進入調水調沙科學治理黃河的新時代。在當前應理清調水調沙思路，明確主攻方向，找出最有效的技術途徑。最早提出水庫調沙設想1，是美國學者葛羅同，薩凡奇在1946年治理黃河初步報告中提出，利用八里胡同水庫控制洪水并發電，壩底設有排沙設備，每年放空排沙一次。下游河道之設計應能承受水庫下泄洪水和泥沙，設計成寬500m，深5m的河道，可輸送含沙量高達20(500kg/m3)的河水。60年代三門峽水庫泥沙問題暴露之后，也有人提出利用小浪底水庫進行泥沙反調節的設想2。由于對河道輸沙規律的認識不斷深入，調水調沙的理論也在不斷地發展與完善。回顧過去的發展過程，不斷總結經驗，有利于充分發揮小浪底水庫的調水調沙作用。一、人造洪峰在河道輸沙公式QsKQM中，m值一般為2，根據這一特點，人們提出利用人造洪峰排沙入海的設想，認為把小流量的水量集中起來，用大流量集中放，可以多輸沙入海。為此1963年曾利用三門峽水庫進行兩次人造洪峰試驗3，結果沖刷效果不好。在沖刷平均流量1477和1870m3/s，最大流量分別為3260和2900m3/s的情況下，沖刷只發展到艾山以上河段，艾山以下河段還發生淤積，從下游河床中沖刷入海1噸泥沙的用水量分別為81m3和58m3，詳見表1。結果表明沿程沖刷過程中含沙量迅速恢復,沖刷速率降低，而發生塌灘展寬對下游河道的沖刷作用并不利。流量小時，還會出現上沖下淤，并且需要耗用大量寶貴的清水資源，才有一定的減淤效果。如在小浪底水庫的規劃設計階段，曾設想在豐水年非汛期相機造峰，平均3年進行一次,用水量40億m3，造峰流量5000m3/s，全下游減淤約0.6億t，平均年減淤0.2億t,用67億m3水量輸1億t沙入海。人造洪峰減淤效果不好的原因，是其依據的河道輸沙公式中沒有考慮上站含沙量的影響。忽略了黃河河道具有多來多排的輸沙特性,不僅全沙如此,屬于造床質的粗泥沙也具有同樣的輸沙特性。考慮上站來沙的影響，河道輸沙公式應為QSKQaS上,流量方次a為1.11.3，遠小于2（含沙量的方次為0.6-1.0，與河槽形態有關，寬淺河段只有0.6-0.8，窄深河段為1.0）。由于今后黃河水資源更加貧乏，這一調水調沙措施將逐漸失去意義。二、“蓄清排渾”在三門峽水庫蓄水運用后庫區淤積嚴重，潼關河床大幅度抬高，嚴重影響渭河。在不改建不行的壓力下，基于黃河泥沙多，在年內分配不均勻，泥沙又主要集中在汛期，非汛期來水較清，及艾山以下河道流量大于3000m3/s，河道輸沙特性呈現“多來多排”基本不淤,提出把非汛期的泥沙調到汛期排,利用非汛期來水含沙量低，蓄水攔沙發電、防凌，并進行水量調節盡可能滿足下游灌溉用水需求3。在汛初降低壩前水位，利用汛期流量大，沖刷能力強，把汛期來沙連同非汛期淤在庫內的泥沙全部排出庫外，達到年內沖淤平衡。三門峽水庫改建后，從1973年開始蓄清排渾運用，利用潼關以下槽庫容進行調沙，因受到潼關高程及庫區條件的限制，不能進行大幅度調節。每年汛初不管來水情況如何，都把運用水位降低，因此經常出現小水排沙，形成小水帶大沙造成黃河下游主槽強烈淤積的不利局面。據1974年1986年的資料統計，有26的泥沙由流量小于2000m3/s排出，而龍羊峽水庫投入運用后，因汛期大量蓄水，自1987-2000年卻有48%的泥沙由流量小于2000m3/s排出。詳見表2。1974-1986年小于2000m3/s出現的天數年均307天，占全年的84%，而1987-2000年小于20003/s出現的天數年均351天，占全年的96%，只有14天流量大于2000m3/s，而前者為58天應當指出蓄清排渾的運用方式，是針對三門峽水庫特定條件下形成的，在推廣應用時應注意其特殊性。三門峽水庫改建成功，說明通過汛期降低壩前水位,可以保持平灘以下的槽庫容。對下游河道的減淤作用在改建時并沒有進行過多的考慮，實際運用結果表明，雖然沒有明顯增加下游河道淤積，但下游河道的減淤效果不理想。隨著龍羊峽等大型水庫投入運用，汛期的基流與洪峰流量均在減小，沖刷能力減弱，三門峽水庫的運用面臨汛期“無水”排沙的新情況，既使是再降低水庫的運用水位，也很難保持庫區沖淤平衡，且利用小流量排沙會使下游河道進一步惡化，對防洪極為不利。由于三門峽水庫蓄清排渾運用方式，是在特殊情況下形成的，其調節能力十分有限，不可能獲得較大的調節庫容和較強的泄空沖刷條件，使出庫的含沙量的增幅受到限制，無法充分利用下游河道可能達到的輸沙能力輸沙入海，使黃河水資源的利用受到限制。三、利用來沙系數SQ與河段排沙比關系調沙45從艾山以上洪峰時段的河段排沙比與流量及三、黑、小來沙系數間的關系可知,在各級來沙系數情況下，流量在5000m3/s6000m3/s時排沙比均最大。而在流量一定時，隨著來沙系數SQ值的增大，河段的排沙比逐漸降低。在流量為5000m3/s6000m3/s時，若來沙系數在0.03時(含沙量150kg/m3180kg/m3)，三門峽至艾山河段的排沙比只有50多；當來沙系數減為0.008(含沙量40kg/m350kg/m3)時,河段的排沙比達120；在來沙系數約為0.01時,河段的排沙比為100。從黃河下游河道應保持“微沖微淤”狀態出發，有人提出把泥沙調成來沙系數為0.01左右輸送的設想。其實河段排沙比為100，只說明進出河段的沙量平衡,并不能說明泥沙在斷面上沖淤情況。在黃河下游不論含沙量高低，洪水漫灘后均會造成灘地淤積,含沙量越高淤積越嚴重,但主槽往往會產生強烈沖刷。河段排沙比為100,只說明灘地淤積量與主槽的沖刷量相等。并不表示河流輸沙的力學關系，只表示不同的水沙搭配時,河段灘地淤積量與主槽沖刷量間的比例。以河段排沙比100作為控制條件進行泥沙調節，要提高排沙水流含沙量只有增大流量，流量增加漫灘后又使河道排沙比降低，因此，不會取得顯著的減淤效果。造成上述SQ與河段排沙比之間的特有規律，主要是洪水漫灘的結果，若能控制水流在窄深主槽中