袁東良 劉煒

摘 要：2018—2020年黃河流域連續(xù)豐水，上游龍羊峽水庫建庫32 a來首次蓄至正常蓄水位，有效存蓄了水資源。小浪底水庫汛期采用低水位運(yùn)行和大流量下泄，使得庫區(qū)泥沙沖刷和淤積形態(tài)調(diào)整，恢復(fù)了部分?jǐn)r沙庫容，首次實(shí)現(xiàn)年際間庫容回升，延長(zhǎng)了水庫使用壽命，并使黃河下游山東河段河槽刷深，卡口河段過洪能力得到提高。

關(guān)鍵詞：科學(xué)調(diào)度;龍羊峽水庫;小浪底水庫;黃河下游

中圖分類號(hào)：TV145;TV147+.5;TV882.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.09.007

引用格式：袁東良，劉煒.“一高一低”科學(xué)調(diào)度與小浪底水庫及下游河道沖刷效果[J].人民黃河，2021，43（9）：38-41.

“One High and One Low” Operation Strategy and the Flushing Effect on

Xiaolangdi Reservoir and the Lower Yellow River

YUAN Dongliang， LIU Wei

（Hydrological Bureau of Yellow River Conservancy Commission， Zhengzhou 450004， China）

Abstract： From 2018 to 2020， there had been three consecutive high flow years in the Yellow River Basin. Longyangxia Reservoir had reached the normal water level for the first time in more than 32 years since it was built， effectively storing water resources. Xiaolangdi Reservoir adopted the low water level operation in flood season and large flow rate discharge， which resulted in the adjustment of sediment scouring and deposition pattern in the reservoir area， and partially reinstated the sediment-blocking storage capacity， which realized the inter-annual storage capacity recovery for the first time， prolonged the service life of the reservoir， deepened the channel of the Lower Yellow River of Shandong reach and increased the flood passing capacity of key reach.

Key words： scientific scheduling; Longyangxia Reservoir; Xiaolangdi Reservoir; Lower Yellow River

黃河防汛的重點(diǎn)、難點(diǎn)在下游，防汛調(diào)度不僅要解決洪水問題，還要處理好泥沙問題。黃河是一條嚴(yán)重缺水的河流，旱澇急轉(zhuǎn)、洪旱交替時(shí)常發(fā)生，而黃河流域的控制性工程建設(shè)嚴(yán)重滯后，僅有龍羊峽、小浪底兩座水庫具有足夠的流域性水資源和洪水調(diào)控能力。小浪底水庫庫容有限，按照設(shè)計(jì)用途，是只調(diào)控大洪水的，入庫流量在8 000 m3/s以下不控泄，來多少放多少。而黃河下游灘區(qū)的上灘流量為4 500 m3/s左右，灘區(qū)還居住有190萬人，調(diào)度起來十分困難。在此背景下，黃河水利委員會(huì)（黃委）提出按“一高一低”調(diào)度思路實(shí)施水沙調(diào)控，“一高”即上游龍羊峽水庫高水位運(yùn)行，攔洪削峰確保防洪安全，在此基礎(chǔ)上，水庫轉(zhuǎn)為以水資源調(diào)度為主;“一低”即小浪底水庫低水位運(yùn)用，既增加防洪庫容、減小下游漫灘概率、保障灘區(qū)防洪安全，又加大對(duì)庫區(qū)淤積泥沙的沖刷，盡可能地多排沙出庫[1]。堅(jiān)持“一高一低”科學(xué)調(diào)度思路3 a來，在黃河上游有效存蓄了水資源，保障了供水安全，在中下游深挖了小浪底水庫的調(diào)度潛力，騰出庫容用于“保灘”調(diào)度，同時(shí)取得了較好的排沙效果。

1 黃河來水及龍羊峽水庫“一高”調(diào)度

黃河上游唐乃亥水文站（龍羊峽水庫入庫站）2000—2020年多年平均徑流量為201億m3，2018—2020年來水較多，年徑流量分別達(dá)到291.5億、310.3億、321.6億m3，居2000年以來前三位，3 a均值超出歷史均值53%。小浪底水文站（小浪底水庫出庫站）2000—2020年多年平均徑流量為261億m3，2018—2020年徑流量分別達(dá)到431.3億、459.2億、473.2億m3，為2000年以來前三位，3 a均值超出歷史均值74%。

2018—2020年龍羊峽水庫入庫流量較大，汛期大流量過程持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。各年最大日平均流量分別為3 350 m3/s（2018年7月14日）、2 800 m3/s（2019年7月4日）、2 850 m3/s（2020年8月23日）。各年6—10月的徑流量分別為216億、225億、234億m3。在豐沛的來水條件下，2018年11月5日9時(shí)，龍羊峽水庫蓄水32 a來首次蓄滿，達(dá)到了正常蓄水位2 600 m，并在2019年、2020年也達(dá)到正常蓄水位并維持了較長(zhǎng)時(shí)間的高水位運(yùn)行。

2 小浪底水庫“一低”調(diào)度

與以往年份相比，小浪底水庫2018—2020年最低水位明顯偏低，且有較長(zhǎng)的低水位運(yùn)行時(shí)間。各年最低日平均庫水位分別為212.44 m（2018年7月13日）、210.10 m（2019年7月24日）、205.43 m（2020年7月25日）。各年庫水位在250 m以下的持續(xù)時(shí)間分別為143、140、126 d。

2018—2020年小浪底水庫大流量下泄的持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，年最大下泄流量逐年增大。各年最大日平均流量分別為3 630 m3/s（2018年7月4日）、4 670 m3/s（2019年6月30日）、5 160 m3/s（2020年6月28日）。各年日平均流量大于2 000 m3/s的天數(shù)分別為60、69、80 d。2020年小浪底水文站最大瞬時(shí)流量達(dá)到5 720 m3/s，出現(xiàn)在6月28日5時(shí)18分，為2000年以來最大流量。

3 小浪底水庫排沙及沖淤變化

小浪底水庫“一低”調(diào)度取得了顯著的排沙效果（見圖1）。2018—2020年，小浪底水庫年出庫泥沙量遠(yuǎn)大于多年平均值，年輸沙量分別為4.64億、5.45億、3.28億t，合計(jì)13.37億t，超過2000—2017年總和（9.99億t）。大量排沙使得水庫攔沙庫容部分恢復(fù)，小浪底水庫自1999年蓄水以來，隨著對(duì)上游來沙的攔蓄，水庫庫容一直呈現(xiàn)逐年減小的趨勢(shì)，但2019年和2020年出現(xiàn)了建庫以來首次年際間庫容回升的情況，2020年汛后庫容恢復(fù)到95.26億m3，接近2016年水平（見圖2），可以認(rèn)為3 a的科學(xué)調(diào)度，延長(zhǎng)了4 a的水庫使用壽命。水庫長(zhǎng)時(shí)間低水位運(yùn)用，使得水庫沖淤的年內(nèi)分配發(fā)生了變化。小浪底水庫的通常淤積模式是汛期發(fā)生大量淤積、非汛期發(fā)生少量沖刷。但在2019年和2020年，均出現(xiàn)了汛期沖刷的情況，沖刷量分別為1.59億、0.59億m3（見圖3）。

干支流沖淤量分布方面，2018年汛前至2020年汛后，小浪底水庫總淤積量為-1.05億m3，其中干流淤積量為-1.95億m3，大多數(shù)支流發(fā)生不同程度的淤積，其中淤積量較大的有大峪河、畛水河、石門溝、白馬河4條支流，合計(jì)淤積量0.63億m3，占全部支流淤積量（0.91億m3）的70%，這4條支流均位于距壩17 km范圍內(nèi)。近壩段支流發(fā)生較大淤積的主要原因是干流水沙倒灌支流后的泥沙沉淀。沖淤量沿程分布方面，2018年汛前至2020年汛后，小浪底水庫干流呈現(xiàn)明顯的上沖下淤形態(tài)，距壩10 km以內(nèi)發(fā)生淤積，淤積量為0.56億m3;10 km以外，除個(gè)別位置發(fā)生少量淤積外，幾乎全線沖刷，淤積量為-2.51億m3（見圖4）。庫區(qū)干流河底高程除近壩段約10 km范圍內(nèi)發(fā)生抬高外，其后沿程均有5～15 m的沖深，最大沖深32.7 m，出現(xiàn)在黃河39斷面（距壩68 km）處，在其上游河段，發(fā)生了劇烈的溯源沖刷，黃河39斷面在起點(diǎn)距442 m處沖刷至1999年自然河道河底（見圖5）。

4 下游河道沖淤變化

4.1 輸沙量差與斷面法沖淤量

根據(jù)小浪底至利津共8個(gè)水文站的輸沙量整編結(jié)果（見表1），2018—2020年小浪底出庫泥沙為13.37億t，利津站輸沙8.84億t，差值為4.53億t。

根據(jù)下游河道統(tǒng)一性淤積測(cè)驗(yàn)的斷面法計(jì)算結(jié)果，2018年4月到2021年4月黃河下游沖淤情況為：小浪底—利津區(qū)間沖淤總量為1.085億m3，小浪底—夾河灘區(qū)間發(fā)生較大淤積，夾河灘以下均為沖刷（見表2）。重點(diǎn)河段西霞院—花園口區(qū)間，除個(gè)別斷面外，幾乎全部表現(xiàn)為淤積?；▓@口—夾河灘區(qū)間，前2/3段以淤積為主，后1/3段發(fā)生少量沖刷。高村—孫口區(qū)間以沖刷為主，孫口—艾山區(qū)間幾乎全部斷面表現(xiàn)為沖刷，此外沖淤強(qiáng)度有明確的沿程衰減趨勢(shì)（見圖6）。

典型斷面沖淤變化以駕部和夏莊為例（見圖7）。駕部斷面位于桃花峪上游約24 km處，為2018—2021年河南河段淤積面積最大的斷面（4 833 m2）。夏莊斷面位于高村下游約33 km處，為2018—2021年山東河段沖刷面積最大的斷面（1 737 m2），從夏莊斷面的變化可以看到典型的中水河槽形成[2-3]。

4.2 沙量平衡

2018—2020年小浪底站與利津站輸沙總量差值為4.53億t，同期小浪底—利津各區(qū)間斷面法沖淤量總計(jì)為1.085億m3，對(duì)應(yīng)沙量估算為1.79億t（容重取1.65 t/m3）。各河段引沙量見表3，3 a總量為0.86億t。另根據(jù)調(diào)查結(jié)果，山東東明河段堤防加固取沙0.08億m3，高村段村民安置建設(shè)抽沙0.78億m3，合計(jì)0.86億m3，按容重1.65 t/m3換算成質(zhì)量約為1.42億t。山東鄄城縣村臺(tái)建設(shè)取沙估算為0.67億m3，按容重2 t/m3換算成質(zhì)量約為0.14億t。以上合計(jì)為4.21億t，與輸沙量差法計(jì)算結(jié)果基本吻合。

輸沙量差法主要是過程監(jiān)測(cè)，而斷面法是結(jié)果監(jiān)測(cè)，綜合兩者結(jié)果及沙量平衡分析，我們認(rèn)為小浪底水庫“一低”調(diào)度策略運(yùn)用3 a來，出庫的13.37億t泥沙，約三分之二（8.84億t）輸送到了利津以下，剩余三分之一由區(qū)間淤積、取水引沙、河道取沙分配，對(duì)黃河下游河道造成的沖淤影響應(yīng)采用河道統(tǒng)一性淤積測(cè)驗(yàn)結(jié)果來評(píng)價(jià)，即上段（小浪底—夾河灘區(qū)間）淤積1.66億m3，折算為2.74億t，下段（夾河灘—利津區(qū)間）沖刷0.57億m3，折算為0.94億t，或者說“淤河南，沖山東”[4-5]。

4.3 下游各站同流量水位變化

2018—2020年黃河下游各水文站3 000 m3/s流量相應(yīng)水位見表4，可以看到除高村站同流量水位略有升高外，其余各站均有所下降，表明長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定大流量，在順直河道上（水文站通常的選址位置）會(huì)造成以沖刷為主的趨勢(shì)性效果。

5 結(jié) 論

在2018—2020年黃河水量偏豐的有利條件下，上游利用龍羊峽水庫多年調(diào)節(jié)庫容，有效存蓄了水資源，保障了供水安全，防止洪旱急轉(zhuǎn)，為下游工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生態(tài)保護(hù)提供了充足水源;對(duì)小浪底水庫采用汛期低水位運(yùn)行和大流量下泄，挖掘水沙調(diào)控潛力，打開了下游防洪調(diào)度空間，為完善水沙調(diào)控體系贏得了時(shí)間，為保障灘區(qū)群眾安全增加了保險(xiǎn)系數(shù)。小浪底水庫在低水位運(yùn)行時(shí)，排沙效果顯著，改變了庫區(qū)淤積形態(tài)，延長(zhǎng)了水庫的使用壽命。持續(xù)的大流量下泄也為黃河下游河道泥沙輸移提供了強(qiáng)勁動(dòng)力，使得山東段主槽沖刷，對(duì)提高下游河道卡口河段過洪能力起到了顯著作用。

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【責(zé)任編輯 張 帥】