三门峡水库在黄河调水调沙体系中的作用

三门峡水库在黄河调水调沙体系中的作用

作者：贾美平 宋喜雷 王育杰 来源：《人民黄河》2017年第07期

摘要：三门峡水库是黄河防洪工程体系的重要组成部分，对黄河中游水沙起着重要的作用。自2002年起，为减少黄河下游河道淤积与恢复河槽的过洪能力，黄河水利委员会组织和开展了以小浪底水库运用为主的黄河调水调沙实践活动，三门峡水库参与了多次黄河调水调沙生产运用，在运用过程中科学制定调度方案，通过对枢纽泄流排沙设施的调节与控制，为小浪底水库调水调沙运用提供所需水沙量。对三门峡水库运用进行的分析表明，三门峡水库运用在黄河调水调沙过程中起着承上启下的作用，能有效控制小浪底水库入库水沙的时空分布过程，有利于小浪底水库库区明流段淤积形态的改善及小浪底水库人工塑造异重流形成与消亡的控制，提升小浪底水库的排沙效率，增加并恢复黄河下游主河槽的过洪能力。同时，有利于三门峡水库自身的排沙减淤与淤积形态的改善。

关键词：调水调沙；排沙；减淤；过洪能力；三门峡水库；黄河

中图分类号：TV697.1；TV882.1 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2017.07.003 1黄河调水调沙概况

黄河是一条多沙河流，来水来沙的特点是水少沙多、水沙关系不协调。1986年以后，随着黄河来水来沙条件恶化，黄河下游河道淤积问题日益突出，主槽淤积抬高，河道行洪能力与主槽输沙能力不断降低，二级“悬河”发展迅速，防洪形势日益严峻。

2002年7月，批复的《黄河近期重点治理开发规划》确定，“拦、排、调、放、挖”是综合处理和利用黄河泥沙的基本方略。其中的“调”就是调水调沙，即在充分利用河道输沙能力的前提下，利用干流水库的可调节库容，对来水来沙进行合理的调节控制，在保证黄河下游防洪安全的前提下，逐步恢复下游主河槽的行洪排沙能力，最大限度地将黄河泥沙输送入海，避免或减少三门峡、小浪底等水库及黄河下游河道淤积。

2001年底小浪底水库主体工程全部完工。自2002年起，黄河水利委员会（以下简称黄委）开始开展以小浪底水库为主的黄河调水调沙，截至2015年已连续组织和开展19次黄河调水调沙。其中：2002年至2004年开展了3次不同模式的调水调沙试验，均取得了成功：自2005年起，黄河调水调沙正式转入生产运行，截至2015年已开展了16次。三门峡水库参与了多次黄河调水调沙生产运用，在运用过程中，科学制定调度方案，通过对枢纽泄流排沙设施的调节与控制，为小浪底水库调水调沙运用提供所需水沙量。通过调水调沙，不同程度地实现了黄河下游河道的冲刷与过洪能力的恢复，同时保持了水库群的长期有效库容，将不协调的水沙关系塑造成协调的水沙过程，充分发挥了水库的排沙能力，提高了下游河道的输沙能力，排沙人海，减少下游河道淤积。

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2三门峡水库在黄河调水调沙中的运用

三门峡水库处于黄河中游下段，位于小浪底水库上游130km处，控制黄河流域面积68.8万km2，占流域总面积的86.5%，控制黄河水量的%、黄河沙量的98%。对黄河中游水沙起着重要的作用，直接控制着小浪底水库入库水沙过程。

三门峡水库的水沙优化调度能人工影响小浪底库区异重流的形成、运行和消亡过程，对小浪底库区泥沙淤积分布形态的改善乃至小浪底出库含沙量过程等有重要影响。

三门峡水库参与了2004年黄河调水调沙试验及2005-2015年的黄河调水调沙各种模式的生产运行。通过万家寨、三门峡、小浪底等水库联合调度，在水库由非汛期转入汛期运用模式之际进行汛前调水调沙，利用万家寨、三门峡来水和小浪底水库自身蓄水在小浪底库区形成异重流并排沙出库：在黄河中游发生洪水、三门峡水库进行敞泄排沙运用的条件下进行汛期调水调沙，可以增加进入小浪底水库的水量和沙量，有利于塑造异重流排沙。

三门峡水库在调水调沙调度中，首先要确保枢纽泄流建筑物27个孔、洞、管（分别是12个深孔、12个底孔、2条隧洞、1根排沙钢管）全部具备运用条件，确保防汛主设备完好。其次根据黄河调水调沙预案及早制定三门峡水库调度方案。根据黄河调水调沙总体进展、上游水库运用情况以及降雨等因素，及时对水库调度方案进行调整完善，提高方性和可操作性。在水库调度过程中，严格控制库水位和出库流量以满足调水调沙需要。 2.1调水调沙前期

根据黄河调水调沙需要，必须有一定的输沙水量作保障，以确保小浪底水库异重流顺利塑造并冲刷下游河道。在调水调沙运用前，一般要求干流上各大水库保持较多蓄水量。 三门峡水库在调水调沙调度运用前，按照黄委调水调沙预案，做好水库精细调度方案，每日进行入库流量滚动预报，同时加强与河南省电力公司的沟通协调，合理安排机组发电泄流，以满足黄河调水调沙运用三门峡水库起调水位及时段控制泄流量等指标要求。

按照黄委制定的调水调沙预案，汛前调水调沙三门峡水库运用有不同模式，起调水位存在较大变化，其中起调水位有313m（2007年）、315m（2005年、2008年、2009年）、316m（2006年）、318m（2004年、2010-2015年）。三门峡水库与上游万家寨水库下泄水流对接的库水位有305m（2006年）、313m（2004年、2005年、2008-2010年）、318m（2012-2015年）等。

万家寨、三门峡水库调水调沙运用前库水位及相应蓄水量情况见表1。 2.2过程中的控泄运用及回蓄

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按照黄委调水调沙方案，三门峡水库在控泄过程中，及时、准确进行泄流孔洞的闸门启闭操作，与小浪底、万家寨水库密切配合，实现了水沙过程的时空精确“对接”，确保了人工塑造异重流试验的成功和目标的实现。

黄河调水调沙开始时小浪底水库加大泄流冲刷下游河道淤积的泥沙，三门峡水库再下泄清水冲刷小浪底库尾的淤积三角洲，最大限度地冲刷淤积泥沙。合理调整三角洲淤积形态，使冲刷泥沙以异重流形式在小浪底库区向坝前运动。然后万家寨水库下泄的大流量过程与三门峡水库泄流过程衔接，继续冲刷三门峡水库非汛期淤积的泥沙，形成高含沙水流，在小浪底库区形成异重流并向坝前推进。

该阶段水库运用按照调水调沙实时调度方案进行，在对水库入库流量进行滚动预报的前提下，利用底孔、隧洞等泄水建筑物按照不同组合方式进行闸门启闭，精确控制实时出库流量过程，控制下泄流量达到泄流指标要求，误差在控制范围内。在实际水库调度中，三门峡水库下泄流量一般由2000m3/s逐步增加至5000m3/s，增水、增峰、增沙效果明显。在水库泄空时进行敞泄运用。

随着入库流量和出库含沙量的减少，关闭枢纽所有泄流孔洞，逐步抬高水库水位，进行回蓄，库水位按汛期正常运用控制。

2004-2015年调水调沙期间三门峡水库入出库水沙特征量统计见表2。 3三门峡水库在调水调沙中的作用 3.1在中游水库群中的承上启下作用

三门峡水库是黄河下游“上拦下排”防洪工程体系的重要组成部分。在小浪底水库建成投运后，黄河水沙体系得到了进一步完善。三门峡水库所处的地理位置，决定了该水库在黄河中游万家寨、三门峡、小浪底等水库联合调水调沙过程中起着承上启下的关键性作用，是“调节器”，可以实现水沙过程精确对接。三门峡与小浪底水库联合运用是塑造水库异重流必不可少的，对调整和改善小浪底库区淤积形态，并实现排沙出库意义重大。 3.2为小浪底水库塑造人工异重流创造条件

小浪底水库排沙方式主要为异重流排沙，三门峡水库下泄的大流量高含沙洪水，不仅可以冲刷小浪底水库库尾淤积三角洲，而且可以在小浪底水库回水区形成异重流，潜入小浪底库底并向坝前推进，此时若适时开启泄流闸门，则泥沙可随异重流排出库外。

三门峡水库下泄大流量过程能为小浪底水库异重流的形成提供水量和沙量，泄流过程影响并决定了小浪底水库的入库、出库水沙过程。据统计，2004-2015年调水调沙期间，小浪底水库异重流排沙比平均达到77%，最大年份达到208%，有效改善了小浪底水库库区淤积形态，减少了小浪底水库淤积。

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3.3减少三门峡水库库区淤积

汛前或汛期洪水期进行调水调沙运用有利于水库排出非汛期淤积在库内的泥沙，尤其汛前调水调沙对库区的减淤作用尤为重要，可有效减轻三门峡水库的淤积，调整库区淤积形态，发挥水库的综合效益。

2004-2015年历次调水调沙期间，三门峡水库入库沙量为2.4885亿t，出库沙量为8.36亿t，水库排沙比为336%。潼关以下库区单次最大冲刷量为2014年的0.4869亿t，单次最小为2011年的0.2570亿t。2004-2015年调水调沙期间三门峡水库排沙情况见表3。 3，4有利于下游河道发生冲刷

2002-2004年三次调水调沙试验进入下游河道总水量为100.41亿m3、总沙量为1.1140亿t，实现了下游主槽全线冲刷，下游河道共冲刷1.4830亿t。2002-2004年三次黄河调水调沙试验相关特征值见表4。

2005年之后的调水调沙生产运行进入下游总水量为616.08亿m3、总沙量为4.8032亿t，人海总沙量为7.2277亿t，下游河道共冲刷2.8166亿t。平滩流量从不足1800m3/s提高到4200m3/s，下游主河槽河底高程平均降低1.85m，实现了下游主槽全线冲刷。2005-2015年黄河历次调水调沙相关特征值见表5。

由表4、表5可以看出，水库联合调水调沙调度有利于小浪底水库自身排沙和黄河下游河道减淤，并取得了良好的效果。在调水调沙过程中，三门峡水库为小浪底水库提供了所需的水沙量，起到了有力的支撑和促进作用。 4结语

（1）通过三门峡水库与万家寨、小浪底等水库的联合调度运用，可以实现对黄河中下游干流水沙过程的有效控制，提高小浪底水库异重流排沙能力，使小浪底水库最大限度地排沙出库，冲刷下游河槽，恢复主河槽的过流能力，河床不抬高。

（2）黄河调水调沙进一步深化了对黄河水沙运动特性和演进规律的认识，在塑造协调水沙关系、水库异重流排沙和水库调度运用方式方面，积累了实践经验。

（3）多沙河流上的水库运用必须通过不断完善水沙体系，塑造协调的水沙关系，合理确定水库运用控制指标，才能使水库保持长期有效库容。 [责任编辑 张华岩]

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