小浪底水库汛期低水位排沙调度实践分析
摘 要
2018年、2019年汛期是黄河多年不遇的丰水年，洪水来源区主要集中在黄河上游，黄委抓住上游来水的有利时机，调度小浪底水库提前预泄，降低库水位，首次实施低水位排沙运用调度，进一步完善了黄河水沙调控模式。
文丨魏向阳 杨会颖
小浪底水库的开发任务是以防洪减淤为主，兼顾供水、灌溉、发电。截至2018年汛前，小浪底库区已淤积泥沙33.3亿立方米，处于拦沙后期第一阶段（淤积量为22亿立方米至42 亿立方米），三角洲顶点高程为222.36米。
当前，黄河下游滩区190万人生产生活发展与黄河防洪安全协调矛盾突出，在不影响小浪底水库长期有效库容和防御大洪水安全的前提下，利用小浪底水库拦沙库容调控洪水以控制下游河道不漫滩，是水库调度面临的现实需求。随着泥沙淤积，水库设计汛限水位254米以下可用于中小洪水防洪的库容逐步减小，对下游滩区的防洪保安能力相应逐步减弱，水库剩余拦沙库容对于兼顾下游滩区防洪十分珍贵，因此减缓小浪底水库拦沙库容淤损是当前水库防洪运用需要考虑的重要问题。
自小浪底水库实施调水调沙以来，全下游发生了明显冲刷，主槽共冲刷21.5亿立方米。全下游河槽粗化明显，水流输沙能力大幅降低，卡口河段过流能力提高至4200立方米每秒（2018年汛前）。在当前河道边界条件下，如何充分利用已经塑造的中水河槽实现水库多排沙，尽可能多地输沙入海，是对水库调度运用的新要求。
自1999年10月小浪底水库投入运用到2018年汛前，黄河中下游共开展了19次调水调沙，调水调沙、塑造异重流排沙出库是水库及下游河道排沙减淤的主要方式。2018年、2019年汛期是黄河多年不遇的丰水年，洪水来源区主要集中在黄河上游，黄委抓住上游来水的有利时机，调度小浪底水库提前预泄，降低库水位，首次实施低水位排沙运用调度，进一步完善了黄河水沙调控模式。
PART1
调度思路及方式
01
调度思路
根据黄河流域汛情和降雨来水预报，结合中长期天气形势预测，以统筹兼顾、泄蓄兼筹、科学调度、全力防控、确保安全为原则，最大限度兼顾减轻河道防洪压力、水库河道减淤和洪水资源利用。
02
调度方式
三门峡水库洪水期以敞泄排沙运用为主，洪水后适时回蓄转入正常防洪运用。
小浪底水库汛初尽可能降低库水位，腾库迎洪，排沙减淤；洪水期合理调控出库流量，确保下游防洪安全，同时利用来水，兼顾水库排沙减淤和下游河道减淤；洪水后先保持较低水位运行，尽可能多排沙、多输沙，并为应对大洪水预留更多防洪库容，后逐步抬高库水位，控制8月20日前库水位不超过汛限水位。后汛期，平水期水库按不超过汛限水位248米运用；洪水期原则上按控制下游滩区不漫滩运用。
PART2
调度过程
01
降雨情况
2018年、2019年汛期，黄河流域暴雨过程频繁，强降雨落区重叠度高，极端性强。
2018年汛期，降雨主要集中在上中游的龙刘（龙羊峡至刘家峡）区间、刘兰（刘家峡至兰州）区间、兰托（兰州至托克托）区间和山陕区间北部；2019年汛期，降雨主要集中在黄河源区、山陕区间、泾渭河与北洛河。
02
入库水沙情况
2018年汛期，黄河潼关水文站径流量265.7亿立方米，较多年均值偏多48.1%，为1984年以来最大水量，列1959年有连续资料以来第10位；输沙量3.42亿吨，较多年均值偏少55%。三门峡水文站径流量241.5亿立方米，较多年均值偏多36.7%；输沙量4.88亿吨，较多年均值偏少42.6%。2019年汛期，黄河潼关水文站径流量257.17亿立方米，输沙量1.39亿吨；三门峡水文站径流量279.84亿立方米，输沙量5.4亿吨。
其中，2018年小浪底水库低水位排沙运行期间，7月3日至7月25日潼关水文站来水量49.31亿立方米，来沙量0.6亿吨；2019年低水位排沙运行期间，7月1日至8月9日潼关水文站来水量87.42亿立方米，来沙量1.22亿吨。两年排沙调度期间潼关日均来水量均超过2亿立方米。
03
水库调度过程
2018年低水位排沙调度。2018年7月，黄河上游发生两场编号洪水，中游发生了入汛以后最大洪水，为应对黄河2018年第一号、二号洪水及中游洪水，小浪底水库提前预泄，实施腾库迎洪，同时联合调度上中游水库群，并充分利用上游来水接力冲刷小浪底库区，形成异重流，根据不同来水来沙条件实施多种孔洞组合，以达到水库、河道排沙减淤、输沙入海的效果，取得明显成效。7月13日和7月25日，小浪底水库两次在沙峰时段将库水位降低至212米左右，最低库水位为211.8米，小浪底最大出库含沙量为369千克每立方米。
2019年低水位排沙调度。2019年小浪底水库低水位泄洪排沙运用具有水位低、排沙时间长、含沙量高、排沙量大的特点。总计运用时间约43天，水位在210米左右运用约12天，最低水位209米。2019年黄河汛期来得早，6月上游唐乃亥水文站发生黄河第一号洪水。为应对上游来水，同时保证7月1日降低库水位至汛限水位，小浪底水库及早预泄，与西霞院水库联合调度，于6月21日起逐级加大下泄流量，7月1日库水位降低至汛限水位235米，至7月10日库水位降至222.29米。为塑造有利水流条件挟沙出库，7月10日至17日压减下泄流量至2800立方米每秒左右控泄。7月15日18时，小浪底出库含沙量达到最大值264千克每立方米。7月20日库水位降至210米左右，至8月1日，小浪底水库按进出库平衡运用。
PART3
调度效果
01
水库排沙效果
2018年、2019年汛期小浪底水库排沙效果显著，2019年、2018年汛期小浪底水库出库沙量分别为水库运用以来汛期排沙量的第一、第二位，2019年汛期小浪底库区首次实现了净冲刷，2018年汛期小浪底库区微淤。
2019年汛期，6月28日至7月30日集中排沙期间，小浪底入库总沙量为1.15亿吨，最大入库含沙量为257千克每立方米，出库总沙量为4.15亿吨，最大出库含沙量为264千克每立方米，排沙比为361%，为小浪底水库历次排沙运用排沙比最大的一次。
2018年汛期，库区淤积三角洲顶点向坝前推进，由汛前的距坝16.39千米变为汛后的距坝7.74千米，向坝前推进了8.65千米，三角洲顶点高程降低了8.49米。
02
下游河道冲淤情况
汛期受小浪底水库低水位排沙运用的影响，小浪底以下河段冲淤变化明显，淤积主要发生在花园口以上河段。经过这两年汛期持续大流量冲刷，下游河道最小平滩流量由 2018年汛前的4200立方米每秒提高至2019年汛后的4350立方米每秒。
2018年汛期，小浪底至利津河段淤积泥沙1.64亿吨。从沿程分布上来看，淤积主要集中在花园口以上河段以及花园口~夹河滩河段，高村~孙口以及泺口~利津也发生了少量淤积。汛期夹河滩、高村、艾山和泺口4个水文站断面发生冲刷，和汛前相比，平滩高程下的断面面积均有不同程度增大，孙口和利津水文站平滩高程下的断面面积变化不明显。根据水文站、水位站同流量水位变化分析，汛期大部分河段的排洪能力没有明显降低，局部河段同流量水位抬升显著，还需要根据河势变化进一步分析。
2019年汛期，小浪底至利津河段共淤积泥沙2.68亿吨，淤积主要发生在花园口以上河段，共淤积泥沙2.31亿吨。根据水文站、水位站同流量水位变化分析，汛期逯村~神堤约40千米的河段同流量水位抬升了0.4米~0.6米，平滩流量减少了约1300立方米每秒，其他河段的平滩流量变化不大。截至2019年汛后，下游平滩流量最小河段在彭楼~艾山之间，最小平滩流量为4350立方米每秒。
03
后期蓄水情况
因上游来水充足，2018年、2019年小浪底水库低水位排沙运用后，均正常回蓄至汛限水位，实现了汛期洪水资源利用，为下游抗旱用水储备了足够水源。
2018年汛末，小浪底水库水位为258.47米，相应蓄量54.52亿立方米。2019年汛末，小浪底水库水位为249.14米，相应蓄量35.03亿立方米。
PART4
结论与建议
2018年、2019年汛期小浪底水库低水位排沙减淤效果显著。2018年小浪底进、出库沙量分别为4.88亿吨、4.66亿吨，排沙比95%，水库总体微淤；2019年进、出库沙量分别为2.8亿吨、5.4亿吨，排沙比193%，水库冲刷2.6亿吨。2019年、2018年汛期小浪底水库出库沙量分别为水库运用以来汛期排沙量的第一、第二位，2019年汛期小浪底库区首次实现了净冲刷。低水位排沙运用调度排沙效率高，是对水库排沙减淤的有益探索。
经过连续两年汛期的长历时大流量冲刷，下游河道卡口河段过流能力进一步提高。2018年、2019年汛期，小浪底至利津河段泥沙淤积量分别为1.64亿吨、2.68亿吨，泥沙淤积主要发生在花园口以上河段，没有对卡口河段平滩流量造成不利影响。经过连续两年汛期大流量、长时间冲刷，卡口河段平滩流量由2018年汛前的4200立方米每秒增大到2019年汛后的4350立方米每秒。
黄河水沙调控工程体系亟待完善。经分析，2018年、2019年小浪底水库低水位排沙调度期间，潼关水文站来水量分别为49.31亿立方米、8942亿立方米，为小浪底水库排沙提供了充足的动能。当前，黄河中下游水沙调控骨干工程仅有万家寨、三门峡水库位于小浪底水库上游，万家寨水库距离远，且汛限水位以下库容仅2.7亿立方米，三门峡水库汛限水位以下库容仅0.5亿立方米，汛期与小浪底水库联合调控水沙能力非常有限。建议加快古贤水库上马步伐，完善黄河中游水沙调控工程体系。
END
文字编辑丨郭旭帆 李晓莹
美术编辑丨毛金晶 返回搜狐，查看更多
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