黃河調水調沙對下游山東段的不利影響

黃繼文，宮永波，林 琳，張 欣

(1.山東省水利科學研究院，山東 濟南 250013； 2.山東省水利廳，山東 濟南 250013)

黃河的主要水沙特征是水少沙多、水沙不平衡。由于黃土高原的水土流失，泥沙在黃河下游大量淤積，使河床年平均淤積抬高0.1m[1]。黃河多泥沙的特征在今后相當長的時期內仍將持續，同時由于上、中游生產用水的不斷增長，黃河下游水少沙多的矛盾將趨于嚴重，河床將繼續淤積抬高，影響防洪安全。為解決黃河下游泥沙淤積問題，黃河水利委員會自2002—2009年共進行了9次調水調沙，實現了黃河下游的沖刷，其主河槽河底高程逐年下降，盡管提高了黃河下游山東段的行洪能力，同時對山東省引黃供水和黃河水配置方式帶來了一定影響。

1 黃河調水調沙目標及運行效果

目標：利用小浪底水庫調水調沙，減緩黃河下游河道淤積，能夠在較長的時期內穩定黃河的現行河道，實現河床不抬高。基本原則：根據黃河下游河道的輸沙能力，利用水庫的調節庫容，有計劃地控制水庫的蓄、泄水時間和數量，調整天然水沙過程，使不平衡的水沙過程盡可能協調[1]。

2002—2009年黃河下游共進行了9次調水調沙試驗(其中2004年兩次)，前3次是2002、2003、2004年各一次，后6次(2004—2009年)為調水調沙正式試驗運行。9次調水調沙均實現了下游河道的全線沖刷，下游河道共沖刷泥沙3.56億t，河道主槽最小行洪能力由2002年的1800m3/s提高至2009年的3880m3/s。據統計，9次調水調沙合計入海水量331億m3，合計入海沙量5.75億t[1-4]。

2 調水調沙對黃河山東段的影響

2.1 對山東段防洪的影響

20世紀80年代中期以來，黃河下游來水量偏枯，水少沙多導致下游河道淤積抬高，過流斷面萎縮，主槽過流能力降低，下游河道平灘流量由80年代初期的6000m3/s左右減至1999年小浪底水庫投入運用前的3000m3/s左右[4]。小浪底水庫投入運用后，由于徑流量明顯減小和小浪底水庫的調節作用，下游過流斷面淤積萎縮的局面在短期內并無較大改觀，下游的沖刷僅發展到小浪底水庫以下約200km的夾河灘附近，夾河灘以下河段河槽淤積不僅沒有改善，反而進一步加劇，至2002年，黃河下游最小平灘流量降至1800m3/s。

2002年黃河水利委員會開始了調水調沙試驗，經連續幾年的調水調沙，黃河下游主河槽過流能力得到了一定程度的恢復，最小平灘流量逐年增大，至2009年黃河下游最小平灘流量增至3880m3/s，提高了黃河下游的過流能力。調水調沙后黃河主槽最小平灘流量變化情況見圖1。

圖1 歷次調水調沙后主河槽最小平灘流量變化

2.2 對山東省引黃供水的影響

2.2.1 黃河主槽刷深，同流量閘前水位下降，造成引水困難

受調水調沙影響，黃河山東段主槽下切，對引黃閘引水產生了一定影響，使得山東段引黃閘同流量閘前水位降低，造成引黃閘引水困難。據統計，自黃河調水調沙以來，主要涵閘閘前黃河主槽高程降低幅度在0.9～3.4m之間，引水水位的下降，是影響涵閘引水的最主要原因，主要涵閘閘前黃河主槽河底高程變化見圖2。

圖2 山東省部分引黃閘閘前黃河主槽河底高程變化情況

以山東省最大的引黃灌區聊城位山灌區為例，說明閘前同流量水位的下降情況。與調水調沙前的2001年相比，位山閘前黃河河底高程由原來的38.95m降至38.20m，河底平均沖刷深度達到0.75m；2009年6月6日，黃河孫口水文站流量為380m3/s，位山閘前水位40.60m，比設計狀態黃河380m3/s流量時的閘前水位41.26m下降了0.66m。位山閘調水調沙前后相同大河流量下的閘前水位與引水能力變化情況見圖3。

圖3 位山閘調水調沙前后不同黃河來水流量下閘前水位和可引水流量對比

由圖3可以看出，由于調水調沙后河床下切，同流量水位明顯下降，調水調沙前，位山閘在黃河400m3/s流量時即可達到其引水能力要求240m3/s，而調水調沙后，當黃河大河流量達到1000m3/s時才能達到其引水能力。

調水調沙后與調水調沙前相比，東營市黃河主河槽逐年降低，目前已降低至引黃閘閘底高程，其中勝利閘沖刷最為嚴重，2007年勝利閘閘前河底高程已降至閘底高程以下2.05m(圖4)。

圖4 東營市部分引黃閘河底高程變化與閘底高程對照

根據利津水文站2000—2008年資料，對利津站和鄰近的麻灣、曹店、勝利3座引黃閘調水調沙前后100m3/s流量時水位進行比較，詳見圖5。

圖5 利津站和麻灣、曹店、勝利引黃閘100m3/s時斷面水位過程線

由圖5可以看出，自2002年以后受調水調沙影響，東營市各斷面在100m3/s流量時變化趨勢較明顯，同流量水位逐年下降。

2.2.2 調水調沙期間引起黃河河勢發生變化

調水調沙期間，小浪底水庫的大流量下泄，引起黃河河勢發生變化，黃河主溜遠離引水口門，使閘前引水渠長度增加，造成引水困難，增加了引沙處理負擔。濟寧市陳垓引黃閘調水調沙之前，閘前引水渠長度為480m，2005年4月已經增加到700m，加大了引水難度。濱州市簸箕李引黃閘閘前黃河主溜已緊靠南岸，距引黃閘500m，2005年春引黃閘前淤崗寬度200多米，盡管進行了機械開溝清障，仍在主溜與閘口之間損失30cm水頭。2000年前菏澤市劉莊引黃閘閘前引黃渠長僅有300m左右，2009年初引渠長度增加到3000m，引水條件日趨惡化。

2.2.3 引黃閘可引水量減少，保障程度降低

調水調沙是小浪底水庫及中上游水庫在滿足其運行調度要求的情況下，年內充分蓄水，在汛前集中大流量聯合調度，統一下泄進行調水調沙。在農灌期需水量較大時，小浪底水庫需充分蓄水，控制下泄流量，為調水調沙儲備水量。但由于黃河主槽逐年刷深，同流量下黃河水位下降，特別是中小流量時山東段引黃閘的引水能力降低，為滿足灌區農業用水要求，各引黃閘必須長時間小流量引水。對于靠近引黃閘的上游區域來說，引水流量基本能夠滿足灌區農作物生理需水要求，而對于大型引黃灌區，如位山灌區，由于引水流量減小，引水時間的延長，灌區下游農作物需水得不到及時滿足，錯過最佳灌溉時間，降低了引黃灌區引黃供水的時間保障和及時性，在一定程度上影響了農作物的產量。

近幾年的調水凋沙已對黃河最下游的東營市的引黃供水造成影響。特別是每年2、3、4月份的春灌期.黃河水量較小，而水位更低，出現黃河有水引不出的現象。由于工農業的快速發展，沿黃各地引水量逐年增加，上游來水量在逐年減少。東營市各引黃閘底板高程、閘后渠底高程、設計水位及水位變化情況見表1。

表1 引黃閘高程及特征水位(黃海高程) m

從表1可以看出，自2002年黃河調水調沙以來，引黃閘前水位發生了較大變化，到2008年，在設計工況下，大河實際水位均低于原設計引水位，麻灣閘實際水位比設計水位低0.03m，曹店閘低0.78mm，勝利閘低1.32m，從水位降幅看，麻灣閘降幅最小，與設計水位基本持平，這說明利津站100m3/s流量時，麻灣引黃閘的引水條件最好。考慮到閘前、后渠道淤積情況，對各閘引水能力進行了驗算，分別對應于利津站黃河流量50m3/s、100m3/s、150m3/s、300m3/s等4種情況，驗算情況見表2。

表2 調水調沙后各引黃閘現狀實際引水能力分析 m3/s

從表2中可以看出，在設計流量對應的黃河流量下，現狀引水能力已大大低于原設計能力，麻灣閘引水能力僅為原設計引水能力的25%，曹店閘現狀引水能力僅為原設計能力的20%，勝利閘現狀引水能力不足原設計能力的10%。

目前東營市黃河兩岸已建各類引黃取水口32個(9座引黃涵閘、23處揚水站和泵站)，設計引水能力564.38m3/s，有引黃灌區18個，設計灌溉面積16.4733萬hm2。目前對應黃河最大引水流量100m3/s、150m3/s、200m3/s、300m3/s時的取水能力只有39.2m3/s、50.25m3/s、69.86m3/s、101.17m3/s，分別只有設計能力的6.95 %、8.90%、12.38%、17.93%。

2.2.4 加重了引黃灌區的渠道淤積

a. 由于引水條件惡化加之限量放水造成引黃流量減小，長時間小流量引水，水流速度明顯減慢，閘后渠道淤積嚴重，形成了與小流量運行相適應的復式斷面，累積形成淤積，抬高了渠底高程，使引水更加困難，形成惡性循環。

b. 調水調沙期間因大河流量加大，黃河含沙量增高，引水時引沙量增加，造成渠系淤積。

c. 隨著調水調沙的逐年運行，黃河河底泥沙粗化，加之長期小流量引水，水流挾沙能力降低，加重了引黃渠道淤積。

2.3 調水調沙對山東省黃河水資源配置的影響

目前，山東省沿黃地區引黃供水調度與配置方式主要有兩種，一是灌溉季節直接通過引黃閘引水用于農業灌溉或補源，二是將黃河水引入平原水庫經調蓄后供工農業生產和生活用水[5]。

調水調沙的運行使得黃河下游山東段主槽沖刷明顯，邊灘少量淤積，使得小流量閘前水位下降、閘前引水渠淤積、小流量引水閘后渠道淤積，造成部分引黃閘小流量引水困難，引水能力降低，將影響山東省黃河水資源的調度和配置。

受黃河調水調沙河道沖淤變化影響，直接引水利用這一調度和配置方式將有可能受到限制，保證率可能會有所降低。而利用平原水庫調蓄的調度和配置方式，可根據黃河大河流量和引黃閘引水條件相機引水，調蓄后進行供水，對供水保證率的影響相對較小。因此，調水調沙造成了山東省引黃閘引水條件的改變，為保證引黃供水要求，平原水庫建設和維護將有可能成為今后引黃供水的工作重點。

3 結 語

黃河調水調沙是實現黃河下游防洪減淤的重大戰略舉措，還將長期進行下去，黃河主槽將作如何變化，目前尚無足夠資料分析預測。雖然調水調沙大大提高了黃河下游山東段的行洪能力，但是引黃供水對山東省沿黃地區工農業生產的意義重大，應當未雨綢繆，積極采取措施，減小黃河調水調沙對山東省引黃供水帶來的不利影響，保障山東省引黃供水安全，支撐經濟、社會和生態環境的協調、可持續發展。

[1] 水利部黃河水利委員會.黃河首次調水調沙試驗[M].鄭州：黃河水利出版社，2003.

[2]水利部黃河水利委員會.黃河第二次調水調沙試驗[M].鄭州：黃河水利出版社，2008.

[3]水利部黃河水利委員會.黃河第三次調水調沙試驗[M].鄭州：黃河水利出版社，2008.

[4]水利部黃河水利委員會.黃河調水調沙試驗[M].鄭州：黃河水利出版社，2008.

[5]山東省水利廳.21世紀初期山東省農村水利發展戰略研究[M].濟南：山東省地圖出版社，2006.