東莊、古賢水庫聯合調度對潼關及渭河下游的影響

楊蒨，石長偉，張冰潔，趙敏歌

(⒈中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川成都610072；⒉陜西省江河水庫管局，陜西西安710018；⒊陜西省河流工程技術研究中心，陜西西安710018)

東莊、古賢水庫聯合調度對潼關及渭河下游的影響

楊蒨1，石長偉2，3，張冰潔2，3，趙敏歌2，3

(⒈中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川成都610072；⒉陜西省江河水庫管局，陜西西安710018；⒊陜西省河流工程技術研究中心，陜西西安710018)

通過對古賢、東莊水庫方式分析及防洪作用基礎上提出兩座水庫聯合調度初步運用方案，并對該方案對潼關高程與渭河下游的影響進行分析，結果表明：兩庫在確定聯合調度方案運用時，必將加快潼關高程穩定下降的進程，潼關高程能夠下降2 m左右并保持穩定，渭南、華縣的水位因此將降低約1.3 m、1.5 m左右；河道縱剖面的調整，會有利于渭河下游平槽過洪能力的恢復增大，渭河下游穩定3000 m3/s平槽流量可能會提前出現并有所突破，將改善河槽的行洪輸沙條件；水沙和河道條件的改善，會明顯有利于匯流區和渭河口的河勢穩定；古賢水庫、東莊水庫聯合調度對潼關高程控制與渭河下游減淤治理具有重要的作用。

水庫；聯合調度；潼關高程；渭河下游

1 古賢水庫的運用方式及防洪減淤作用

古賢水利樞紐工程位于黃河北干流下段[1]，上距磧口壩址235.4 km，距吳堡水文站202.8 km，下距壺口瀑布10.1 km，距龍門水文站72.5 km。控制流域面積489948 km2，占三門峽水庫控制流域面積的71.0%。其開發任務是防洪、減淤、灌溉供水、發電等綜合利用。水庫正常蓄水位645m，死水位598m，總庫容165.57億m3，有效庫容47.76億m3，攔沙庫容118.2億m3。

1.1 古賢水庫運用方式

古賢水庫運用初期采用一次抬高水位運用的高水位運用方式；水庫運用分為三個階段：第一階段為水庫攔沙調水調沙階段；第二階段為水庫淤灘刷槽階段；第三階段為蓄清排渾、調水調沙運用。

調水調沙方式：①7月上半月：6月底水庫預留6億m3蓄水量，于7月上半月均勻泄放，供下游抗旱灌溉。②7月下半月至9月底：水庫進行調水調沙，盡可能下泄2000 m3/s～5000 m3/s的中水流量，利用大水沖刷排沙，發揮下游河道輸沙能力，提高輸沙效果，降低潼關高程，減少下游河道淤積；避免600 m3/s~2000 m3/s平水流量下泄，減少下游河道淤積；入庫流量小于400 m3/s，補水使出庫流量等于400 m3/s，入庫流量400 m3/s~600 m3/s，出庫流量按入庫流量下泄，以滿足壺口瀑布景觀和電站發電要求；保持水庫調蓄水量不大于5億m3，增加大水流量連續出現機遇，沖刷潼關斷面和龍潼河段，和小浪底聯合運用減輕黃河下游河道淤積；當入庫洪水大于6000 m3/s，按防洪調度運用。

1.2 防洪作用分析

（1）有效降低黃河小北干流洪水流量

古賢水庫分級控制防洪運用[2]，可使頻率P=0.1%、P=1%、P=2%、P=5%洪水的洪峰流量分別由38500 m3/s、27400 m3/s、24100 m3/s和19600 m3/s減少到11000 m3/s、10300 m3/s、10100 m3/s和5650 m3/s，延長了中小洪水的持續時間，對增加河道的沖刷具有較大作用。

（2）對降低三門峽滯洪水位及潼關高程的作用

古賢水庫防洪運用可降低三門峽水庫的滯洪水位1.63 m~6.69 m，有效減少三門峽水庫洪水期蓄水對潼關河段洪水的作用，加大汛期洪水對潼關河段的沖刷作用或減少淤積。

（3）減少黃河倒灌渭河及減輕渭河下游洪水災害的作用

古賢水庫采用分級控制下泄流量(6000 m3/s~10000 m3/s)的防洪運用方式，可有效地減少黃河洪水倒灌渭河、汾河的影響，減少黃河洪水倒灌渭河而引起的回水淤積，為減輕渭河下游洪水災害創造有利條件。

2 東莊水庫的運用方式及防洪減淤作用

2.1 東莊水庫運用方式

東莊水庫的運用方式分為初期運行期和正常運行期兩個運用時期[3]。初期運行期從兼顧水庫淤積和渭河下游減淤的角度分為水庫蓄水攔沙運行、逐步抬高水位調水調沙運行兩個階段。

（1）水庫蓄水攔沙運行階段

水庫蓄水攔沙運用，控制庫水位不低于起始水位。當起始水位以上蓄水量超過3億m3時，水庫泄水至起始水位以上蓄水量0.2億m3。下泄流量與咸陽來水組合后，按渭河下游平槽流量(1700 m3/s)泄放，泄水歷時約2天。

興利運用條件如下：按照各時段灌溉、供水量和涇河下游生態用水的需水量泄水，并利用上述水量進行發電。當渭河下游華縣站流量小于20 m3/s，水庫給予補水，滿足華縣站20 m3/s的最低生態用水需求。

（2）逐步抬高運行水位調水調沙運行階段

當起始水位以下庫容淤滿后，轉為按蓄水量控制逐步抬高運行水位階段，汛期蓄水位不超過汛限水位。通過調水調沙，將造成渭河下游嚴重淤積的高含沙中小洪水部分攔蓄在庫內，利用大洪水入庫時機進行沖刷，逐步形成灘槽，灘面高程控制在773 m。

泄水按如下三個條件：當入庫流量大于600 m3/s，水庫泄空，泄流量與咸陽來水組合后，按渭河下游平槽流量泄放；當入庫流量大于300 m3/s，入庫含沙量大于300 kg/m3，為減緩庫內淤積，保證下泄水沙過程有利于渭河下游的沖刷，如蓄水量超過1.5億m3，水庫泄空，泄流量與咸陽來水組合，按渭河下游平槽流量泄放；否則不泄水。其余來水來沙條件攔在庫內，當蓄水量超過3億m3，水庫泄水至庫蓄水量1億m3，泄流量與咸陽來水組合后，按渭河下游平槽流量泄放。

按水庫蓄水超過3億m3時泄水，主要考慮如下三個因素：①水庫建成后，渭河下游平槽流量預計約可恢復至3000m3/s，按平槽流量泄放1天需水量約2.1億m3；②按入庫流量與對應時段的供水需水量對比，供水最大缺水量約為0.3億m3；③渭河下游生態用水要求的最大缺水量約為0.4億m3。因此，擬按水庫蓄水量達3億m3時泄水至蓄水量1億m3，既能沖刷渭河下游，又為供水和渭河下游生態用水提供了保證。

興利與渭河下游生態用水條件同水庫蓄水攔沙運行階段。

（3）正常運行期

當水庫灘面淤積高程達到773 m，形成槽庫容時，水庫轉為正常運行期，水庫利用槽庫容調水調沙運用，并形成高灘深槽。

泄水按如下三個條件：當入庫流量大于600 m3/s，水庫泄空，泄流量與咸陽來水組合后，按渭河下游平槽流量泄放；當入庫流量大于300 m3/s，入庫含沙量大于300 kg/m3，水庫泄空。當庫水位超過汛限水位，水庫泄水至汛限水位。興利及渭河下游生態用水條件同水庫蓄水攔沙運行階段。

2.2 對涇渭河下游的防洪作用

涇河下游防洪保護區人口約10.8萬人，耕地15.4萬畝。目前的防洪標準僅為5年一遇，水庫建成后，可由目前5年一遇的防御洪水標準提高到20年一遇。

對渭河下游而言，若洪水是以涇河來水為主時，通過東莊水庫的調節，可使三門峽水庫移民區生產圍堤的防洪標準，從目前的5年一遇提高到20年一遇。對渭河下游以涇河來水為主的100年一遇洪水，通過東莊水庫的調節，可削減至50年一遇[3]。

2.3 對渭河下游的減淤作用

根據渭河下游實測資料分析[3]，20世紀九十年代期間，渭河下游來水少來沙多，其中涇河來沙量占華縣的比例從62%上升到85%；渭河華縣站大于800 m3/s流量的洪水場次從年均15場減少到4場。

實測資料法和數學模型法計算及全面分析表明，修建東莊水庫后，結合改變三門峽運行方式，渭河下游不斷淤積的現狀可得到改善，在設計系列來水來沙條件下，東莊水庫運行的50年中，渭河下游僅處于微淤狀態（每年淤積0.03億m3），其中華縣以上河段每年可沖刷0.01億m3。

2.4 對潼關高程的影響

根據專家建議[3]，采用實測資料分析與數模計算，對此問題進行了初步研究。潼關高程的升降與渭河華縣站高含沙洪水流量的大小及三門峽運行方式關系較為密切，根據實測資料分析，在汛期若華縣站的高含沙洪水流量在900 m3/s~1600 m3/s以上、三門峽庫水位在305 m以下，潼關斷面將受到沖刷，潼關高程一般會下降到0.4 m~1.7 m左右；但若華縣站流量小于500 m3/s時，潼關斷面則產生淤積，潼關高程一般要上升0.1 m~0.4 m左右。因此，東莊水庫泄放人造洪峰沖刷潼關高程，具有穩定潼關高程的作用。

2.5 對渭河下游生態用水及河槽萎縮的作用

經統計[3]，設計系列50年中，渭河下游華縣站流量小于20m3/s的時段共出現226天。東莊水庫建成后，通過水庫的調度，50年可泄放滿足下游生態要求流量的天數共220天，渭河下游生態用水保證率達93%，可有效改善渭河下游生態用水環境，同時可有效防止渭河下游斷流造成的河道萎縮。

東莊水庫調水調沙過程中，兼顧了潼關高程升降與華縣汛期洪水流量的這種關系，在每次汛期加大泄量過程中，潼關高程均有所下降。經計算東莊水庫運行50年內，下泄有利于潼關高程沖刷的水沙119次。若以東莊水庫3億m3水量泄放流量為1500 m/s洪水，可持續沖刷渭河下游和潼關高程2.3天，預計將收到更加良好的沖刷效果[4]。

3 東莊、古賢水庫聯合調度對潼關及渭河下游的影響

東莊、古賢水庫聯合調度對降低潼關高程、減少渭河淤積及穩定河口流路起著有利作用。

3.1 東莊、古賢水庫聯合調度設想

東莊、古賢水庫聯合調度會對潼關及渭河下游起到有利影響?？赡艿膸追N情況有：①古賢水庫控制下泄流量6000 m3/s ~10000 m3/s時，東莊水庫可相機下泄一定流量，以減輕黃河倒灌渭河的影響；②東莊水庫下泄小水大沙過程時，古賢水庫可湊泄一定流量，以便潼關河段不發生淤積；③東莊水庫下泄高含沙洪水時，古賢水庫控制下泄，以利于涇渭河高含沙洪水沖刷潼關河段。

東莊、古賢聯合調度，可減輕不利水沙對匯流區的影響、降低并穩定潼關高程，對穩定匯流區北干流河勢和渭、洛河沖淤具有明顯有利作用。

3.2 對潼關高程的影響

（1）古賢水庫運用初期的清水下泄和東莊水庫下泄的有利于潼關高程沖刷的水沙，均有利于降低潼關高程，如能聯合調度，必將加快潼關高程穩定下降的進程。

（2）照古賢水庫的分析，潼關高程能夠穩定下降2 m左右。

3.3 對渭河下游的影響

（1）如潼關高程能夠穩定下降2 m左右，渭河下游下段河道縱剖面將會出現一定幅度的下切。按照前述水庫減淤沖刷的分析，華縣、渭南的水位約降低1.5 m、1.3 m左右。

（2）河道縱剖面的調整，會有利于渭河下游平槽過洪能力的恢復增大，東莊水庫分析的3000 m3/s平槽流量可能會提前出現并有所突出。

（3）渭河下游縱、橫斷面的有利變化，將改善河槽的行洪輸沙條件，東莊水庫計算的渭河下游50年淤積1.60億m3~2.71億m3的狀況有可能得到改變。

（4）水沙和河道條件的改善，會明顯減輕渭河洪水和黃河洪水倒灌渭河的災害，有利于匯流區和渭河口的河勢穩定。

4 認識與建議

（1）潼關高程沖淤影響因素眾多，兩庫聯合調度沖刷下降后，若無其它措施跟上去，會很快回淤。因此，僅靠人造洪峰沖刷是難以達到維持穩定潼關高程的目的，必須采用包括“降低三門峽水庫運行水位、減少北干流的泥沙，改變北洛河的出水口”等綜合措施。

（2）東莊水庫的興建對三門峽庫區的防洪安全和生態環境的改善具有重要意義。因此，建議國家在當前陜西渭河全線整治實施后，防洪形勢初步改善的良好機遇，進一步加快東莊水庫建設，為西部大開發創造有利條件。

[1]安催花,萬占偉，張厚軍.黃河古賢水庫減淤作用初步研究[R].2005.

[2]黃河勘測規劃設計有限公司.黃河古賢水利樞紐工程項目建議書[R].河南·鄭州，2004.

[3]水利部上?？睖y設計院,陜西省水利勘測設計研究院,國家電力公司西北勘測設計研究院.涇河東莊水利樞紐工程項目建議書[R].上海, 2004.

[4]蔣建軍,石長偉.東莊水庫調水調沙對渭河下游和潼關高程沖淤作用的研究[J]，泥沙研究，2004.5：51-55.

Influence of Joint Dispatching of Dongzhuang and Guxian Reservoir on Tongguan and the Lower Reaches of Weihe River

Yang Qian,Shi Changwei,Zhang Bingjie,Zhao Minge
（Chengdu Survey and Design Institute Co.,Ltd.,National electricity Construction GroupChengdu 610072,Sichuan；Shaanxi Provincial rivers reservoir management bureauXi’an 710018,Shaanxi；Shanxi provincial rivers engineering technology research center Xi’an 710018,Shaanxi）

Based on analysis of Guxian and Dongzhuang reservoirs and their function of flood-proof,the paper puts forward the preliminary application plan of the two reservoirs,and analyzes the influence of the scheme on the Tongguan elevation and the lower reaches of the Weihe River.The results show that the two reservoirs is at the course of utilization and will accelerate the process of steady decline in Tongguan elevation.Tongguan elevation can be reduced about 2m and remained stable,the water level in Weinan,Huaxian will be reduced by about 1.3 or 1.5m;the channel longitudinal profile adjustment will be conducive to the lower Weihe.The recovery of the flooding capacity of the flat slot increases,and the stabilization of the 3000m3/s flat slot in the lower reaches ofthe Weihe River may occur ahead of time and breakthrough.It will improve the flood discharge conditions ofthe river channel.The improvement ofthe water and sand and river conditions will obviouslybenefit the combination ofthe ancient reservoir.Dongzhuangreservoir has an important effect on the control ofTongguan elevation and the siltation control in the lower reaches ofthe Weihe River.

Hydrological variation；ecological ensuring flow；the method of Mann-kendaⅡ；the Tennant method and Weihe

TV697.1

B

1673-9000（2017）03-0008-03

2017-04-05

水利部公益性行業科研專項項目（201101044）；陜西省科技發展（攻關）計劃（軟科學研究）項目（2014KRM87）；陜西省自然科學基礎研究計劃面上項目（2014JM7281）。

楊蒨（1975-），女，重慶梁平人，高級工程師，主要從水文水資源分析計算工作。