三門峽庫區污物研究與分析

(三門峽黃河明珠(集團)有限公司，河南 三門峽 472000)

三門峽庫區污物研究與分析

張健鋒

(三門峽黃河明珠(集團)有限公司，河南 三門峽 472000)

三門峽水利樞紐是黃河中游重要的水利工程，研究三門峽庫區污物的規律，能有效地保障樞紐效益的發揮，并為黃河上其他水電站的污物治理提供參考依據。

三門峽庫區；污物；研究

1 三門峽庫區概況

三門峽水利樞紐位于黃河中游干流上，兩岸連接豫、晉兩省，是1955年黃河流域規劃選定的第一期重點建設項目，也是黃河上修建的第一座大型水利樞紐工程。工程于1957年4月動工興建，1960年9月基本建成投入運用，控制黃河流域面積68.80萬km2，為全流域面積的91.5%，多年平均水量占全河的89%，控制黃河來沙量的98%，發揮著防洪、防凌、灌溉、供水和發電等綜合效益。

三門峽庫區有黃河龍門、渭河臨潼、汾河河津和北洛河狀頭四個水文站，見圖1。

庫區集水面積為29688km2，其中潼關以上為23408km2，潼關以下為6280km2，按河道特點分為如下四大區段。

第一區段：黃河龍門至潼關庫段，長度為134.40km，寬度為4～19km，穿行于陜西、山西兩省之間，是兩省界河，兩岸為黃土臺塬，高出河床50～200m。河道總面積為1107km2，其中灘地面積達696km2，占63%。

第二區段：黃河潼關至大壩庫段，長度為113.20km，寬度為1～6km，是陜西、山西、河南3省界河。屬峽谷形庫段，兩岸Ⅲ級階地上部為第四紀黃土類土。

第三區段：從渭河臨潼至匯入黃河處，這一庫段長度為127.70km，寬度為3～6km。兩岸是河谷階地，河道兩岸灘地1.77萬畝，流經陜西省的臨潼、渭南、華縣、大荔、華陰和潼關6縣。地處關中平原，土地肥沃，為陜西省糧倉之一。

第四區段：北洛河狀頭至匯入渭河處，庫段長度為121.90km，寬度為1～2km。兩岸為黃土臺塬，高出河床50～100m，土地肥沃，亦為陜西糧倉之一，流經陜西省的蒲城、大荔兩縣。

圖1 三門峽庫區

2 三門峽庫區污物產生的原因及污物成分分析

2.1 庫區污物成分分析

根據多年對庫區污染物的清污現場觀察和統計，三門峽壩前污物以蘆葦根為主，夾雜一定數量的樹枝、樹根以及生活污物，其他還包括雜草、農作物秸稈、樹葉、泡沫、動物尸體，還有粗大的樹干和樹根，見表1、圖2。

表1 三門峽庫區污物成分

圖2 污物成分比例

蘆葦再生能力極強，多生長在水邊或沼澤地帶，沿黃河兩岸分布較廣，尤其在夾馬口到風陵渡河段，蘆葦生長茂盛，河道游蕩不定，每遇灘邊沖刷塌方，就有大片蘆葦沖入水中。因此，該河段是庫區污物蘆葦根的主要來源。蘆葦根直徑為10～30mm，80%長度在2m以上，有極高的韌性和抗拉強度。蘆葦根相互纏繞，隨水流滾動，形成團狀，特別是在攔污柵前回旋時積聚成大團，像墻一樣堵在柵前，造成攔污柵前后水位差較大，輕者影響機組發電，重者損壞攔污柵，給發電機組安全運行造成極大威脅。

2.2 污物產生原因

2.2.1 河道地質情況復雜

黃河自陜晉邊境向東流入河南，三門峽以西河道較寬，兩岸是黃土形成的臺地和渭河下游平原，龍門至潼關河段(稱小北干流)，穿行于汾河、渭河之間的塬階區，河道寬闊，兩岸臺塬高出河水面50～200m，有汾河、淶水河、渭河匯入。從臨猗縣夾馬口到風陵渡為淤積游蕩型河道，河寬多為6～10km，最寬19km，河床寬、淺、亂、游蕩劇烈，主流擺動不定，素有“三十年河東、三十年河西”的說法。該河段河床灘地上，以生長蘆葦為主，河灘沖刷嚴重，汛期大量蘆葦根流入水中。從潼關到三門峽壩址，河谷狹窄，山高谷深，兩岸地勢陡峻，進入陜縣河谷寬3～6km，壩址處河寬約300m。

2.2.2 水庫返庫移民增多

水庫原已遷移的農民又遷回原址，僅陜西省返庫移民達15多萬人，開墾地30多萬畝。在灘地上主要植物有楊樹、刺槐、酸棗、紅柳、蒿草等，主要作物有蘋果、棗樹、柿樹、葡萄、小麥、玉米、花生等。

2.2.3 冰雪消融與山洪頻發

每年3月下旬或4月上旬間，上游地區氣溫升高，冰層融化，黃河流量會突然增大，農作物秸稈、樹枝、樹根、生活垃圾等污物隨水流進入庫區；夏秋6—10月之間，常有大雨和暴雨出現，一些主要支流汛期山洪頻發，隨之導致大量動物尸體、植物根莖、泡沫塑料、土木材料等污物隨水流沖入河谷；雨后水庫周圍濕陷性黃土，遇水位變化經常發生塌岸，一些樹木、雜草隨之落入水庫，造成大量污物。

3 三門峽庫區污物特點及規律

3.1 汛期不同時期的污物種類不同

第一次洪水來臨，污物主要以枯蘆根為主，夾雜著樹枝、樹干等各種雜物，還有一種以蘆根和草相互纏繞，夾雜著泥沙呈漂浮狀態的草團，直徑約1～2m，污物成分復雜且污量大；洪峰過后，污物主要是當年新蘆根，成分單一。在汛期前期污物較少，中期和后期污物較多。汛期不同時期的污物種類見表2。

表2 汛期不同時期來污規律

3.2 來污量與水庫運用關系密切

1960年9月水庫開始運用初期，采用“蓄水攔沙”運用，最高蓄水位332.58m(1961年2月19日)。1962年3月水庫由“蓄水攔沙”改為“滯洪排沙”運用，汛期閘門全面敞開，只保留防御特大洪水任務。為充分發揮樞紐綜合效益，自1973年以來，水庫按“蓄清排渾”調水調沙方式運用，即汛期泄流排沙，汛后蓄水。1994年3月，2號隧洞出口除險加固改變了正常水庫運用，水位提高，一夜之間在庫區內布滿了農作物秸稈和蘆葦等污物。由此可見，水庫運用方式直接影響來污規律。

4 三門峽庫區的污物分布狀況

4.1 污物平面分布狀況

污物隨水流進入庫區，受到庫區地理結構、水工建筑物的設置及發電機組取水的位置影響，污物在庫區內的運動呈現一定的規律，見圖3。

圖3 三門峽壩前污物平面分布狀況

大部分河水從左岸入庫，水流方向與大壩軸線方向成30°的夾角，但由于左岸泄流孔洞關閉，而機組進水口靠近右岸，污物就隨水流繞過一個大圈向右岸流動，導致大部分污物堆積在攔污柵前，剩余部分繼續沿水圈迂回。而右岸河水流速相對緩慢，污物直接沖向攔污柵，集聚于柵前。

4.2 庫區污物深度分布狀況

隨著季節和水位變化，污物的種類、數量及其在水下的分布也隨之變化。通常污物在水中呈漂浮狀態，分布在水下0～2m范圍，樹干、樹枝等污物分布較深，約在水面至水下7～8m范圍內漂浮。

4.3 污物在攔污柵前的分布狀況

由于污物70%以上是蘆葦根，在水流穩定情況下呈漂浮狀態。在接近攔污柵前時，由于機組進水口位置較低，改變了水流方向，使污物向下移動，在柵前深度達0～18m左右，呈三角形分布。蘆葦根、雜草、樹枝、農作物秸稈等纏卷在一起，沒有明顯的層次分布，只有少量的粗大樹干和樹根分布在下面。

4.4 污物時域分布狀況

對三門峽水電站而言，每年第1場大雨而形成的洪水是形成污物最嚴重的時候，水面和水下集結物量都很大。若遇暴雨汛期來污量也很大，汛期前期來污量大于后期，洪水漲水期大于落水期，平時來污量小于汛期。

5 三門峽庫區污物危害

5.1 影響到機組的安全運行

大量的污物涌向機組進水口，極易使攔污柵形成密不透水的軟性柵欄，損壞攔污柵，致使一些雜物進入機組，造成機組在調節過程中水流不均衡，使機組在運行中產生強烈振動，直接影響到機組的安全運行；三門峽水電站曾出現過下節攔污柵損壞，污物沖入機組蝸殼的事故。

5.2 增加水頭損失

大量的污物造成最大可達3m的水頭損失，每年損失電量相當驚人。對于三門峽電站而言，如按全汛期5臺機組發電90天，水頭損失0.50m計算，則理論損失電量約為8640萬kW·h，若考慮水能利用率60%，機組負荷率70%，則實際損失電量約為：8460×60%×70%=3628.8萬kW·h。

5.3 惡化庫區環境

大量的污物堆積在壩前，嚴重影響庫區美觀，污染水質，惡化庫區環境，對環境保護和發展壩區旅游都不利。

6 小 結

三門峽水利樞紐是黃河中游重要的水利工程，研究三門峽庫區污物的成因和規律，有利于解決因污物帶來的樞紐工程危害，同時，對黃河中游萬家寨水利樞紐、小浪底水利樞紐等樞紐污物治理可提供重要參考。

ResearchandanalysisonpollutantinSanmenxiaReservoirarea

ZHANG Jianfeng

(SanmenxiaYellowRiverMingzhu(Group)Co.,Ltd.,Sanmenxia472000,China)

Sanmenxia water conservancy hub is an important water conservancy project in the middle reaches of the Yellow River for studying the rule of pollutants in Sanmenxia Reservoir region, which can effectively guarantee the exertion of hub benefits, thereby providing reference for sewage treatment of other hydropower stations on the Yellow River.

Sanmenxia reservoir area; pollutant; study

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.011.008

TV213.4

A

2096-0131(2017)011-0029-04