“一高一低”科學調度與小浪底水庫及下游河道沖刷效果

袁東良 劉煒

摘 要：2018—2020年黃河流域連續豐水，上游龍羊峽水庫建庫32 a來首次蓄至正常蓄水位，有效存蓄了水資源。小浪底水庫汛期采用低水位運行和大流量下泄，使得庫區泥沙沖刷和淤積形態調整，恢復了部分攔沙庫容，首次實現年際間庫容回升，延長了水庫使用壽命，并使黃河下游山東河段河槽刷深，卡口河段過洪能力得到提高。

關鍵詞：科學調度;龍羊峽水庫;小浪底水庫;黃河下游

中圖分類號：TV145;TV147+.5;TV882.1

文獻標志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.09.007

引用格式：袁東良，劉煒.“一高一低”科學調度與小浪底水庫及下游河道沖刷效果[J].人民黃河，2021，43（9）：38-41.

“One High and One Low” Operation Strategy and the Flushing Effect on

Xiaolangdi Reservoir and the Lower Yellow River

YUAN Dongliang， LIU Wei

（Hydrological Bureau of Yellow River Conservancy Commission， Zhengzhou 450004， China）

Abstract： From 2018 to 2020， there had been three consecutive high flow years in the Yellow River Basin. Longyangxia Reservoir had reached the normal water level for the first time in more than 32 years since it was built， effectively storing water resources. Xiaolangdi Reservoir adopted the low water level operation in flood season and large flow rate discharge， which resulted in the adjustment of sediment scouring and deposition pattern in the reservoir area， and partially reinstated the sediment-blocking storage capacity， which realized the inter-annual storage capacity recovery for the first time， prolonged the service life of the reservoir， deepened the channel of the Lower Yellow River of Shandong reach and increased the flood passing capacity of key reach.

Key words： scientific scheduling; Longyangxia Reservoir; Xiaolangdi Reservoir; Lower Yellow River

黃河防汛的重點、難點在下游，防汛調度不僅要解決洪水問題，還要處理好泥沙問題。黃河是一條嚴重缺水的河流，旱澇急轉、洪旱交替時常發生，而黃河流域的控制性工程建設嚴重滯后，僅有龍羊峽、小浪底兩座水庫具有足夠的流域性水資源和洪水調控能力。小浪底水庫庫容有限，按照設計用途，是只調控大洪水的，入庫流量在8 000 m3/s以下不控泄，來多少放多少。而黃河下游灘區的上灘流量為4 500 m3/s左右，灘區還居住有190萬人，調度起來十分困難。在此背景下，黃河水利委員會（黃委）提出按“一高一低”調度思路實施水沙調控，“一高”即上游龍羊峽水庫高水位運行，攔洪削峰確保防洪安全，在此基礎上，水庫轉為以水資源調度為主;“一低”即小浪底水庫低水位運用，既增加防洪庫容、減小下游漫灘概率、保障灘區防洪安全，又加大對庫區淤積泥沙的沖刷，盡可能地多排沙出庫[1]。堅持“一高一低”科學調度思路3 a來，在黃河上游有效存蓄了水資源，保障了供水安全，在中下游深挖了小浪底水庫的調度潛力，騰出庫容用于“保灘”調度，同時取得了較好的排沙效果。

1 黃河來水及龍羊峽水庫“一高”調度

黃河上游唐乃亥水文站（龍羊峽水庫入庫站）2000—2020年多年平均徑流量為201億m3，2018—2020年來水較多，年徑流量分別達到291.5億、310.3億、321.6億m3，居2000年以來前三位，3 a均值超出歷史均值53%。小浪底水文站（小浪底水庫出庫站）2000—2020年多年平均徑流量為261億m3，2018—2020年徑流量分別達到431.3億、459.2億、473.2億m3，為2000年以來前三位，3 a均值超出歷史均值74%。

2018—2020年龍羊峽水庫入庫流量較大，汛期大流量過程持續時間較長。各年最大日平均流量分別為3 350 m3/s（2018年7月14日）、2 800 m3/s（2019年7月4日）、2 850 m3/s（2020年8月23日）。各年6—10月的徑流量分別為216億、225億、234億m3。在豐沛的來水條件下，2018年11月5日9時，龍羊峽水庫蓄水32 a來首次蓄滿，達到了正常蓄水位2 600 m，并在2019年、2020年也達到正常蓄水位并維持了較長時間的高水位運行。

2 小浪底水庫“一低”調度

與以往年份相比，小浪底水庫2018—2020年最低水位明顯偏低，且有較長的低水位運行時間。各年最低日平均庫水位分別為212.44 m（2018年7月13日）、210.10 m（2019年7月24日）、205.43 m（2020年7月25日）。各年庫水位在250 m以下的持續時間分別為143、140、126 d。

2018—2020年小浪底水庫大流量下泄的持續時間較長，年最大下泄流量逐年增大。各年最大日平均流量分別為3 630 m3/s（2018年7月4日）、4 670 m3/s（2019年6月30日）、5 160 m3/s（2020年6月28日）。各年日平均流量大于2 000 m3/s的天數分別為60、69、80 d。2020年小浪底水文站最大瞬時流量達到5 720 m3/s，出現在6月28日5時18分，為2000年以來最大流量。

3 小浪底水庫排沙及沖淤變化

小浪底水庫“一低”調度取得了顯著的排沙效果（見圖1）。2018—2020年，小浪底水庫年出庫泥沙量遠大于多年平均值，年輸沙量分別為4.64億、5.45億、3.28億t，合計13.37億t，超過2000—2017年總和（9.99億t）。大量排沙使得水庫攔沙庫容部分恢復，小浪底水庫自1999年蓄水以來，隨著對上游來沙的攔蓄，水庫庫容一直呈現逐年減小的趨勢，但2019年和2020年出現了建庫以來首次年際間庫容回升的情況，2020年汛后庫容恢復到95.26億m3，接近2016年水平（見圖2），可以認為3 a的科學調度，延長了4 a的水庫使用壽命。水庫長時間低水位運用，使得水庫沖淤的年內分配發生了變化。小浪底水庫的通常淤積模式是汛期發生大量淤積、非汛期發生少量沖刷。但在2019年和2020年，均出現了汛期沖刷的情況，沖刷量分別為1.59億、0.59億m3（見圖3）。

干支流沖淤量分布方面，2018年汛前至2020年汛后，小浪底水庫總淤積量為-1.05億m3，其中干流淤積量為-1.95億m3，大多數支流發生不同程度的淤積，其中淤積量較大的有大峪河、畛水河、石門溝、白馬河4條支流，合計淤積量0.63億m3，占全部支流淤積量（0.91億m3）的70%，這4條支流均位于距壩17 km范圍內。近壩段支流發生較大淤積的主要原因是干流水沙倒灌支流后的泥沙沉淀。沖淤量沿程分布方面，2018年汛前至2020年汛后，小浪底水庫干流呈現明顯的上沖下淤形態，距壩10 km以內發生淤積，淤積量為0.56億m3;10 km以外，除個別位置發生少量淤積外，幾乎全線沖刷，淤積量為-2.51億m3（見圖4）。庫區干流河底高程除近壩段約10 km范圍內發生抬高外，其后沿程均有5～15 m的沖深，最大沖深32.7 m，出現在黃河39斷面（距壩68 km）處，在其上游河段，發生了劇烈的溯源沖刷，黃河39斷面在起點距442 m處沖刷至1999年自然河道河底（見圖5）。

4 下游河道沖淤變化

4.1 輸沙量差與斷面法沖淤量

根據小浪底至利津共8個水文站的輸沙量整編結果（見表1），2018—2020年小浪底出庫泥沙為13.37億t，利津站輸沙8.84億t，差值為4.53億t。

根據下游河道統一性淤積測驗的斷面法計算結果，2018年4月到2021年4月黃河下游沖淤情況為：小浪底—利津區間沖淤總量為1.085億m3，小浪底—夾河灘區間發生較大淤積，夾河灘以下均為沖刷（見表2）。重點河段西霞院—花園口區間，除個別斷面外，幾乎全部表現為淤積。花園口—夾河灘區間，前2/3段以淤積為主，后1/3段發生少量沖刷。高村—孫口區間以沖刷為主，孫口—艾山區間幾乎全部斷面表現為沖刷，此外沖淤強度有明確的沿程衰減趨勢（見圖6）。

典型斷面沖淤變化以駕部和夏莊為例（見圖7）。駕部斷面位于桃花峪上游約24 km處，為2018—2021年河南河段淤積面積最大的斷面（4 833 m2）。夏莊斷面位于高村下游約33 km處，為2018—2021年山東河段沖刷面積最大的斷面（1 737 m2），從夏莊斷面的變化可以看到典型的中水河槽形成[2-3]。

4.2 沙量平衡

2018—2020年小浪底站與利津站輸沙總量差值為4.53億t，同期小浪底—利津各區間斷面法沖淤量總計為1.085億m3，對應沙量估算為1.79億t（容重取1.65 t/m3）。各河段引沙量見表3，3 a總量為0.86億t。另根據調查結果，山東東明河段堤防加固取沙0.08億m3，高村段村民安置建設抽沙0.78億m3，合計0.86億m3，按容重1.65 t/m3換算成質量約為1.42億t。山東鄄城縣村臺建設取沙估算為0.67億m3，按容重2 t/m3換算成質量約為0.14億t。以上合計為4.21億t，與輸沙量差法計算結果基本吻合。

輸沙量差法主要是過程監測，而斷面法是結果監測，綜合兩者結果及沙量平衡分析，我們認為小浪底水庫“一低”調度策略運用3 a來，出庫的13.37億t泥沙，約三分之二（8.84億t）輸送到了利津以下，剩余三分之一由區間淤積、取水引沙、河道取沙分配，對黃河下游河道造成的沖淤影響應采用河道統一性淤積測驗結果來評價，即上段（小浪底—夾河灘區間）淤積1.66億m3，折算為2.74億t，下段（夾河灘—利津區間）沖刷0.57億m3，折算為0.94億t，或者說“淤河南，沖山東”[4-5]。

4.3 下游各站同流量水位變化

2018—2020年黃河下游各水文站3 000 m3/s流量相應水位見表4，可以看到除高村站同流量水位略有升高外，其余各站均有所下降，表明長時間的穩定大流量，在順直河道上（水文站通常的選址位置）會造成以沖刷為主的趨勢性效果。

5 結 論

在2018—2020年黃河水量偏豐的有利條件下，上游利用龍羊峽水庫多年調節庫容，有效存蓄了水資源，保障了供水安全，防止洪旱急轉，為下游工農業生產及生態保護提供了充足水源;對小浪底水庫采用汛期低水位運行和大流量下泄，挖掘水沙調控潛力，打開了下游防洪調度空間，為完善水沙調控體系贏得了時間，為保障灘區群眾安全增加了保險系數。小浪底水庫在低水位運行時，排沙效果顯著，改變了庫區淤積形態，延長了水庫的使用壽命。持續的大流量下泄也為黃河下游河道泥沙輸移提供了強勁動力，使得山東段主槽沖刷，對提高下游河道卡口河段過洪能力起到了顯著作用。

參考文獻：

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[2] 申冠卿，李勇，張原鋒，等.小浪底水庫攔沙對黃河下游河道的減淤作用[J].人民黃河，2020，42（6）：1-6.

[3] 孫贊盈，尚紅霞，彭紅.2018年汛期黃河下游河道排洪能力分析[J].人民黃河，2019，41（12）：8-12.

[4] 郭慶超，鄭釗，陸琴，等.黃河下游河道洪水期輸沙規律研究[J].人民黃河，2019，41（10）：64-69.

[5] 王遠見，江恩慧，張翎，等.黃河流域全河水沙調控的可行性與模式探索[J].人民黃河，2020，42（9）：46-51.

【責任編輯 張 帥】