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1、黄河调水调沙简论一 、引言二、调水调沙的实践基础及理论根据 三、调水调沙的效果四、进一步发挥调水调沙的巨大潜力 一 、引言11999年小浪底水库蓄水以来20022006年黄河开展 了5次调水调沙，取得了很大效益。 2对于调水调沙这个重大措施，在社会上不少人并不 理解，有一些议论，在水利工作者中也颇有微词。 3潜力有多大？伴随着一定的配套工程可能使黄河下 游做到基本不淤。二、调水调沙的实践基础及理论根据 黄河下游河道及其输沙能力是异常复杂的， 很多现象具有两面性，人们的印象往往是偏向了一 面。若从全面考虑，改造不利的一面，就可看出调水 调沙的根据。改造不利的一面，加强有利的一面，正 是调水调沙的
2、任务。二、调水调沙的实践基础与理论根据（一）黄河下游输沙能力 （二）堆积性与洪峰时期的巨大输沙能力 （三）游荡性与平衡趋向性 （四）多来多排的依据 （五）“冲河南、淤山东”，还是“淤河南，冲 山东” （六）第二造床流量与洪峰流量 （七）塑造人工异重流排沙 （八）小浪底及二级悬河卡口人工扰沙 （九）小浪底拦粗砂排细砂（一）黄河下游输沙能力 （二）堆积性与洪峰时期的巨大 输沙能力黄河的堆积性这是不争的事实。但是另一方面洪 峰的输沙能力又很大。洪峰时平均含沙量是约为多年含沙量均值的1.5倍，洪水 时期用多年总水量的48.5%排出的沙量占多年来沙总量的67.3 ，如果按此比例用73%的水量就可以排走剩
3、余的来沙。（统 计90年10月-95年10月水情沙情） 按照这种有利条件下的输沙能力，足以输走全部来 沙，水少沙多的难题可以通过人为搭配的条件下解 决。（三）游荡性与平衡趋向性黄河下游有世界著名的游荡性河段，支汊纵横， 主支交替，变化迅速。但河道在长期塑造过程中 ，自动调整的作用大，故不断趋向平衡。 不同河型的平衡：在不引水，不漫滩，不考虑高 含沙量的条件下，上下河段输沙能力几本相同。 不同流量河段下游输沙量调整也围绕平衡点进 行。（四）多来多排的依据冲淤使挟沙能力级配发生差别，可使淤积时挟沙能力 为冲刷的1.111.25倍。 不平衡输沙的影响，淤积时挟沙能力较之平衡约大 1.3%，冲刷时约小
4、9.6%。 在一般条件下，除去高含沙量，综合估计三者的为： 淤积时较挟沙能力较之平衡约大1.3倍；而冲刷约为平 衡的69%。即冲淤挟沙能力变化较之平衡约30%左 右。这个结果基本上可以解释含沙量多值性。如按多 次普通洪水利津含沙量363kg/m为平衡值，则冲刷含 沙量约为25kg/m，淤积约为47.2kg/m。 多来多排在理论上是有根据的。也是调水调沙应全面 利用的：当必需扩大断面，加大平滩流量，则要冲刷 河槽；否则应安排平衡输沙，甚至在一定控制条件下 采用超饱和输沙。（五）冲河南、淤山东，还是淤河南，冲山东 （六）第二造床流量与洪峰流量 （七）塑造人工异重流排沙异重流：两种或者两种以上比重相
5、差不大、可以相混的流体， 因比重的差异而发生的相对运动。即：如果一种流体沿着交界 面的方向流动，在流动过程中不与其它流体发生全局性掺混现 象的流动。由于水流挟带泥沙而形成的异重流称浑水异重流。 流进水库的浑浊河水成舌状水流潜入库底，在水库清水之下沿 库底向前运动，形成水库异重流。 人工异重流的产生需要三个条件：一是必须有相应的流量过程 ；二是水流过程中应有一定的含沙量，且其中还要有相当含量 的细沙；三是一定要有后续动力。调水调沙试验中人工异重流 的塑造将由万家寨、三门峡、小浪底三座水库共同接力完成。 按照设计原理，当小浪底库水位降到一定程度时，库区尾部将 实施泥沙人工扰动。同时，计算好泥沙下沉
6、速度和随水流的前 进速度，适时打开小浪底水库以上的三门峡和万家寨水库，塑 造一定流量的人造洪峰，再与库尾的泥沙叠加形成高含沙水流 ，当这种水流遇到库区内的清水时，便会形成异重流。其后， 泥沙将随异重流被推至坝前、排出库外。异重流能否形成，三 座水库的时空对接至关重要。（八）小浪底及二级悬河卡口人工扰沙一级悬河，泥沙淤积使得河床平均高出地面4到6米的河 段。 二级悬河，指黄河大堤内本已高出地面的河床上于是又抬 升出了一条新的悬河。近年来，黄河来水量减少，同时河 滩上建起的生产堤等一些建筑又使河道越来越窄，河水带 来的新泥沙绝大部分都淤积在了主河槽中。 人工扰沙就是借助河水已有的势能，辅以人工扰动
7、河床土 质，促进河床泥沙启动，实现人工扰沙与人造洪峰演进在 时空上准确对接，而通过黄河干流万家寨、三门峡、小浪 底三座水库的联合调度，可以实现水沙对接。要想冲掉小 浪底水库尾端的淤积三角洲，就要实现三门峡水库泄水时 间与小浪底水库水位高低的对接。三门峡水库泄水太早， 能量有可能被小浪底库区的深水层消减，也不利于人工扰 沙的开展。只有将小浪底水库水位降到合理高度，水能和 人工两股力量才能形成合力。其次，要想实现冲淤要求，必须形成连续的泄流动力，三 门峡水库水量不够，就得从万家寨水库“接力调水”。因 而，万家寨和三门峡水库泄水时间也要实现对接。而小浪 底水库泄水的时间、泄量、含沙量控制，则关系到下
8、游两 个“卡口”河段人工扰沙的成败，必须在准确测算洪水演 进时间、挟沙量等参数基础上，实时启动扰沙设备对淤积 河床进行猛烈扰动，达到河道减淤冲刷的目的黄河下游的主河槽在急剧萎缩，主河槽变小了以后，就使 得较小的流量就容易漫滩。洪峰经过卡口时，必然要卡 住。集中在河南范县和山东梁山县河段两个二级悬河最严 重的地方扰沙。目的就是扩大这两个卡口段主槽的过流行 洪能力，使一定的水不要在这个地方形成大的漫滩。结合万家寨三门峡所放的清水洪峰，在二级悬河最严重的 河段进行泥沙的扰动，实现河床下切，从而最大限度输沙 入海。（九）小浪底拦粗砂排细砂泥沙淤积过程中，粗砂淤积快，细砂淤积慢。 拦粗阻细，粗沙（D0.
9、05mm）占总沙量低于0.021时 ，挟沙能力加大6倍，增大到0.048时，挟沙能力增加 2.2倍。三、调水调沙的效果(一)加大了冲刷入海的沙量 (二)减缓了小浪底上下游的淤积 ，降低了下游河道洪 水位 (三) 加大了山东河段冲刷的比例，避免了“冲河南、 淤山东” (四) 扩大了断面，加大了平滩流量 (五) 调水调沙的其它效益(一)加大了冲刷入海的沙量 11999年2002年未调水调沙，除花园口和利津同流 量水位有所降低，其余四站，同流量水位则完全相反 ，不是降低，而是有所抬高。即令是清水下泄，却抬 高了水位，可见细水长流而不调水调沙(加大流量)是 不行的。 22002年调水调沙后，六站的水位
10、均有明显降低。 3至2006年，大流量水位流量关系迅速平缓，即小的 水位增加，可获得很大的流量增加。这正是扩大造床流 量和平滩流量的好机会。(二)降低了下游河道洪水位，减 缓了小浪底上下游的淤积小浪底水库淤积减缓，下游主槽变化不大2011年10月- 2012年10月，黄河下游（西霞院至利津，下同）河道 总体表现为冲刷，总冲刷量0.994亿立方米；小浪底总 体表现为淤积，共淤积泥沙1.325亿立方米。 2012年10月与上年同期相比断面主槽略有左移，其余 断面冲於变化不大。2012年破车庄断面（134.4公里） 冲於变化较为明显，主槽向左扩展一公里。（图25）整个下游，普遍是一个萎缩的趋势，但经
11、过16次调水调 沙，大部分的河段河槽有所扩大。黄河5断面距坝6.54公里黄河17断面距坝27.19公里黄河23断面距坝37.55公里黄河25断面距坝41.1公里黄河39断面距坝67.99公里黄河47断面距坝88.54公里黄河花园口（距小浪底坝下129.7公里）黄河丁庄距坝下201.5公里孙口（421.3公里），大田楼（431.2公里）泺口（587公里）破车庄（134.4公里），主槽向左扩展1公里(三) 加大了山东河段冲刷的比例，避免了 “冲河南、淤山东” 1前述1999年至2002年未实施调沙前，尽管下泄清水 ，夹河滩艾山同流量水位发生抬高，就是一种“冲 河南、淤山东”的现象。幸好，调水调沙后
12、，山东河 段不仅发生了冲刷，而且比例为14.03较之三门峡运用 期间的9.13%偏大53.7%。而且是全下游河道均衡冲刷 ，反映出水位降低下全河段基本一致。 2据表6，若去掉5002000m/s以下的流量，则山东 河段输沙能力基本上均大于河南段，所以调水调沙加 大其冲刷河槽是必然的。 31960年至1996年资料进一步表明，汛期“淤河南， 冲山东”枯期则相反。可见加大山东河段的冲刷，就 要尽量避开中小流量。(四) 扩大了断面，加大了平滩流量2调水调沙在加大平滩流量上非常有效全河冲刷较均匀集中主槽，最新资料显示刷槽明显， 2012年最小平滩流量4100m/s。 尽管5次调水调沙总冲刷量2.76亿
13、t，占总冲量13.23亿t 的21%，但是由于大流量冲刷是窄段冲的多，宽段冲 的少，甚至淤积，实际是实现泥沙搬家。实际窄段冲 刷量是远大于2.76亿t。这正是平滩流量普遍加大(实际 是窄段加大多)的原因。这正是调水调沙能大幅加大平 滩流量的原因。 可见调水调沙最大效果在于利用大流量冲刷改善了 900km的河道，使平滩流量增加1000m/s2000m/s。 大大减少了中小流量对滩区的淹没，避免了小浪底水 库中小洪水蓄水带来的防洪风险。(五) 调水调沙的其它效益调水调沙对水库淤积有一定改善作用，表现在： 调整了水库淤积部位，将变动回水区的部分淤积 泥沙冲刷(变动回水区最大冲深10m-18m)至常年
14、回 水区，减缓了水库淤积翘尾巴。同时加大了细颗 粒泥沙出库，特别是促进了异重流和浑水水库泥 沙排泄，并制造了人工异重流。总之，减缓了淤 积，改善了淤积部位。此外，下游河道河槽冲深 ，对某些河段有缓解“二级悬河”的不利势。 可见此时调水调沙的目的，就是扩大造床流量， 改善河道，使上下河段均匀冲刷，尽可能解决这 个防洪瓶颈。根据近些年来水少的条件，要求将 平滩流量扩大到3500m/s4000 m/s。设要求扩大至3800m/s，按平均流速2.00m/s,若流 量平均扩大2000m/s，应扩大过水面积1000m。则 按河长900km,河槽要平均冲刷9.00亿m，相当于 冲刷12.15亿m。小浪底水库
15、实际运行7年，下游 河道实际冲刷13.23亿m，最小平滩流量也达到了 3500m/s。此值略小于要求扩大的平滩流量3800 m/s是合理的，因为有一部分冲刷是扩大了平滩流 量已经很大的断面。 可见前几年调水调沙围绕扩大平滩流量、改善河 道进行，不仅仅是减少下游河道淤积。这是完全 正确的。这种利用调水调沙来治理黄河下游河道 ，已远不是（水库）拦沙和减（少下游河道） 淤。它是治黄思想的一种升华，也是世界河道整 治工程的重大创新。四、进一步发挥调水调沙的巨大潜力 （一）调水调沙的巨大潜力 通过调水调沙，完全有可能使黄河下游恢复到1960年的情 况。 调水调沙的设想方案如下。采用调水调沙的水量为全年的
16、 75%，以利津平均流量2468m/s排走含沙量36.3kg/m为标 准。虽然来水来沙与利津的不尽相同，但平均而言，差别显 然较小。以利津做标准，条件更严格一些。当用75%的水量 可能排走的沙也是较大的。它们的差别在于径流量愈小，不 仅输走的沙量少，而且枯季水量少，平均流量小。采用75% 的水量调水调沙，是有可能解决黄河下游河道不断淤高的问 题。（二）充分发挥调水调沙潜力的条件 若要用75%来水排走全部来沙，需要一定条件。主要的有 两个方面：认识上观念上的转变；相应的可行性研究和工 程配套设施。 1、观念上的转变。尽管调水调沙已经六年，取得了巨大的 经济社会效益，但是社会上以及在部分水利工作者中，限 于以往的经验尚不够理解，有的颇有微词。因此促使一些 观念转变是很必要的。这包括：（1）充分认识黄河下游河 道的两面性，并尽可能利用其有利的一面；如堆积性与洪 水时的巨大输
