第３Ｏ卷第１１期 ２００８年１１月 人民黄河 Ｖｏ１．３０．Ｎｏ．１１ ＮＯＶ．．２ｏｏ８ ＹＥＬＬ０Ｗ ＲＩＶＥＲ 【水文・泥沙】 ２００８年调水调沙小浪底水库异重流排沙分析 马怀宝 ，张俊华 ，张金良 ，陈书奎 （１．黄河水利科学研究院，河南郑州４５０００３；２．黄河水利委员会防汛办公室，河南郑州４５０００３） 摘要：２００８年汛前黄河调水调沙期间，在小浪底水库塑造并重流的过程中，小浪底水库排沙比高达８９％。异重流排沙 过程的特点是出库含沙量大、历时长，而且出现了两个沙峰。初步分析认为，这些特点与三门峡水库泄流过程、小浪底水 库初始边界条件及其调整过程、小浪底水库闸门调度等因素有关。 关键词：调水调沙；异重流排沙；小浪底水库 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—１３７９（２００８）１１—００２７－０２ 中图分类号：ＴＶ１４５．２；ＴＶ８８２．１ 该次异重流排沙过程的特点是出库含沙量大、历时长，而 １引言 且出现了与往年不同的两个沙峰过程（７月１日１６时为界）。 ２００８年黄河调水调沙水库调度自６月１９日９时开始，至７ 月３日１８时结束，历时１４ ｄ。整个过程分为３个阶段：第一阶 段，小浪底水库下泄清水冲刷下游河道，最大泄流量４ ２８０ ｍ’／ｓ期间万家寨水库开闸泄水，平均下泄流量约１ ２００ ｍ ／ｓ， ，从已有资料对其特点进行分析，主要有以下几个影响因素。 （１）形成异重流的能量大。小浪底入库水沙过程，使得异 重流有较大能量，对异重流排沙有利。①三门峡水库从６月２８ 日１６时开始加大泄量，至６月２９日４时泄空，水位从３１５．０４ ｍ 降至２９９．８ ｍ，历时１４ ｈ，最大泄流量高达５ ５８０ ｍ ／ｓ（６月２９ 日０时ｌ２分），泄空过程流量大，小浪底水库三角洲洲面发生 历时约３ ｄ；第二阶段，位于小浪底水库上游１２４ ｋｍ的三门峡 水库下泄大流量过程，冲刷小浪底库区上段淤积的泥沙，使之 在回水末端形成较高含沙浓度的水流，进而转化为异重流输沙 流态；第三阶段，历时约５ ｄ，流程约８６０ ｋｍ的万家寨水库下泄 水流，在三门峡水库临近泄空之时抵达，冲刷三门峡库区淤积 泥沙，形成高含沙水流进入小浪底库区，并与前期异重流衔接， 形成完整的异重流排沙过程。在塑造异重流过程中，三门峡水 强烈冲刷，大流量及与其相应的高悬沙浓度使得异重流有较大 的初始能量；②优化调度使得三门峡水库泄水冲刷小浪底水库 三角洲洲面与万家寨水库泄水冲刷三门峡库区所形成的浑水 水流过程较好衔接，组成了不间断的浑水过程；③相对而言，万 家寨水库泄水对三门峡水库的冲刷强度较大，历时较长。 （２）能量损失小。库区异重流运行距离短，支流倒灌量相 库出库泥沙０．５８０亿ｔ，小浪底水库出库泥沙０．５１７亿ｔ，排沙比 高达８９％，为历年塑造异重流排沙量与排沙比之最，而且有着 与往年不同的排沙过程。分析该次异重流排沙过程并进行模 拟计算，对深入认识异重流输移规律具有重要意义。 对较小，沿程能量损失小（见图２）。①小浪底水库２００８年４月 ２８０ ２５５ ２异重流排沙分析 ｇ 、 ２３０ ２００８年调水调沙人工塑造异重流是在三门峡水库６月２８ 日１６时加大泄量开始，７月３日１８时结束。图１为调水凋沙 ２０５ 遐 １８０ 期间小浪底水库人、出库流量、含沙量过程。 １５５ １３０ ｆ ∞ １３０ １２Ｏ １１０ １００ ９Ｏ ８０ ７０ ６０ ５０ ４０ ３０ ２０ １０ ０ ｇ ● 距坝里程／ｋｍ 图２ ２００８年汛前小浪底水库纵剖面 收稿日期：２００８—０９—１０ 暑 嘲 由Ｉ 加 避 基金项目：国家自然科学基金委员会、水利部黄河水利委员会黄河联合研究基 金资助项目（５０３３９０２０）；“十一五”国家科技支撑计划项目（２００６ＢＡＢＯ６Ｂ０５）；黄 河水利科学研究院级公益性科研院所基本科研业务费专项（ＨＫＹ—ＪＢＹＷ一 ２００７—０９）。 日期 作者简介：马怀宝（１９６８一），男，河南新郑人，高级工程师，主要从事泥沙研究 工作。 Ｅ．ＩｎａＩ１．ｍａｌｌｌＩａｉｂａｏ＠】２６．ｃ０ｍ 图１小浪底水库进出库流量、含沙量 ・２８・ 人民黄河 ２００８ 观测地形资料表明，三角洲顶点位于ＨＨ１７断而，距坝仅２７．１９ 明流均匀流排沙、溯源冲删（或发生流泥状况）等，异重流排沙 计算采用经小浪底水库实测资料率定后的韩其为异重流排沙 公式 ： ｋｍ，至塑造异重流之时，小浪底水库蓄水位下降过程中，三角洲 顶点附近洲面还会有所抬升，顶点桕应下移，意味着异蕈流潜 入位置随之Ｆ移；②三角洲前坡比降大，为２１．５‰ ；③异重流潜 入点以下仅有石井河、畛水、大峪河等支流汇入库区。 （３）地形调整。在塑造异重流期间，小浪底痒区部分库段 发生的先淤积、后冲刷过程，是小浪底排沙过程出现两个峰值 （１）明流冲刷计算。①公式１ ］： Ｇ： ×１０ （１） 式中：Ｑ为流量； 为水面比降；Ｂ为河宽； 为系数（依据河床质 抗冲性的不同取不同的系数： ：６５０．河床质抗冲性能最小； ：的主要原因 实测资料表明，库区ＨＨＩ４、ＨＨ１５断面与汛前相 比，最大淤积厚度分别为３．５４ ｍ与７．０４ ＩＴＩ，见表１。另据小浪 ３００，代表中等抗冲性能的情况； ＝１８０，代表抗冲性能 底水文站观测，在ＨＨ１７断面附近，可看到出露于水面的边滩 高出水面约０．５ ｍ，若按当时水位２２５ Ｉｎ计，则该处在淤积过程 中，最大淤积厚度可达６．５ ｎｌ。这些刚刚淤积在床面的淤积物 可动性强，甚至处于“浮泥”状态，随着小浪底水库水位的逐步 下降而产生大幅度冲刷或流动，进而使得水流含沙量大幅度提 高，形成第二个沙峰出庠。 表１ Ｈｔｔ１４与ＨＨＩ５断面高程变化 （４）『甲】门调度。异重流运行至坝前形成了上清下浑的分层 流。清浑水交界面高程会因运行至坝前的浑水流量与排泄出 库的浑水流量之间不平衡而升降．直接影响出库水流含沙量的 高低。图３为不同断面部分时段清浑水交界面高程变化过程 可以看出，接近泄水洞前的ＨＨＩ断面观测到的最大浑水厚度 达１８ ｍ，表明在异重流排沙期问，部分时段不是处于畅流排沙 状态，使得小浪底水库出库含沙量会在不同时段小于或大于畅 流状态 暑 、 掣 袒 Ｏ６—２８ Ｏ６—２９ Ｏ６—３０ ０７—０ｌ ０７－－０２ ０７—０３ 孵期 图３清浑水交界面高程变化 ３水库异重流排沙的模拟 为对小浪底水库异霞流排沙过程进行深入探讨，利用三门 峡水库实浸４水沙过程及已有的计算方法对该次调水调沙期间 异重流排沙过程进行了模拟 小浪底库区分别考虑三角洲 最大的情况）。 ②公式２ ： Ｑ∞＝ Ｑ。 。ｊ５。 （２） 式中： 为系数（对容易冲动的淤积物， ＝２ ７００；对一般的 淤积物， ＝１ １００；对难以冲动的淤积物， ＝７００）；其他符号 意义同前。 公式３ ： ｑ ＝ｋ（ ｑＪ＿） （３） 式中：ｙ为浑水容重；ｑ为单宽流量； 为比降 ｍ为依据实测资 料率定的系数、指数，分别为１９ ０００、１．９。 （２）异重流排沙计算。公式为 ＝Ｓ ∑Ｐ４ Ｌｉｅ－ｑ－ （４） 式中：Ｐ 为潜入断面级配百分数；ｃｔ为饱和系数；，为粒径组 号；ｔＯ 为第 组粒径沉速。 （３）计算过程１。采用公式（¨计算 三角洲洲面冲剧和三 角洲前坡段，得小浪底库区冲刷泥沙０．３７４亿ｔ；采用公式（４） 计算异重流排沙，得小浪底水库异重流排沙０．４９３亿ｔ。出库 含沙量过程见图４（三门峡至小浪底传播时间暂按２４ ｈ考虑）。 日期 圈４出库含沙量过程对比（计算过程１） ｆ４）计算过程２。采用公式（２）汁算三角洲洲面冲刷、公式 （３）计算前坡段冲刷，得小浪Ｊ氐 区冲刷泥沙０．３３０亿ｔ；采用 公式（４ｎｆ算异重流排沙，得小浪底水摩异重淹排沙０．５０９亿 ｔ。出库含沙母过程见图５： 计算结果同实测相比，第一排沙阶段的６月２９目ｌ８时～ ３０日１０时计算值大于实测值．而在６月３０日１０时～ｌ８时计 算值小于实测值，经初步分析，原因足在前一时段小浪底水库 对异电流排沙进行了’控制，聚集在坝前的浑水脊加在后一时 段，从而使得实测出库含沙量过程出现的小岳大状况；第二排 沙阶段考虑溯源冲刷或流泥因素之后，计算值与实测值接近。 （下转荨３０页） ・３０・ 人民黄河 ２００８钲 稳定的情况下，就‘ 象因素而言，水资源总量的变化主要与降 水量的变化有关 采刖１９５６—２０００年历年降水量与年水资源 总量进行相关分析，桐关系数为０．９０．通过了０．Ｏ１的信度检 验，建立水资源总量的预评估模式： ：一２２３．１＋０．５３４Ｐ 式中： 为水资源总量，ｍｍ；ｐ为流域年平均降水量，ｍｍ。 ３．２不同年份水资源总量变化情况 根据大汶河流域水资源评价成果绘制１９５６～２０００年降水 量、径流深和径流系数过程线（见图２）。由图２可知，历年河 川径流量是随着年降水量的不断变化而变化的。多年平均降 水量为６９７．５［ｎｌｑｌ，多年平均径流量为ｌ１．６亿Ｉｌｌ ，多年平均径 流深为１４９．７ ｍｍ，多年平均径流系数为０．２１，即在这４５年平 均有２ｌ％的年降水量转化为河川径流量。丰水年的年均径流 系数为０．４０，即有４０％的降水量转化的河川径流量；而枯水年 的年均径流系数为０．１０，即仅有１Ｏ％的降水量变为河川径 流量。 ＼ 逃 耀 曩 廿 年份 图２大汶河流域年均降水量、年均径流深、年径流系数过程线 （１）连续 羊水年份对水资源的影响。１９５６—２０００年出现 了４个连续 Ｆ水年（丰水年和偏丰年合在一起统计）：１９５７～ １９５８年、１９６１～１９６４年、１９８４～１９８５年、１９９３～１９９４年。其中 １９６１～１９６４年：年均降水量最大，为９３６．３ ｍｍ，比历年平均偏 多３４．２％；平均年径流锗为２５．４２亿１＂／１ ，比历年平均偏多１ｔ８． ９％，平均年径流系数为０．３５。可见连续丰水年降水量大，河川 径流嚣占降水量的比值亦大。 （２）连续枯水年份对水资源的影响。１９５６—２０００年出现 了４个连续枯水年（枯水年和偏枯年合在一起统计）：１９５９～ １９６０年、１９６５～１９６８年、１９７６～１９７７年、１９８８～１９８９年。其中 １９８８～１９８９午：平均年降水量最小，为４１７．４ ｍｍ，比历年平均 偏少４０．２％；＿司 均年径流量３．１６亿ｍ ，比历年平均值偏小 ７２．８％，平均年径流系数为０．１０。表明连续枯水年份不但降水 量减少，而且河川径流量减少得更多。连续枯水对水资源造成 更大影响。 （３）２Ｏ世纪８０年代连续干枯对水资源的影响。８０年代的 平均降水量仅６０８．８ ｍｍ，比历年均值偏少１４％；平均年径流量 为７．４６亿ｍ ，比历年均值偏少３５．７％；平均年径流系数为 ０．１６。足自２０世纪以来最干枯的年代。 ４地表水资源利用对策 大汶河流域多年平均地表水资源量为１３．４９亿ｍ。，现有总 库容为８．１７亿ｍ ，地表水可供水量平水年为６．６亿ＩＴＩ’，枯水 年为４．５亿ｍ ，特枯水年为２．５３亿ｒｎ 。随着经济社会的快速 发展和城市化进程的不断加快，各类用水不断增加，使水资源 供需矛盾日趋突出。 泰安市目前存在着严重的浪费水现象。全市灌溉水的利 用系数不到０．５，工业用水的重复利用率为５５％，城市供水漏 水率为１５％～２０％。在农业方面，今后应注重发展节水型农 业，不同的水功能区实施不同的灌溉方式，加强灌区渠道衬砌 防渗，实施灌溉管道化。通过调整农作物种植结构、灌区改造， 推广喷灌、滴灌、微灌等节水技术，减少输水损失，用经济手段 引导和促进节水。在城市应加强生活节水器具的推广使用，区 分不同情况，制定用水定额标准和用水计划，加强供水管网的 更新改造和检查维护。进一步提高城市和工矿企业的节水意 识，积极推广节水新技术、新工艺，提高水的重复利用率，逐步 建立节水型城市。 【责任编辑乔韵青】 （上接第２８页） ｇ ● 、 删 加 日期 图５出库含沙■过程对比ｆ计算过程２） ４结语 根据实测资料，分析了２００８年调水调沙期间小浪底水库 排沙过程的影响因素，并依据计算公式进行了模拟计算。分析 与计算结果较好地解释了小浪底水库异重流排沙过程的“反 常”现象。鉴于资料所限，目前分析与认识是初步的，有待于收 集包括异重流观测资料、小浪底水库闸门启闭详细记录后进一 步研究。至于溯源冲刷或流泥现象，还有待于在加强实测资料 观测的基础上深入研究。 参考文献： ［１］李书霞，张俊华，陈书奎，等．小浪底水库塑造异重流关键技术及调度方案 研究［Ｊ］．水利学报，２００６（５）：５６７—５７２． ［２］ 陕西省水利科学研究所河渠研究室，清华大学水利工程系泥沙研究室．水 库泥沙［Ｍ］．北京：水利电力出版社，１９７９． ［３］ 张启舜，张振秋水库冲淤形态及其过程的计算［Ｊ］．泥沙研究，１９８２（１）： ｌ一１３． ［４］ 韩其为．水库淤积［Ｍ］．北京：科学出版社，２００３． 【责任编辑栗志】
