黃河調(diào)水調(diào)沙簡論

1、黃河調(diào)水調(diào)沙簡論1一 、引言二、調(diào)水調(diào)沙的實(shí)踐基礎(chǔ)及理論根據(jù) 三、調(diào)水調(diào)沙的效果四、進(jìn)一步發(fā)揮調(diào)水調(diào)沙的巨大潛力 2一 、引言11999年小浪底水庫蓄水以來20022006年黃河開展了5次調(diào)水調(diào)沙，取得了很大效益。2對于調(diào)水調(diào)沙這個重大措施，在社會上不少人并不理解，有一些議論，在水利工作者中也頗有微詞。3潛力有多大？伴隨著一定的配套工程可能使黃河下游做到基本不淤。34二、調(diào)水調(diào)沙的實(shí)踐基礎(chǔ)及理論根據(jù) 黃河下游河道及其輸沙能力是異常復(fù)雜的，很多現(xiàn)象具有兩面性，人們的印象往往是偏向了一面。若從全面考慮，改造不利的一面，就可看出調(diào)水調(diào)沙的根據(jù)。改造不利的一面，加強(qiáng)有利的一面，正是調(diào)水調(diào)沙的任務(wù)。5二

2、、調(diào)水調(diào)沙的實(shí)踐基礎(chǔ)與理論根據(jù)（一）黃河下游輸沙能力（二）堆積性與洪峰時(shí)期的巨大輸沙能力（三）游蕩性與平衡趨向性（四）多來多排的依據(jù)（五）“沖河南、淤山東”，還是“淤河南，沖山東”（六）第二造床流量與洪峰流量（七）塑造人工異重流排沙（八）小浪底及二級懸河卡口人工擾沙（九）小浪底攔粗砂排細(xì)砂6（一）黃河下游輸沙能力7（二）堆積性與洪峰時(shí)期的巨大輸沙能力黃河的堆積性這是不爭的事實(shí)。但是另一方面洪峰的輸沙能力又很大。 洪峰時(shí)平均含沙量是約為多年含沙量均值的1.5倍，洪水時(shí)期用多年總水量的48.5%排出的沙量占多年來沙總量的67.3，如果按此比例用73%的水量就可以排走剩余的來沙。（統(tǒng)計(jì)90年10月-

3、95年10月水情沙情）按照這種有利條件下的輸沙能力，足以輸走全部來沙，水少沙多的難題可以通過人為搭配的條件下解決。8（三）游蕩性與平衡趨向性黃河下游有世界著名的游蕩性河段，支汊縱橫，主支交替，變化迅速。但河道在長期塑造過程中，自動調(diào)整的作用大，故不斷趨向平衡。不同河型的平衡：在不引水，不漫灘，不考慮高含沙量的條件下，上下河段輸沙能力幾本相同。不同流量河段下游輸沙量調(diào)整也圍繞平衡點(diǎn)進(jìn)行。9（四）多來多排的依據(jù)沖淤使挾沙能力級配發(fā)生差別，可使淤積時(shí)挾沙能力為沖刷的1.111.25倍。不平衡輸沙的影響，淤積時(shí)挾沙能力較之平衡約大1.3%，沖刷時(shí)約小9.6%。在一般條件下，除去高含沙量，綜合估計(jì)三者的

4、為：淤積時(shí)較挾沙能力較之平衡約大1.3倍；而沖刷約為平衡的69%。即沖淤挾沙能力變化較之平衡約30%左右。這個結(jié)果基本上可以解釋含沙量多值性。如按多次普通洪水利津含沙量363kg/m為平衡值，則沖刷含沙量約為25kg/m，淤積約為47.2kg/m。多來多排在理論上是有根據(jù)的。也是調(diào)水調(diào)沙應(yīng)全面利用的：當(dāng)必需擴(kuò)大斷面，加大平灘流量，則要沖刷河槽；否則應(yīng)安排平衡輸沙，甚至在一定控制條件下采用超飽和輸沙。10（五）沖河南、淤山東，還是淤河南，沖山東11（六）第二造床流量與洪峰流量12（七）塑造人工異重流排沙異重流：兩種或者兩種以上比重相差不大、可以相混的流體，因比重的差異而發(fā)生的相對運(yùn)動。即：如果一

5、種流體沿著交界面的方向流動，在流動過程中不與其它流體發(fā)生全局性摻混現(xiàn)象的流動。由于水流挾帶泥沙而形成的異重流稱渾水異重流。流進(jìn)水庫的渾濁河水成舌狀水流潛入庫底，在水庫清水之下沿庫底向前運(yùn)動，形成水庫異重流。人工異重流的產(chǎn)生需要三個條件：一是必須有相應(yīng)的流量過程；二是水流過程中應(yīng)有一定的含沙量，且其中還要有相當(dāng)含量的細(xì)沙；三是一定要有后續(xù)動力。調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)中人工異重流的塑造將由萬家寨、三門峽、小浪底三座水庫共同接力完成。按照設(shè)計(jì)原理，當(dāng)小浪底庫水位降到一定程度時(shí)，庫區(qū)尾部將實(shí)施泥沙人工擾動。同時(shí)，計(jì)算好泥沙下沉速度和隨水流的前進(jìn)速度，適時(shí)打開小浪底水庫以上的三門峽和萬家寨水庫，塑造一定流量的人造

6、洪峰，再與庫尾的泥沙疊加形成高含沙水流，當(dāng)這種水流遇到庫區(qū)內(nèi)的清水時(shí)，便會形成異重流。其后，泥沙將隨異重流被推至壩前、排出庫外。異重流能否形成，三座水庫的時(shí)空對接至關(guān)重要。13（八）小浪底及二級懸河卡口人工擾沙一級懸河，泥沙淤積使得河床平均高出地面4到6米的河段。二級懸河，指黃河大堤內(nèi)本已高出地面的河床上于是又抬升出了一條新的懸河。近年來，黃河來水量減少，同時(shí)河灘上建起的生產(chǎn)堤等一些建筑又使河道越來越窄，河水帶來的新泥沙絕大部分都淤積在了主河槽中。人工擾沙就是借助河水已有的勢能，輔以人工擾動河床土質(zhì)，促進(jìn)河床泥沙啟動，實(shí)現(xiàn)人工擾沙與人造洪峰演進(jìn)在時(shí)空上準(zhǔn)確對接，而通過黃河干流萬家寨、三門峽、小

7、浪底三座水庫的聯(lián)合調(diào)度，可以實(shí)現(xiàn)水沙對接。要想沖掉小浪底水庫尾端的淤積三角洲，就要實(shí)現(xiàn)三門峽水庫泄水時(shí)間與小浪底水庫水位高低的對接。三門峽水庫泄水太早，能量有可能被小浪底庫區(qū)的深水層消減，也不利于人工擾沙的開展。只有將小浪底水庫水位降到合理高度，水能和人工兩股力量才能形成合力。14其次，要想實(shí)現(xiàn)沖淤要求，必須形成連續(xù)的泄流動力，三門峽水庫水量不夠，就得從萬家寨水庫“接力調(diào)水”。因而，萬家寨和三門峽水庫泄水時(shí)間也要實(shí)現(xiàn)對接。而小浪底水庫泄水的時(shí)間、泄量、含沙量控制，則關(guān)系到下游兩個“卡口”河段人工擾沙的成敗，必須在準(zhǔn)確測算洪水演進(jìn)時(shí)間、挾沙量等參數(shù)基礎(chǔ)上，實(shí)時(shí)啟動擾沙設(shè)備對淤積河床進(jìn)行猛烈擾動，

8、達(dá)到河道減淤沖刷的目的黃河下游的主河槽在急劇萎縮，主河槽變小了以后，就使得較小的流量就容易漫灘。洪峰經(jīng)過卡口時(shí)，必然要卡住。集中在河南范縣和山東梁山縣河段兩個二級懸河最嚴(yán)重的地方擾沙。目的就是擴(kuò)大這兩個卡口段主槽的過流行洪能力，使一定的水不要在這個地方形成大的漫灘。結(jié)合萬家寨三門峽所放的清水洪峰，在二級懸河最嚴(yán)重的河段進(jìn)行泥沙的擾動，實(shí)現(xiàn)河床下切，從而最大限度輸沙入海。15（九）小浪底攔粗砂排細(xì)砂泥沙淤積過程中，粗砂淤積快，細(xì)砂淤積慢。攔粗阻細(xì)，粗沙（D0.05mm）占總沙量低于0.021時(shí)，挾沙能力加大6倍，增大到0.048時(shí)，挾沙能力增加2.2倍。16三、調(diào)水調(diào)沙的效果(一)加大了沖刷入海

9、的沙量(二)減緩了小浪底上下游的淤積 ，降低了下游河道洪水位(三) 加大了山東河段沖刷的比例，避免了“沖河南、淤山東”(四) 擴(kuò)大了斷面，加大了平灘流量(五) 調(diào)水調(diào)沙的其它效益17(一)加大了沖刷入海的沙量1811999年2002年未調(diào)水調(diào)沙，除花園口和利津同流量水位有所降低，其余四站，同流量水位則完全相反，不是降低，而是有所抬高。即令是清水下泄，卻抬高了水位，可見細(xì)水長流而不調(diào)水調(diào)沙(加大流量)是不行的。22002年調(diào)水調(diào)沙后，六站的水位均有明顯降低。3至2006年，大流量水位流量關(guān)系迅速平緩，即小的水位增加，可獲得很大的流量增加。這正是擴(kuò)大造床流量和平灘流量的好機(jī)會。(二)降低了下游河道

10、洪水位，減緩了小浪底上下游的淤積19小浪底水庫淤積減緩，下游主槽變化不大2011年10月-2012年10月，黃河下游（西霞院至利津，下同）河道總體表現(xiàn)為沖刷，總沖刷量0.994億立方米；小浪底總體表現(xiàn)為淤積，共淤積泥沙1.325億立方米。2012年10月與上年同期相比斷面主槽略有左移，其余斷面沖於變化不大。2012年破車莊斷面（134.4公里）沖於變化較為明顯，主槽向左擴(kuò)展一公里。（圖25）整個下游，普遍是一個萎縮的趨勢，但經(jīng)過16次調(diào)水調(diào)沙，大部分的河段河槽有所擴(kuò)大。202122黃河5斷面距壩6.54公里黃河17斷面距壩27.19公里23黃河23斷面距壩37.55公里黃河25斷面距壩41.1

11、公里24黃河39斷面距壩67.99公里黃河47斷面距壩88.54公里2526黃河花園口（距小浪底壩下129.7公里）黃河丁莊距壩下201.5公里27孫口（421.3公里），大田樓（431.2公里）28濼口（587公里）破車莊（134.4公里），主槽向左擴(kuò)展1公里29(三) 加大了山東河段沖刷的比例，避免了“沖河南、淤山東”1前述1999年至2002年未實(shí)施調(diào)沙前，盡管下泄清水，夾河灘艾山同流量水位發(fā)生抬高，就是一種“沖河南、淤山東”的現(xiàn)象。幸好，調(diào)水調(diào)沙后，山東河段不僅發(fā)生了沖刷，而且比例為14.03較之三門峽運(yùn)用期間的9.13%偏大53.7%。而且是全下游河道均衡沖刷，反映出水位降低下全河段

12、基本一致。2據(jù)表6，若去掉5002000m/s以下的流量，則山東河段輸沙能力基本上均大于河南段，所以調(diào)水調(diào)沙加大其沖刷河槽是必然的。31960年至1996年資料進(jìn)一步表明，汛期“淤河南，沖山東”枯期則相反。可見加大山東河段的沖刷，就要盡量避開中小流量。3031(四) 擴(kuò)大了斷面，加大了平灘流量322調(diào)水調(diào)沙在加大平灘流量上非常有效全河沖刷較均勻集中主槽，最新資料顯示刷槽明顯，2012年最小平灘流量4100m/s。盡管5次調(diào)水調(diào)沙總沖刷量2.76億t，占總沖量13.23億t的21%，但是由于大流量沖刷是窄段沖的多，寬段沖的少，甚至淤積，實(shí)際是實(shí)現(xiàn)泥沙搬家。實(shí)際窄段沖刷量是遠(yuǎn)大于2.76億t。這正

13、是平灘流量普遍加大(實(shí)際是窄段加大多)的原因。這正是調(diào)水調(diào)沙能大幅加大平灘流量的原因?？梢娬{(diào)水調(diào)沙最大效果在于利用大流量沖刷改善了900km的河道，使平灘流量增加1000m/s2000m/s。大大減少了中小流量對灘區(qū)的淹沒，避免了小浪底水庫中小洪水蓄水帶來的防洪風(fēng)險(xiǎn)。33(五) 調(diào)水調(diào)沙的其它效益調(diào)水調(diào)沙對水庫淤積有一定改善作用，表現(xiàn)在：調(diào)整了水庫淤積部位，將變動回水區(qū)的部分淤積泥沙沖刷(變動回水區(qū)最大沖深10m-18m)至常年回水區(qū)，減緩了水庫淤積翹尾巴。同時(shí)加大了細(xì)顆粒泥沙出庫，特別是促進(jìn)了異重流和渾水水庫泥沙排泄，并制造了人工異重流?？傊?，減緩了淤積，改善了淤積部位。此外，下游河道河槽沖

14、深，對某些河段有緩解“二級懸河”的不利勢。可見此時(shí)調(diào)水調(diào)沙的目的，就是擴(kuò)大造床流量，改善河道，使上下河段均勻沖刷，盡可能解決這個防洪瓶頸。根據(jù)近些年來水少的條件，要求將平灘流量擴(kuò)大到3500m/s4000 m/s。34設(shè)要求擴(kuò)大至3800m/s，按平均流速2.00m/s,若流量平均擴(kuò)大2000m/s，應(yīng)擴(kuò)大過水面積1000m。則按河長900km,河槽要平均沖刷9.00億m，相當(dāng)于沖刷12.15億m。小浪底水庫實(shí)際運(yùn)行7年，下游河道實(shí)際沖刷13.23億m，最小平灘流量也達(dá)到了3500m/s。此值略小于要求擴(kuò)大的平灘流量3800 m/s是合理的，因?yàn)橛幸徊糠譀_刷是擴(kuò)大了平灘流量已經(jīng)很大的斷面?？梢?/p>

15、前幾年調(diào)水調(diào)沙圍繞擴(kuò)大平灘流量、改善河道進(jìn)行，不僅僅是減少下游河道淤積。這是完全正確的。這種利用調(diào)水調(diào)沙來治理黃河下游河道，已遠(yuǎn)不是（水庫）攔沙和減（少下游河道）淤。它是治黃思想的一種升華，也是世界河道整治工程的重大創(chuàng)新。35四、進(jìn)一步發(fā)揮調(diào)水調(diào)沙的巨大潛力 （一）調(diào)水調(diào)沙的巨大潛力通過調(diào)水調(diào)沙，完全有可能使黃河下游恢復(fù)到1960年的情況。調(diào)水調(diào)沙的設(shè)想方案如下。采用調(diào)水調(diào)沙的水量為全年的75%，以利津平均流量2468m/s排走含沙量36.3kg/m為標(biāo)準(zhǔn)。雖然來水來沙與利津的不盡相同，但平均而言，差別顯然較小。以利津做標(biāo)準(zhǔn)，條件更嚴(yán)格一些。當(dāng)用75%的水量可能排走的沙也是較大的。它們的差別在

16、于徑流量愈小，不僅輸走的沙量少，而且枯季水量少，平均流量小。采用75%的水量調(diào)水調(diào)沙，是有可能解決黃河下游河道不斷淤高的問題。36（二）充分發(fā)揮調(diào)水調(diào)沙潛力的條件若要用75%來水排走全部來沙，需要一定條件。主要的有兩個方面：認(rèn)識上觀念上的轉(zhuǎn)變；相應(yīng)的可行性研究和工程配套設(shè)施。1、觀念上的轉(zhuǎn)變。盡管調(diào)水調(diào)沙已經(jīng)六年，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)社會效益，但是社會上以及在部分水利工作者中，限于以往的經(jīng)驗(yàn)尚不夠理解，有的頗有微詞。因此促使一些觀念轉(zhuǎn)變是很必要的。這包括：（1）充分認(rèn)識黃河下游河道的兩面性，并盡可能利用其有利的一面；如堆積性與洪水時(shí)的巨大輸沙能力；游蕩多變與平衡的趨向性；多來多排多淤及挾沙能力的多值性；“沖河南，淤山東”或者相反等。（2）在掌握了黃河輸沙和演變規(guī)律后，在相應(yīng)的工程條件下，是可以對它控制的。幾年的調(diào)水調(diào)沙，證實(shí)了在一定條件下，可以將原來的減淤任務(wù)上升了一個臺階，做到了改善河道，并且從今后遠(yuǎn)景看，通過研究和試驗(yàn)，調(diào)水調(diào)沙有可能使下游河道做到相對平衡，或者幾乎沒有淤積，再上升一個臺階。372配套工程的實(shí)施。要大規(guī)模調(diào)水調(diào)沙，目前的水庫工程遠(yuǎn)不配套。調(diào)水調(diào)沙的最大困難是調(diào)沙，為此，要有大的水庫蓄水、蓄沙、沖沙。因此有效的調(diào)水調(diào)沙，至少要有兩個大的水庫，特別是需要制造較高含沙量和洪水時(shí)，尤其如此。例如從萬家寨 三門峽