水利工程論文-水庫(kù)調(diào)水調(diào)沙發(fā)展過(guò)程的回顧與瞻望.doc

水利工程論文-水庫(kù)調(diào)水調(diào)沙發(fā)展過(guò)程的回顧與瞻望摘要：在小浪底水庫(kù)最低泄空水位已經(jīng)確定的情況下，則水庫(kù)前期淤積量越大，水庫(kù)的調(diào)沙作用應(yīng)好些。而用小浪底水庫(kù)有限的攔沙庫(kù)容對(duì)無(wú)限的來(lái)沙總是無(wú)出路的，泥沙多年調(diào)節(jié)的目的是充分利用河道輸沙潛力輸沙，使黃河有限的水資源得到合理的利用，充分發(fā)揮水庫(kù)的綜合作用。關(guān)鍵詞：水庫(kù)調(diào)水調(diào)沙發(fā)展回顧與瞻望著名治黃專(zhuān)家王化云在1987出版的“我的治河實(shí)踐”一書(shū)序言中指出：“調(diào)水調(diào)沙治河思想雖然處于發(fā)展過(guò)程中，已有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)也不完全，但我認(rèn)為這種思想更科學(xué)，更符合黃河的實(shí)際情況，未來(lái)黃河的治理與開(kāi)發(fā)，很可能由此而有所突破”。正如黃委會(huì)主任李國(guó)英最近指出的，我們將由傳統(tǒng)治黃進(jìn)入調(diào)水調(diào)沙科學(xué)治理黃河的新時(shí)代。在當(dāng)前應(yīng)理清調(diào)水調(diào)沙思路，明確主攻方向，找出最有效的技術(shù)途徑。最早提出水庫(kù)調(diào)沙設(shè)想1，是美國(guó)學(xué)者葛羅同，薩凡奇在1946年治理黃河初步報(bào)告中提出，利用八里胡同水庫(kù)控制洪水并發(fā)電，壩底設(shè)有排沙設(shè)備，每年放空排沙一次。下游河道之設(shè)計(jì)應(yīng)能承受水庫(kù)下泄洪水和泥沙，設(shè)計(jì)成寬500m，深5m的河道，可輸送含沙量高達(dá)20(500kg/m3)的河水。60年代三門(mén)峽水庫(kù)泥沙問(wèn)題暴露之后，也有人提出利用小浪底水庫(kù)進(jìn)行泥沙反調(diào)節(jié)的設(shè)想2。由于對(duì)河道輸沙規(guī)律的認(rèn)識(shí)不斷深入，調(diào)水調(diào)沙的理論也在不斷地發(fā)展與完善?；仡欉^(guò)去的發(fā)展過(guò)程，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，有利于充分發(fā)揮小浪底水庫(kù)的調(diào)水調(diào)沙作用。一、人造洪峰在河道輸沙公式QsKQM中，m值一般為2，根據(jù)這一特點(diǎn)，人們提出利用人造洪峰排沙入海的設(shè)想，認(rèn)為把小流量的水量集中起來(lái)，用大流量集中放，可以多輸沙入海。為此1963年曾利用三門(mén)峽水庫(kù)進(jìn)行兩次人造洪峰試驗(yàn)3，結(jié)果沖刷效果不好。在沖刷平均流量1477和1870m3/s，最大流量分別為3260和2900m3/s的情況下，沖刷只發(fā)展到艾山以上河段，艾山以下河段還發(fā)生淤積，從下游河床中沖刷入海1噸泥沙的用水量分別為81m3和58m3，詳見(jiàn)表1。結(jié)果表明沿程沖刷過(guò)程中含沙量迅速恢復(fù),沖刷速率降低，而發(fā)生塌灘展寬對(duì)下游河道的沖刷作用并不利。流量小時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)上沖下淤，并且需要耗用大量寶貴的清水資源，才有一定的減淤效果。如在小浪底水庫(kù)的規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，曾設(shè)想在豐水年非汛期相機(jī)造峰，平均3年進(jìn)行一次,用水量40億m3，造峰流量5000m3/s，全下游減淤約0.6億t，平均年減淤0.2億t,用67億m3水量輸1億t沙入海。人造洪峰減淤效果不好的原因，是其依據(jù)的河道輸沙公式中沒(méi)有考慮上站含沙量的影響。忽略了黃河河道具有多來(lái)多排的輸沙特性,不僅全沙如此,屬于造床質(zhì)的粗泥沙也具有同樣的輸沙特性?？紤]上站來(lái)沙的影響，河道輸沙公式應(yīng)為QSKQaS上,流量方次a為1.11.3，遠(yuǎn)小于2（含沙量的方次為0.6-1.0，與河槽形態(tài)有關(guān)，寬淺河段只有0.6-0.8，窄深河段為1.0）。由于今后黃河水資源更加貧乏，這一調(diào)水調(diào)沙措施將逐漸失去意義。二、“蓄清排渾”在三門(mén)峽水庫(kù)蓄水運(yùn)用后庫(kù)區(qū)淤積嚴(yán)重，潼關(guān)河床大幅度抬高，嚴(yán)重影響渭河。在不改建不行的壓力下，基于黃河泥沙多，在年內(nèi)分配不均勻，泥沙又主要集中在汛期，非汛期來(lái)水較清，及艾山以下河道流量大于3000m3/s，河道輸沙特性呈現(xiàn)“多來(lái)多排”基本不淤,提出把非汛期的泥沙調(diào)到汛期排,利用非汛期來(lái)水含沙量低，蓄水?dāng)r沙發(fā)電、防凌，并進(jìn)行水量調(diào)節(jié)盡可能滿(mǎn)足下游灌溉用水需求3。在汛初降低壩前水位，利用汛期流量大，沖刷能力強(qiáng)，把汛期來(lái)沙連同非汛期淤在庫(kù)內(nèi)的泥沙全部排出庫(kù)外，達(dá)到年內(nèi)沖淤平衡。三門(mén)峽水庫(kù)改建后，從1973年開(kāi)始蓄清排渾運(yùn)用，利用潼關(guān)以下槽庫(kù)容進(jìn)行調(diào)沙，因受到潼關(guān)高程及庫(kù)區(qū)條件的限制，不能進(jìn)行大幅度調(diào)節(jié)。每年汛初不管來(lái)水情況如何，都把運(yùn)用水位降低，因此經(jīng)常出現(xiàn)小水排沙，形成小水帶大沙造成黃河下游主槽強(qiáng)烈淤積的不利局面。據(jù)1974年1986年的資料統(tǒng)計(jì)，有26的泥沙由流量小于2000m3/s排出，而龍羊峽水庫(kù)投入運(yùn)用后，因汛期大量蓄水，自1987-2000年卻有48%的泥沙由流量小于2000m3/s排出。詳見(jiàn)表2。1974-1986年小于2000m3/s出現(xiàn)的天數(shù)年均307天，占全年的84%，而1987-2000年小于20003/s出現(xiàn)的天數(shù)年均351天，占全年的96%，只有14天流量大于2000m3/s，而前者為58天應(yīng)當(dāng)指出蓄清排渾的運(yùn)用方式，是針對(duì)三門(mén)峽水庫(kù)特定條件下形成的，在推廣應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意其特殊性。三門(mén)峽水庫(kù)改建成功，說(shuō)明通過(guò)汛期降低壩前水位,可以保持平灘以下的槽庫(kù)容。對(duì)下游河道的減淤作用在改建時(shí)并沒(méi)有進(jìn)行過(guò)多的考慮，實(shí)際運(yùn)用結(jié)果表明，雖然沒(méi)有明顯增加下游河道淤積，但下游河道的減淤效果不理想。隨著龍羊峽等大型水庫(kù)投入運(yùn)用，汛期的基流與洪峰流量均在減小，沖刷能力減弱，三門(mén)峽水庫(kù)的運(yùn)用面臨汛期“無(wú)水”排沙的新情況，既使是再降低水庫(kù)的運(yùn)用水位，也很難保持庫(kù)區(qū)沖淤平衡，且利用小流量排沙會(huì)使下游河道進(jìn)一步惡化，對(duì)防洪極為不利。由于三門(mén)峽水庫(kù)蓄清排渾運(yùn)用方式，是在特殊情況下形成的，其調(diào)節(jié)能力十分有限，不可能獲得較大的調(diào)節(jié)庫(kù)容和較強(qiáng)的泄空沖刷條件，使出庫(kù)的含沙量的增幅受到限制，無(wú)法充分利用下游河道可能達(dá)到的輸沙能力輸沙入海，使黃河水資源的利用受到限制。三、利用來(lái)沙系數(shù)SQ與河段排沙比關(guān)系調(diào)沙45從艾山以上洪峰時(shí)段的河段排沙比與流量及三、黑、小來(lái)沙系數(shù)間的關(guān)系可知,在各級(jí)來(lái)沙系數(shù)情況下，流量在5000m3/s6000m3/s時(shí)排沙比均最大。而在流量一定時(shí)，隨著來(lái)沙系數(shù)SQ值的增大，河段的排沙比逐漸降低。在流量為5000m3/s6000m3/s時(shí)，若來(lái)沙系數(shù)在0.03時(shí)(含沙量150kg/m3180kg/m3)，三門(mén)峽至艾山河段的排沙比只有50多；當(dāng)來(lái)沙系數(shù)減為0.008(含沙量40kg/m350kg/m3)時(shí),河段的排沙比達(dá)120；在來(lái)沙系數(shù)約為0.01時(shí),河段的排沙比為100。從黃河下游河道應(yīng)保持“微沖微淤”狀態(tài)出發(fā)，有人提出把泥沙調(diào)成來(lái)沙系數(shù)為0.01左右輸送的設(shè)想。其實(shí)河段排沙比為100，只說(shuō)明進(jìn)出河段的沙量平衡,并不能說(shuō)明泥沙在斷面上沖淤情況。在黃河下游不論含沙量高低，洪水漫灘后均會(huì)造成灘地淤積,含沙量越高淤積越嚴(yán)重,但主槽往往會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈沖刷。河段排沙比為100,只說(shuō)明灘地淤積量與主槽的沖刷量相等。并不表示河流輸沙的力學(xué)關(guān)系，只表示不同的水沙搭配時(shí),河段灘地淤積量與主槽沖刷量間的比例。以河段排沙比100作為控制條件進(jìn)行泥沙調(diào)節(jié)，要提高排沙水流含沙量只有增大流量，流量增加漫灘后又使河道排沙比降低，因此，不會(huì)取得顯著的減淤效果。造成上述SQ與河段排沙比之間的特有規(guī)律，主要是洪水漫灘的結(jié)果，若能控制水流在窄深主槽中