利用桃汛洪水冲刷降低潼关高程试验的思考

黄河宁夏、内蒙古河段每年冬天都要封冻,河道槽蓄水量增加,在翌年春天开河时,上游来水加上该河段融冰水,形成流量沿程递增的凌汛洪水,演进到中下游称为桃汛洪水。受各种因素的影响,潼关高程总的变化趋势为抬升,但每年桃汛洪水期间是冲刷降低的。2006~2007年,黄河防总连续2年成功地开展了“利用并优化桃汛洪水冲刷降低潼关高程试验“,分别使潼关高程下降了0.20、0.05 m。鉴于头道拐水文站开河洪水的流量过程预报难度大、万家寨水库调节库容小且蓄水塑造桃汛洪水与防凌调度冲突等情况,认为应改变万家寨水库桃汛期的运用方式、控制三门峡水库桃汛期运用水位,以冲刷降低潼关高程。     

桃汛洪水对潼关高程作用分析

对桃汛期潼关高程变化的分析表明,桃汛洪水对潼关高程的冲刷作用与水流条件和坝前水位密切相关,但存在一极限条件当洪峰流量小到某一值时对潼关河床的冲刷作用微弱,起调水位降低并不能无限制增加洪水对潼关高程的冲刷作用。1999年以后受万家寨水库蓄泄水的影响,洪峰流量削减,洪水过程发生变化,对潼关高程的冲刷作用减弱。     

水沙条件对潼关高程作用分析

潼关高程变化的基本规律是非汛期抬高，汛期降低。桃汛期洪水对潼河床有明显的冲刷作用，桃汛期潼关高程的变化与来水量和潼关河段的水面比降关系密切；汛期潼关高程的冲刷幅度与来水量的大小密切相关。     

2009年桃汛期调水调沙对潼关高程的影响

对2009年黄河桃汛期调水试验的基本情况进行了介绍,分析了三门峡库区相关各站洪水、库区冲淤、水库运用和试验对潼关高程及渭河口的影响。结果表明:①潼关站桃汛洪水对渭河尾闾段顶托作用明显,但未造成明显不利影响,桃汛洪水顶托引起的吊桥站水位壅高值最大为1.4 m,壅水影响最远点在渭淤2+1—3河段;②2009年桃汛期潼关高程降低约0.13 m;③增加桃汛期潼关河段流量大于1 000 m3/s的持续时间对冲刷降低潼关高程的作用较为明显。     

2008年利用并优化桃汛洪水冲刷潼关高程试验效果分析

阐述了2008年桃汛洪水的优化过程,在确保内蒙古河段凌汛灾害排除的情况下,根据试验设计指标,万家寨水库采用"先泄后蓄再补"的运用方式,泄放出满足有利于潼关高程冲刷降低的桃汛洪水过程.桃汛洪水在黄河北干流河段经过近800 km的传播,到达潼关断面,试验前后潼关高程冲刷降低0.07 m.虽然潼关高程下降值较小,但是潼关断面主河槽面积冲刷801 m2,平均河底高程下降3.52 m,潼关断面的冲刷是非常明显的.     

黄河北干流河段桃汛洪水演进特征分析

为研究桃汛洪水在黄河北干流演进过程及对潼关高程的影响,根据北干流河段沿程水文站实测资料,统计分析了桃汛洪水水沙特征值的沿程变化。结果表明,桃汛期的洪峰、沙峰、洪量和沙量从头道拐到潼关总体增加,洪峰和沙峰的区间变化受水库运用影响较大;洪峰经天桥水库增值较大,之后到潼关沿程逐渐衰减、洪水过程坦化;天桥水库排沙产生比较高的瞬时含沙量,多次超过100ｋｇ／ｍ3,但沿程迅速衰减坦化,洪水期沙量仍表现为沿程增加;万家寨水库运用初期削减洪峰、洪量减少,直接影响潼关的洪水过程,桃汛试验后潼关洪峰和洪量增加。因此,建议桃汛期万家寨等水库的调度需要继续保持一定的出库流量指标,同时水库可以进行适当排沙,发挥桃汛洪水对河道的有利作用。     

桃汛期潼关高程冲刷条件研究

通过1974年以来的实测资料,分析了三门峡水库运用水位、桃汛洪水情况、前期河床条件等与桃汛期潼关高程变化的关系,指出在目前的河床边界条件下,桃汛期潼关高程冲刷下降0．2m左右的条件为：潼关站洪峰流量为2500m^3／s,10d洪量为13亿m^3,三门峡水库起调水位为313m。     

利用桃汛洪水降低潼关高程原型试验效果分析

介绍了2006年利用并优化桃汛洪水降低潼关高程原型试验的过程,指出其试验效果主要有：①使潼关高程冲刷下降0．2m;②减少了万家寨水库的淤积,改善了水库的淤积形态;③实现了天桥水库的冲刷;④基本实现了小北干流河段全程冲刷;⑤改善了三门峡水库淤积部位。     

2008年桃汛期调水调沙对潼关及渭河影响分析

在实测水文资料的基础上，通过对黄河桃汛期万家寨水牢调水调沙情况、龙门以上相关各站及三门峡库区各有关站来水来沙情况、三门峡水库的运用情况等相关数据的统计，分析了桃汛期黄河洪水对渭河尾闾段及潼关高程的影响。     

非汛期潼关河床淤积升高的成因分析

非汛期流量小 ,悬移质及河床泥沙颗粒组成变粗 ,是潼关河床淤积的基本原因 ;凌汛期冰情加重 ,潼关以下河道流冰搁浅堆积 ,以及冰塞壅水上延 ,导致河床淤积增多 ,是非汛期潼关高程升幅最大的运用时期 ;桃汛对潼关河床有明显的冲刷作用 ,适当降低起调水位 ,能改善淤积分布状况 ,增大洪水冲刷效果 ,降低潼关高程 ;水库高位蓄水加重了河床淤积 ;河道输沙条件对潼关高程上升起着制约作用。     

万家寨水库运用对桃汛降低潼关高程的影响

介绍了万家寨水库及其防凌运用原则 ;分析了万家寨水库投入运用前、后潼关站桃汛洪峰流量和最大十日洪量的变化 ;指出万家寨水库运用减少了桃汛洪水对潼关高程的冲刷作用 ;建议在保证防凌安全的前提下 ,改善万家寨水库开河期的防凌运用方式。     

桃汛期影响潼关高程升降的敏感性因子分析

从水沙条件和边界条件两个方面,逐项分析了桃汛期洪峰、沙量、水沙搭配以及桃汛期三门峡水库起调水位、前期潼关高程、河床泥沙颗粒组成、纵比降等对潼关高程升降产生的影响。结果表明:在目前边界条件下,要降低潼关高程,三门峡水库桃汛期起调水位应控制在313 m以下,桃汛洪峰流量在不超过小北干流平滩流量的情况情况下越大越好,沙量越小越有利于潼关高程的冲刷下降,含沙量不能太大且要与洪峰对应,在出库含沙量不能与洪峰同步的情况下,要控制好落水期排沙。     

不同措施对潼关高程影响实例分析

为了降低潼关高程，采取了多项措施进行原型试验。根据2003年的原型资料，分析了汛期潼关高程的下降过程及不同措施的影响，认为在汛期潼关高程的下降值中，有利水沙条件的作用约占60％；洪水期完全敞泄、非汛期三门峡水库控制318m运用、库区东卢湾裁弯取直工程的实施等也具有重要作用。因此的水沙过程是潼关高程下降和稳定的必要条件。     

三门峡水库运用方式对潼关高程的影响

三门峡水库修建后，潼关处于水库库区，河床淤积抬高。抬高过程与三门峡水库的运用方式及泄流规模密切相关。本文从实测资料入手，主要分析了三门峡水库控制运用以来，潼关河床高程的变化。非汛期水库高水位运行时间长，潼关河床淤积抬高，汛期冲刷历时短，溯源冲刷发展不到潼关，潼关河床得不到有效冲刷，且不利于汛期输沙，都是潼关河床抬高的主要原因。     

三门峡水库汛期排沙效果研究

三门峡水库汛期排沙是解决泥沙淤积问题、控制潼关高程的关键途径。"蓄清排浑"运用以来,非汛期蓄水期库区发生淤积、汛期降低水位运用排泄全年泥沙,基本保持了库区动态冲淤平衡。不同控制水位和入库流量过程存在不同的排沙效果,针对三门峡水库汛期排沙过程的差异,对"蓄清排浑"运用以来汛期排沙特征进行统计,分析了水库敞泄和不同控制水位运用对排沙效果的影响。结果表明,在汛期平水305 m、洪水敞泄的运用条件下,水库排沙具有多来多排的特点,汛期排沙总量与入库含沙量和水量密切相关;完全敞泄时库区冲刷取决于流量大小和敞泄时间,净排沙效率随着水量的增加和敞泄时间的延长而减小,冲刷效率降低;汛期控制运用期,当流量在1000 m³/s以上时、水位在305～311 m也会产生一定的排沙,排沙效果取决于含沙水流在壅水段的滞留时间和出入库流量之比。研究成果可为三门峡水库运用方式的优化提供依据。     

论三门峡水库在黄河防洪工程体系中的作用

通过对三门峡水库运用40余年来社会效益、经济效益以及负面影响的论述，分析了三门峡水库在未来黄河防洪减淤工程体系中的作用和地位，讨论了潼关高程淤积抬升的主要原因及降低潼关高程的综合治理措施，指出了小浪底水库建成后，决定三门峡水库运用方式的主要因素仍是黄河下游和渭河下游的防洪减淤问题。同时，给出了三门峡水库不同运用阶段的水位控制运用指标的建议：①继续做好三门峡水库335m防洪水位和326m防凌水位运用的准备；②汛期平水期保持库水位不超过305m，当入库流量大于1500m^3／s，实施敞泄排沙，并控制北村断面1000m^3／s流量相应水位不超过310m；③非汛期运用水位原则上最高不超过318m，遇调水调沙等特殊情况，需要短时间调蓄时，最高水位不得超过320m，非汛期平均运用水位按照不超过316m控制；④实施渭河下游综合治理，降低潼关高程。     

潼关高程的稳定降低与渭河下游河道综合治理

本文采用实测资料分析和泥沙数学模型计算等方法对潼关高程的稳定降低和渭河下游河道的综合治理等重要问题进行了研究,得到了如下认识:(1)潼关是三门峡库区的天然卡口和渭河下游河道的侵蚀基准面,从减少渭河下游淤积、减轻渭河下游洪涝灾害及改善渭河流域生态环境等方面考虑,降低潼关高程是十分必要的;(2)通过调整三门峡水库运用水位,潼关高程是可以降低的,但不同的来水来沙条件下降低的程度是不同的,近期目标可确定为下降1m,采用多种措施的组合后的中长期目标可确定为下降2m;(3)潼关高程降低到相对稳定的状态一般需要4～8年,这与来水来沙条件和三门峡水库运用方式有关;(4)建议三门峡水库运用水位近期采用汛期敞泄、非汛期控制在312～318m范围内的方案,综合考虑后认为非汛期水位目前控制在315m较好;(5)渭河下游河道的治理应采取包括降低潼关高程、河道整治与疏浚、加高加固堤防和跨流域调水等综合措施。