惊世创举--黄河首次调水调沙

黄河安澜,事关中华民族的全局黄河是世界上最为复杂难治的河流,她的治理对国内外大江大河的治理与开发将产生有益的借鉴     

黄河调水调沙

黄河以其多泥沙,河道善淤、善决、善徒,而著称于世,被认为是世界上最复杂,最难治理的河流。黄河泥沙主要来自黄土高原的土壤侵蚀,黄河下游河道淤积的主要原因在于“水少沙多,水沙不平衡”。按照黄河下游河道冲淤规律,只要把进入黄河下游河道的不平衡的水沙关系调节为相协调的水沙关系,完全可以使黄河下游河道实现不淤积,黄河首次调水调沙试验达到了预期的目的,通过这次试验,积累了对黄河测验的海量数据（520万组）,加深了对黄河河床演变及水沙规律的认识,为今后建立更加符合原型黄河实际的数学模型和实体模型提供了极其重要的物理参数。     

基于空间尺度的黄河调水调沙

基于空间尺度的黄河调水调沙即利用小浪底水库不同泄水孔洞组合塑造一定历时和大小的流量、含沙量及泥沙颗粒级配过程,加载于小浪底水库下游伊洛河、沁河的"清水"之上,并使其在花园口站准确对接,形成花园口站协调的水沙关系,实现既排出小浪底水库的淤积泥沙,又使小浪底-花园口区间"清水"不空载运行,同时使黄河下游河道不淤积的目标.实施基于空间尺度的黄河调水调沙要重点解决三大关键问题:一是确定小浪底水库不同泄水孔洞组合,二是小浪底-花园口区间洪水、泥沙的准确预报,三是准确对接(黄河干流)小浪底、(伊洛河)黑石关、(沁河)武陟三站在花园口站的水沙过程.通过基于空间尺度的调水调沙试验,进一步深化了对黄河水沙规律的认识,探索了人工调控黄河洪水流量、含沙量、泥沙颗粒级配等协调水沙关系的可行性,为充分利用自然力量治理黄河泥沙寻找了一条新的途径.     

黄河调水调沙

黄河下游河道淤积的主要原因在于“水少沙多，水沙不平衡”，按照黄河下游河道冲淤规律，只要把进入黄河下游河道的不平衡的水沙关系调节为协调的强大功能。小浪底水库位于控制进入黄河下游河道水沙的关键部位，该水库控制了黄河径流量的91％，控制了近100％的黄河泥沙，2002年7月4日进行的黄河首次调水调沙试验控制花园口断面流量不大于2600m^3/s，平均含沙量不大于20kg/m^3，小浪底水库泄流历时不少于10天，黄河下游河道共冲刷泥沙0．362亿t，试验达到了预期的目的。通过这次试验，共取得测验数据520万组，这为今后建立更加符合原型黄河实际的数学模型和实体模型提供了极其重要的物理参数，试验证明，利用水库调水调沙，将不协调的水沙关系调节为相协调的水沙关系，是有利于输沙入海、减轻下游河道淤积甚至冲刷下游河道的有效途径之一。     

黄河水库调水调沙研究进展

合理进行水库运用是防治水库泥沙淤积的重要措施之一,是减少水库泥沙淤积的关键,对水库兴利效益的发挥有着极为重要的作用.本文就我国黄河流域水库调水调沙研究进行了简要回顾,并对其研究现状进行了总结与展望.     

2003年黄河调水调沙试验

2003年的黄河调水调沙试验开始于9月6日9时,至9月18日18时30分结束,历时12．4天。通过以小浪底水库为主的四库联合调水调沙,有效地利用小浪底一花园口区间的清水,与小浪底水库下泄的高含沙水流进行水沙“对接”。在试验过程中,采取了陆浑水库适时调控、故县水库控泄运用,尽量拉长、稳定小花问的流量过程,以利于小浪底水库配沙;以小浪底水库的实时水沙调控,稳定花园口站水沙过程的调度方式。通过前期实测资料分析、数学模型计算和实体模型试验,紧紧围绕这次调水调沙试验的主要目标,控制花园口流量2400m3／s、含沙量30kg／m3。这次调水调沙试验使下游主河槽过流能力得到进一步恢复,下游河道总冲刷量0．456亿t,全河段大都发生了冲刷,从而为今后实施水库多目标调度、兼顾各方面效益积累了新的经验。     

调水调沙：现代治黄里程碑

泥沙淤积抬高“地上悬河”黄河是世界上最复杂难治的河流。全球所有河流存在的问题在黄河上都能够寻到踪迹,而黄河的泥沙、悬河、断流以及生态问题均可堪称世界之最。黄河流经世界上面积最大的黄土高原,每年挟带约16亿吨的巨量泥沙进入下游。如果将这些泥沙堆成一米见方的土堆,可以绕地球27圈。因为水少沙多,泥沙难以全部排人海洋,其中约有4亿吨淤积在下游河道里,形成举世闻名的“地上悬河”。大量泥沙淤积,造成河床以年均10厘米的速度抬升。据测算,新中国成立后4次加高培厚黄河大堤的土方量可以垒就13座万里长城。     

黄河调水调沙研究进展

调水调沙是促使黄河不淤的工程措施之一,通过人工调控塑造协调的水沙关系,主要目标是调整水库淤积形态,促进下游河道冲刷,提高下游河道的行洪能力。在前人研究和相关实践的基础上,总结了调水调沙的技术关键和其对上游水库及下游河道的各方面影响,并针对存在的问题,对黄河调水调沙相关研究的发展趋势进行了探讨．认为：异重流排沙机理、高含沙水流输沙的实现、下游河道的综合治理、调控流量的加大和对河口湿地生态的维护将可能成为黄河水沙时空调控理论进一步发展的方向。     

黄河调水调沙释疑

所谓调水调沙，就是在充分考虑黄河下游河道输沙能力的前提下，利用水库的调节库容，对水沙进行有效地控制和调节，适时蓄存或泄放，调整天然水沙过程，使不适应的水沙过程尽可能协调，以便于输送泥沙，从而减轻下游河道淤积，甚至达到冲刷或不淤的效果，实现下游河床不抬高的目标。     

黄河第三次调水调沙试验

黄河第三次调水调沙试验于2004年6月19日-7月13日进行。这次试验利用汛前的水库蓄水，并充分借助自然的力量，通过万家寨、三门峡、小浪底干流水库群的联合调度，辅以人工的泥沙扰动措施，在小浪底库区人工塑造了异重流，调整了其库尾段不利的淤积形态，加大了小浪底水库排沙量，减少了水库淤积；同时，利用进入下游河道水流富余的挟沙能力，在黄河下游“二级悬河”及主槽淤积最为严重的卡口河段实施了河床泥沙扰动，减轻了下游淤积并增强了下游河道的主槽过洪能力。试验取得了预期效果，小浪底库区淤积三角洲冲刷泥沙1．329亿m^3，设计淤积平衡纵剖面以上淤积的0．385亿m^3泥沙被全部冲走，小浪底库尾淤积形态得到了合理调整；下游卡口河段扰起泥沙164．13万m^3，扰沙河段的平滩流量增加了510-640m^3／s；下游河道利津以上各河段均发生冲刷，小浪底一利津共冲刷泥沙0．6422亿t。     

黄河中游水库群水沙联合调度所涉及的范畴

黄河以“多沙、善淤、善徙、善决”著称于世，究其原因主要是“水少沙多，水沙关系不协调”。黄河又是国内乃至世界上开发程度较高的河流，大型水利枢纽的修建，不可避免地改变了天然水沙过程，使不协调的水沙关系增加了人为因素。在当前黄河中游水库群已经大部分投运的情况下，如何利用水库群的控制和调节，达到既能保持水库的有效库容，使枢纽的防洪、防凌、灌溉、供水、发电等效益得以充分发挥，又能塑造出合理的水沙过程，使下游河道河床淤积稳定在“允许淤积量”内甚或有所冲刷，保持河道的生命活力，是水沙联合调度的研究范畴。针对黄河泥沙的特点，从分析黄河的来水来沙特点开始，系统研究高含沙水流的运动规律、黄河水库的淤积和排沙规律，探求水库的异重流调度和多目标调度的优化方法、途径以及水沙联合调度对下游影响的评价方法等，将可能为黄河调水调沙调度提出一套可靠实用的理论方法和技术措施。     

对黄河水沙调控体系建设的几点看法

针对黄委的《黄河水沙调控体系建设》报告,对黄河水沙调控体系建设提出了几点看法：①小浪底水库的运用方式需要改变,即汛期要少蓄水,适当地排沙,增加排沙比;②依据目前黄河的来水量,黄河下游河道要达到4000—5000m^3／s的平滩流量的目标是有困难的;③应抓紧制定二级悬河的治理和滩区安全建设方案;④废除生产堤,使滩槽水沙充分交换,是黄河下游泥沙处理的根本途径;⑤开发黑山峡,修建大柳树水库,但水库不能以灌溉为主;⑥修建东庄水库能较好地减轻渭河下游的洪涝灾害;⑦三门峡水库非汛期的控制水位应该进一步降低。     

黄河中游水库群水沙联合调度方式及相关技术

在黄河调水调沙过程中，水沙联合调度的方式主要有单库调度、二库联调、三库联调、四库联调及五库联调等。水沙联合调度分预决策、决策、实时调度修正及调度效果评价4个阶段，不同阶段实施的技术路线有所不同。通过分析水沙联合调度的方式，给出了以四库联调为例的技术路线。同时指出：黄河调水调沙的调度方式是多种多样的，随着来水来沙条件、下游河道边界条件以及各水库工程边界条件的变化，其调度方式需要在实践中不断深化、调整，相关的技术支持也需要进一步深化研究。     

黄河水沙过程调控与塑造下游中水河槽

随着黄河流域来水来沙过程的大幅变化及人类活动的加剧，黄河的健康状况日趋恶化。通过对黄河健康的内涵、维持黄河健康生命的理论与技术支撑、流域水沙资源优化配置数学模型、大型水利枢纽联合运用对黄河下游河道的减淤作用、塑造黄河下游河道中水河槽等方面的研究，提出了对黄河水沙调控体系的认识，并认为在目前实际的黄河水沙条件下，通过小浪底水库的调节，黄河下游河道经过5—8年的努力，是可以塑造出一个平滩流量为4000m^3／s左右的中水河槽的。     

黄河干流梯级开发构架与泥沙控制布局研究

大量实测资料分析表明,黄河流域主要的产沙区间为河口镇至潼关区间,黄河支流按入黄沙量大小排序为渭河、无定河、窟野河、北洛河、祖厉河、皇甫川、延河、清涧河、洮河、汾河等。对黄河干流36个梯级开发工程、13条主要来沙支流224座水库研究表明,干流龙羊峡、刘家峡、大柳树、碛口、古贤、三门峡、小浪底等七大骨干工程的总库容为944.97亿m3,总有效库容为472.26亿m3,拦沙库容为466.65亿m3,分别占36个梯级水库拦沙总库容的91%9、3%、90%。小浪底水库虽然具有巨大的拦沙库容,但是其上游水库或者未建、或者淤满、或者位于来沙区上游,因此其拦沙压力巨大,剩余拦沙年限仅10余年。小浪底水库淤满后,黄河泥沙将失去控制,会对黄河下游防洪构成危害。     

黄河水沙变化与下游河道治理思考

由于黄河水沙条件的不利变化，黄河下游出现了小水大灾和长期断流，三门峡水库“蓄清排浑”运用经验的局限性表现得更为突出。从黄河下游河道输沙，防洪和水资源充分利用出发，小浪底水库应采取泥沙多年调节的运用方式，枯水，平水年蓄水拦沙运用，丰水年洪水期集中泄空冲刷产生讷和洪水，塑造窄深河槽，改造高村以上宽浅河道，利用窄深河槽输送较高含沙洪水入，，经多方案计算结果比较分析表明上述方案减淤效益显著，并可大量节省输     

黄河下游维持主槽不萎缩的输沙需水研究

输沙需水是维持主槽不萎缩的重要条件。本文在考虑黄河下游非汛期冲刷、大漫滩洪水淤滩刷槽冲淤特点的基础上,根据非漫滩洪水水、沙及河道冲淤关系,研究提出了维持主槽不萎缩的输沙需水计算方法,并结合小浪底水库典型水沙调节方案,分析计算了黄河下游维持主槽不萎缩的输沙需水量变化范围。研究表明,主槽维持规模、来沙量、水沙过程是维持主槽不萎缩输沙需水的重要影响因素,小浪底水库合理调控黄河下游水沙搭配关系后,维持主槽不萎缩的输沙需水可明显减少。