黄河调水调沙简论.pptx

一 、引言二、调水调沙的实践基础及理论根据 三、调水调沙的效果四、进一步发挥调水调沙的巨大潜力 一 、引言 11999年小浪底水库蓄水以来20022006年黄河开展了5次调水调沙，取得了很大效益。 2对于调水调沙这个重大措施，在社会上不少人并不理解，有一些议论，在水利工作者中也颇有微词。 3潜力有多大？伴随着一定的配套工程可能使黄河下游做到基本不淤。 二、调水调沙的实践基础及理论根据 黄河下游河道及其输沙能力是异常复杂的，很多现象具有两面性，人们的印象往往是偏向了一面。若从全面考虑，改造不利的一面，就可看出调水调沙的根据。改造不利的一面，加强有利的一面，正是调水调沙的任务。 二、调水调沙的实践基础与理论根据（一）黄河下游输沙能力（二）堆积性与洪峰时期的巨大输沙能力（三）游荡性与平衡趋向性（四）多来多排的依据（五）“冲河南、淤山东”，还是“淤河南，冲山东”（六）第二造床流量与洪峰流量（七）塑造人工异重流排沙（八）小浪底及二级悬河卡口人工扰沙（九）小浪底拦粗砂排细砂 （一）黄河下游输沙能力 （二）堆积性与洪峰时期的巨大输沙能力黄河的堆积性这是不争的事实。但是另一方面洪峰的输沙能力又很大。 洪峰时平均含沙量是约为多年含沙量均值的1.5倍，洪水时期用多年总水量的48.5%排出的沙量占多年来沙总量的67.3，如果按此比例用73%的水量就可以排走剩余的来沙。（统计90年10月-95年10月水情沙情）按照这种有利条件下的输沙能力，足以输走全部来沙，水少沙多的难题可以通过人为搭配的条件下解决。 （三）游荡性与平衡趋向性黄河下游有世界著名的游荡性河段，支汊纵横，主支交替，变化迅速。但河道在长期塑造过程中，自动调整的作用大，故不断趋向平衡。不同河型的平衡：在不引水，不漫滩，不考虑高含沙量的条件下，上下河段输沙能力几本相同。不同流量河段下游输沙量调整也围绕平衡点进行。 （四）多来多排的依据冲淤使挟沙能力级配发生差别，可使淤积时挟沙能力为冲刷的1.111.25倍。不平衡输沙的影响，淤积时挟沙能力较之平衡约大1.3%，冲刷时约小9.6%。在一般条件下，除去高含沙量，综合估计三者的为：淤积时较挟沙能力较之平衡约大1.3倍；而冲刷约为平衡的69%。即冲淤挟沙能力变化较之平衡约30%左右。这个结果基本上可以解释含沙量多值性。如按多次普通洪水利津含沙量363kg/m 为平衡值，则冲刷含沙量约为25kg/m ，淤积约为47.2kg/m 。多来多排在理论上是有根据的。也是调水调沙应全面利用的：当必需扩大断面，加大平滩流量，则要冲刷河槽；否则应安排平衡输沙，甚至在一定控制条件下采用超饱和输沙。 （五）冲河南、淤山东，还是淤河南，冲山东 （六）第二造床流量与洪峰流量 （七）塑造人工异重流排沙异重流：两种或者两种以上比重相差不大、可以相混的流体，因比重的差异而发生的相对运动。即：如果一种流体沿着交界面的方向流动，在流动过程中不与其它流体发生全局性掺混现象的流动。由于水流挟带泥沙而形成的异重流称浑水异重流。流进水库的浑浊河水成舌状水流潜入库底，在水库清水之下沿库底向前运动，形成水库异重流。人工异重流的产生需要三个条件：一是必须有相应的流量过程；二是水流过程中应有一定的含沙量，且其中还要有相当含量的细沙；三是一定要有后续动力。调水调沙试验中人工异重流的塑造将由万家寨、三门峡、小浪底三座水库共同接力完成。按照设计原理，当小浪底库水位降到一定程度时，库区尾部将实施泥沙人工扰动。同时，计算好泥沙下沉速度和随水流的前进速度，适时打开小浪底水库以上的三门峡和万家寨水库，塑造一定流量的人造洪峰，再与库尾的泥沙叠加形成高含沙水流，当这种水流遇到库区内的清水时，便会形成异重流。其后，泥 沙将随异重流被推至坝前、排出库外。异重流能否形成，三座水库的时空对接至关重要。 （八）小浪底及二级悬河卡口人工扰沙一级悬河，泥沙淤积使得河床平均高出地面4到6米的河段。二级悬河，指黄河大堤内本已高出地面的河床上于是又抬升出了一条新的悬河。近年来，黄河来水量减少，同时河滩上建起的生产堤等一些建筑又使河道越来越窄，河水带来的新泥沙绝大部分都淤积在了主河槽中。人工扰沙就是借助河水已有的势能，辅以人工扰动河床土质，促进河床泥沙启动，实现人工扰沙与人造洪峰演进在时空上准确对接，而通过黄河干流万家寨、三门峡、小浪底三座水库的联合调度，可以实现水沙对接。要想冲掉小浪底水库尾端的淤积三角洲，就要实现三门峡水库泄水时间与小浪底水库水位高低的对接。三门峡水库泄水太早，能量有可能被小浪底库区的深水层消减，也不利于人工扰沙的开展。只有将小浪底水库水位降到合理高度，水能和人工两股力量才能形成合力。 其次，要想实现冲淤要求，必须形成连续的泄流动力，三门峡水库水量不够，就得从万家寨水库“接力调水”。因而，万家寨和三门峡水库泄水时间也要实现对接。而小浪底水库泄水的时间、泄量、含沙量控制，则关系到下游两个“卡口”河段人工扰沙的成败，必须在准确测算洪水演进时间、挟沙量等参数基础上，实时启动扰沙设备对淤积河床进行猛烈扰动，达到河道减淤冲刷的目的黄河下游的主河槽在急剧萎缩，主河槽变小了以后，就使得较小的流量就容易漫滩。洪峰经过卡口时，必然要卡住。集中在河南范县和山东梁山县河段两个二级悬河最严重的地方扰沙。目的就是扩大这两个卡口段主槽的过流行洪能力，使一定的水不要在这个地方形成大的漫滩。结合万家寨三门峡所放的清水洪峰，在二级悬河最严重的河段进行泥沙的扰动，实现河床下切，从而最大限度输沙入海。 （九）小浪底拦粗砂排细砂泥沙淤积过程中，粗砂淤积快，细砂淤积慢。拦粗阻细，粗沙（D0.05m m）占总沙量低于0.021时，挟沙能力加大6倍，增大到0.048时，挟沙能力增加2.2倍。 三、调水调沙的效果 (一)加大了冲刷入海的沙量 (二)减缓了小浪底上下游的淤积 ，降低了下游河道洪水位 (三) 加大了山东河段冲刷的比例，避免了“冲河南、淤山东” (四) 扩大了断面，加大了平滩流量 (五) 调水调沙的其它效益 (一)加大了冲刷入海的沙量 11999年2002年未调水调沙，除花园口和利津同流量水位有所降低，其余四站，同流量水位则完全相反，不是降低，而是有所抬高。即令是清水下泄，却抬高了水位，可见细水长流而不调水调沙(加大流量)是不行的。22002年调水调沙后，六站的水位均有明显降低。3至2006年，大流量水位流量关系迅速平缓，即小的水位增加，可获得很大的流量增加。这正是扩大造床流量和平滩流量的好机会。(二)降低了下游河道洪水位，减缓了小浪底上下游的淤积 小浪底水库淤积减缓，下游主槽变化不大2011年10月-2012年10月，黄河下游（西霞院至利津，下同）河道总体表现为冲刷，总冲刷量0.994亿立方米；小浪底总体表现为淤积，共淤积泥沙1.325亿立方米。 2012年10月与上年同期相比断面主槽略有左移，其余断面冲於变化不大。2012年破车庄断面（134.4公里）冲於变化较为明显，主槽向左扩展一公里。（图25）整个下游，普遍是一个萎缩的趋势，但经过16次调水调沙，大部分的河段河槽有所扩大。 黄河5断面距坝6.54公里黄河17断面距坝27.19公里 黄河23断面距坝37.55公里黄河25断面距坝41.1公里 黄河39断面距坝67.99公里黄河47断面距坝88.54公里 黄河花园口（距小浪底坝下129.7公里）黄河丁庄距坝下201.5公里 孙口（421.3公里），大田楼（431.2公里） 泺口（587公里）破车庄（134.4公里），主槽向左扩展1公里 (三) 加大了山东河段冲刷的比例，避免了“冲河南、淤山东” 1前述1999年至2002年未实施调沙前，尽管下泄清水，夹河滩艾山同流量水位发生抬高，就是一种“冲河南、淤山东”的现象。幸好，调水调沙后，山东河段不仅发生了冲刷，而且比例为14.03较之三门峡运用期间的9.13%偏大53.7%。而且是全下游河道均衡冲刷，反映出水位降低下全河段基本一致。 2据表6，若去掉5002000m /s以下的流量，则山东河段输沙能力基本上均大于河南段，所以调水调沙加大其冲刷河槽是必然的。 31960年至1996年资料进一步表明，汛期“淤河南，冲山东”枯期则相反。可见加大山东河段的冲刷，就要尽量避开中小流量。 (四) 扩大了断面，加大了平滩流量 2调水调沙在加大平滩流量上非常有效全河冲刷较均匀集中主槽，最新资料显示刷槽明显，2012年最小平滩流量4100m /s。尽管5次调水调沙总冲刷量2.76亿t，占总冲量13.23亿t的21%，但是由于大流量冲刷是窄段冲的多，宽段冲的少，甚至淤积，实际是实现泥沙搬家。实际窄段冲刷量是远大于2.76亿t。这正是平滩流量普遍加大(实际是窄段加大多)的原因。这正是调水调沙能大幅加大平滩流量的原因。可见调水调沙最大效果在于利用大流量冲刷改善了900km的河道，使平滩流量增加1000m /s2000m /s。大大减少了中小流量对滩区的淹没，避免了小浪底水库中小洪水蓄水带来的防洪风险。 (五) 调水调沙的其它效益调水调沙对水库淤积有一定改善作用，表现在：调整了水库淤积部位，将变动回水区的部分淤积泥沙冲刷(变动回水区最大冲深10m -18m )至常年回水区，减缓了水库淤积翘尾巴。同时加大了细颗粒泥沙出库，特别是促进了异重流和浑水水库泥沙排泄，并制造了人工异重流。总之，减缓了淤积，改善了淤积部位。此外，下游河道河槽冲深，对某些河段有缓解“二级悬河”的不利势。可见此时调水调沙的目的，就是扩大造床流量，改善河道，使上下河段均匀冲刷，尽可能解决这个防洪瓶颈。根据近些年来水少的条件，要求将平滩流量扩大到3500m/s4000 m/s。 设要求扩大至3800m /s，按平均流速2.00m /s,若流量平均扩大2000m /s，应扩大过水面积1000m 。则按河长900km ,河槽要平均冲刷9.00亿m，相当于冲刷12.15亿m。小浪底水库实际运行7年，下游河道实际冲刷13.23亿m，最小平滩流量也达到了3500m /s。此值略小于要求扩大的平滩流量3800 m /s是合理的，因为有一部分冲刷是扩大了平滩流量已经很大的断面。可见前几年调水调沙围绕扩大平滩流量、改善河道进行，不仅仅是减少下游河道淤积。这是完全正确的。这种利用调水调沙来治理黄河下游河道，已远不是（水库）拦沙和减（少下游河道）淤。它是治黄思想的一种升华，也是世界河道整治工程的重大创新。 四、进一步发挥调水调沙的巨大潜力 （一）调水调沙的巨大潜力通过调水调沙，完全有可能使黄河下游恢复到1960年的情况。调水调沙的设想方案如下。采用调水调沙的水量为全年的75%，以利津平均流量2468m /s排走含沙量36.3kg/m 为标准。虽然来水来沙与利津的不尽相同，但平均而言，差别显然较小。以利津做标准，条件更严格一些。当用75%的水量可能排走的沙也是较大的。它们的差别在于径流量愈小，不仅输走的沙量少，而且枯季水量少，平均流量小。采用75%的水量调水调沙，是有可能解决黄河下游河道不断淤高的问题。 （二）充分发挥调水调沙潜力的条件若要用75%来水排走全部来沙，需要一定条件。主要的有两个方面：认识上观念上的转变；相应的可行性研究和工程配套设施。 1、观念上的转变。尽管调水调沙已经六年，取得了巨大的经济社会效益，但是社会上以及在部分水利工作者中，限于以往的经验尚不够理解，有的颇有微词。因此促使一些观念转变是很必要的。这包括：（1）充分认识黄河下游河道的两面性，并尽可能利用其有利的一面；如堆积性与洪水时的巨大输沙能力；游荡多变与平衡的趋向性；多来多排多淤及挟沙能力的多值性；“冲河南，淤山东”或者相反等。（2）在掌握了黄河输沙和演变规律后，在相应的工程条件下，是可以对它控制的。几年的调水调沙，证实了在一定条件下，可以将原来的减淤任务上升了一个台阶，做到了改善河道，并且从今后远景看，通过研究和试验，调水调沙有可能使下游河道做到相对平衡，或者几乎没有淤积，再上升一个台阶。 2配套工程的实施。要大规模调水调沙，目前的水库工程远不配套。调水调沙的最大困难是调沙，为此，要有大的水库蓄水、蓄沙、冲沙。因此有效的调水调沙，至少要有两个大的水库，特别是需要制造较高含沙量和洪水时，尤其如此。例如从万家寨 三门峡水库提供水，小浪底水库提供沙，制造30kg/m 40kg/m 含沙量洪水，并且顺利向下输送是不难的。为此要争取新的水库上马。当然在新水库上马前，也应想法在可能条件下，利用现有水库，扩大调水调沙十分规模。人工扰沙清淤，调水调沙共设有个扰沙点，分别位于小浪底水库库尾、河南范县李桥河段、山东梁山县小路口河段。在小浪底库区尾部，布设了艘装有空气压缩机和高压喷嘴的扰沙船，可在离泥沙淤积面.米左右的上方实施高压冲击，将该区域淤积泥沙充分扰动起来。而在河南范县和山东梁山县河段，个由泥沙扰动作业船及各类 机械构成的扰沙平台已布设完毕。 謝謝！