黄河调水调沙简论

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2013/12/3,#,黄河调水调沙简论,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,1,1999,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,输沙能力模型,游荡段,=0.000189,(1),弯曲段,=0.000113,(2),第一造床流量和人造洪峰,=,(3),=,(4),第一,造床流量的意义,-,塑造纵剖面的代表流量。,人造洪峰的意义,：设,来水,400,亿，,一种过程每天为日平均流量,1268,m/s,。设,来水为,400,亿,m/s,，另一种,80,天为,4000,m/s,，其余为,500,m/s,。,后者输沙能力较之前者大,0.889,倍。这是人造洪峰的道理。调水调沙不是简单的人造洪峰,。,（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,以往,一些资料表明，在一定条件下会出现“冲河南淤山东”,汛期,淤,河南、冲山东 大流量为主,2600m/s,大流量异重流裹挟大量泥沙，过流断面,大，流速小，水流挟沙力一般远小于水流含沙量，处于超,饱和状态导致泥沙在此淤积，到了山东段过流断面小，流速大，,水流挟沙力一般,远大于,水流含沙量，,处于不饱和状态，异重流下切河槽将山东段泥沙带入海，不平衡输沙导致於河南、冲山东。,非,汛期冲河南、淤,山东 中小流量为主,800-2600m/s,小流量上游来沙少，冲河南段泥沙到山东，到了山东段流速低 不能形成,主流水流,散,、,乱、浅、,慢,，,水流挟沙力,一般小于,水流含沙量，处于超饱和状态导致泥沙,在此淤积。山东,河道河槽宽度仅及河南段,的,左右，输沙能力低，,此冲河南淤山东，曾经是小浪底工程上马时最担心的问题之一。,（六）第二造床流量与,洪峰流量,第二造床流量,第二造床流量反映了洪水期间对冲积河流横剖面的塑造作用,其中,即为第二造床流量，与最大洪峰,5,天造床流量密切相关，当最大洪峰流量小于,4000m/s,时两者基本相等，也就是说最大洪峰流量的,5,天均值即为第二造床流量。,平滩,流量,是与河漫滩滩唇即将被淹没或刚被淹没时相对应的,流量，是第二造床流量的滞后表现，通过冲於可使平滩流量接近第二造床流量。但在径流减小的过程中由于平摊流量滞后，第二造床流量小于平滩流量。,也只有当水位平滩时，造床作用才最大，因为当水位再升高漫滩时，水流分散，造床作用降低，水位低于河漫摊时，流速较小，造床作用也不强。,（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（,D0.05mm,）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,5,次,调水调沙，利津平均流量,2425m/s,，平均,含沙量,19.28kg/m,。,每排,1,吨沙耗,水,51.9m,。,而小浪底水库,运用,12,年,，利津平均含沙量,11.34kg/m,，,每排,1,吨沙，耗水,88.1m,。,若除去调水调沙外的输沙量，则不调水调沙的利津含沙量为,10.90kg/m,，,排,1,吨,沙，,耗水,91.7m,。,排,沙入海的效益达到了以往水平,5,次,调水调沙下游河道排沙比为,19.28/5.94=3.25,。而按水库排沙比,0.167,，则按三门峡水库运行的,公式,，,下游河道排沙比为,3.30,。,出,利津含沙量与以往同流量的水平一致,Q=2000m/s3000m/s,的,10,场洪水，三黑小含沙量,8.93kg/m,，,利津,21.8kg/m,。调,水调沙，小浪底含沙量,5.94kg/m,，,利津含沙量,19.28kg/m,。,1,1999,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,。,2,2002,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,。,3,196