2023年黄河含沙量调度探索与实践.pdf

Jan.2024 NO.1 VOL.342024年1月 第1期 第34卷CHINA FLOOD&DROUGHT MANAGEMENT中国防汛抗旱工作交流EXPERIENCE EXCHANGE2023年黄河含沙量调度探索与实践魏向阳 杨会颖 任伟 韩涵（黄河水利委员会水旱灾害防御局，郑州450003）摘要：2023年汛前，黄河水利委员会联合调度干流万家寨、三门峡、小浪底，支流陆浑、故县、河口村水库实施了黄河汛前调水调沙。此次调水调沙在调度过程中着力细化优化三门峡、小浪底水库调度，精细控制小浪底水库水位和入出库流量、含沙量，采取支流水库加大清水汇入等方式，控制下游河道含沙量在合理范围内，减少了调水调沙高含沙洪水对水生生物及其栖息地的影响，避免了发生洪峰增值过大，保证了调水调沙安全可控，完成了预案设定的各项目标。关键词：黄河调水调沙；水库调度；含沙量调度；2023年中图分类号：TV882.1；TV143文献标识码：A文章编号：1673-9264（2024）01-68-05DOI:10.16867/j.issn.1673-9264.2023458魏向阳，杨会颖，任伟，等.2023年黄河含沙量调度探索与实践J.中国防汛抗旱，2024，34（1）：68-72.WEI Xiangyang,YANG Huiying,REN Wei,et al.Exploration and practice ofsediment concentration regulation in the Yellow River in 2023J.China Flood&Drought Management，2024，34（1）：68-72.（in Chinese）收稿日期：2023-10-26第一作者信息：魏向阳，男，局长，E-mail：。通信作者信息：杨会颖，女，四级调研员，E-mail：。0 引言黄河水利委员会（以下简称黄委）已持续22年实施调水调沙，在维持下游中水河槽，减小下游漫滩风险、水库排沙减淤、河口生态补水方面取得了显著的成效。实现水库排沙减淤是黄河调水调沙的主要目标之一，排沙过程中含沙量太低会影响输沙效率，但是过高的含沙量洪水过程可能会造成河道洪峰增值，严重情况下甚至可能会造成下游漫滩，危及滩区防洪安全，是调水调沙集中排沙期需要着重考虑的安全因素。过高的含沙量洪水还会对下游局部河段的鱼类造成机械损伤和缺氧，发生“流鱼”现象。随着调水调沙效益的持续显现，社会公众对黄河调水调沙的关注度日益提高，对调水调沙的目标也有了更高的期望。2023年4月1日正式施行的 中华人民共和国黄河保护法 明确规定，“水沙调控应当采取措施尽量减少对水生生物及其栖息地的影响”。2023年年初，黄委积极响应落实要求，安排部署了相关研究工作，分析了调水调沙对水生生物的影响，提出了相应措施建议。2023年汛前调水调沙黄委实施泥沙精细化调度，创新优化调度方式及调控指标，控制出库含沙量过程，使下游水沙过程相协调，避免发生显著洪峰增值，同时尽量减少对水生生物及其栖息地的影响，取得了良好的效果。1 初始运用条件1.1 水库初始蓄水情况6月21日8时，万家寨、三门峡、小浪底、陆浑、故县、河口村6座水库合计蓄水量67.33亿m3，汛限水位以上可供调节的蓄水量38.38亿m3，其中小浪底水库汛限水位以上蓄水量29.76亿m3，满足调水调沙最小水量指标13.5亿m3的要求（表1）。1.2 小浪底水库淤积形态截至 2023 年 4 月，小浪底水库 275.00 m 以下库容为92.97 亿 m3，淤积三角洲顶点距坝 11.42 km，顶点高程为68Jan.2024 NO.1 VOL.342024年1月 第1期 第34卷中国防汛抗旱CHINA FLOOD&DROUGHT MANAGEMENT工作交流EXPERIENCE EXCHANGE218.51 m。与 2022 年同期相比，淤积三角洲顶点退后3.68 km，顶点高程抬升 7.95 m。近坝段黄河 9 断面至黄河 34 断面发生淤积，最低河底高程平均抬升约 3.12 m；库尾段黄河 40 断面至黄河 55 断面发生冲刷，最低河底高程平均下降约 4.36 m。整体来看，淤积三角洲顶点高程抬升，库区近坝段发生淤积，为水库排沙创造了有利条件。小浪底水库干流主槽最低河底高程沿程变化对照图见图1。1.3 小浪底水库泄洪排沙孔洞情况小浪底泄洪排沙及发电排水系统由3条孔板洞、3条排沙洞、3条明流洞、1条溢洪道、6条发电洞组成。其中，排沙洞和孔板洞是主要排沙通道，进口底坎高程为175 m。孔板洞运行条件为水位超过200 m，其工作闸门必须全开运用。排沙洞运行条件为水位超过186 m，220 m以上需局部开启（工程条件限制），一般控制单洞泄流量不超过500 m3/s。1#、2#、3#明流洞进口高程分别为195 m、209 m、225 m。正常溢洪道堰顶高程258 m，运行条件为水位超过265 m。小浪底水库泄洪排沙孔洞基本情况见表2。水库万家寨三门峡小浪底陆浑故县河口村合计6月21日8时水位/m976.09317.63253.63317.19531.76252.79蓄水量/亿m34.905.8743.525.775.881.3967.33汛限水位/m966.00305.00235.00317.00526.14238.00相应蓄水量/亿m32.880.8713.765.684.900.8628.95超蓄水量/亿m32.025.0029.760.090.980.5338.38泄流孔洞排沙洞孔板洞明流洞正常溢洪道发电机组孔数/条33316最大泄流能力/（m3s-1）1 500（5003）4 865（1 557+1 654+1 654）6 449（2 680+1 973+1 796）4 0501 776（2966）进口底坎高程/m1751751#195、2#209、3#2252581#4#，最低发电水位2105#6#，最低发电水位205是否可以局部开启是否明流洞闸门宜全开运用工作闸门必须全开运用项目平滩流量/（m3s-1）花园口7 300夹河滩7 300高村6 600孙口4 850艾山4 800泺口4 900利津4 700表1 汛前调水调沙主要水库初始蓄水量情况表表2 小浪底水库泄洪排沙孔洞基本情况表表3 2023年汛前黄河下游各水文站平滩流量表图1 小浪底水库干流主槽最低河底高程沿程变化对照图1.4 下游河道过洪能力2023年汛前，在不考虑生产堤挡水情况下，黄河下游各水文站的平滩流量见表3。下游平滩流量较小的河段有两个，位于孙口和利津断面附近，最小平滩流量分别为4 700 m3/s和4 600 m3/s。2 水沙调度过程2.1 调度目标维持黄河下游中水河槽；在确保后期抗旱用水安全的前提下，实现水库排沙减淤，优化水库淤积形态，并尽量减少对水生生物及其栖息地的影响；实施黄河生态调度和三角洲生态补水；检验河道整治工程适应性和数字孪生黄河建设成果应用；进一步探索水库及下游河道泥沙输移规律，丰富调水调沙理论。2.2 调度方式根据黄河中游河道来水及水库蓄水情况，为增强小浪底水库调水调沙后续动力，充分发挥水库汛限水位以上蓄水效益，并尽量减小对水生生物及其栖息地的影响，2023年汛前调水调沙采用万家寨、三门峡和小浪底水库调控为主，支流陆浑、故县、河口村水库相机配合的联合调度模式。2.3 调度技术（1）不同来源区水沙过程对接技术。以干流小浪底水0102030405060708090 100 110 120 1301301501701902102302502701999-102022-042023-04设计纵剖面距大坝里程/km最低河底高程/m69Jan.2024 NO.1 VOL.342024年1月 第1期 第34卷CHINA FLOOD&DROUGHT MANAGEMENT中国防汛抗旱工作交流EXPERIENCE EXCHANGE库泄放为主、支流水库相机配合的方式，有效利用小浪底花园口区间的清水，与小浪底水库下泄的高含沙水流在花园口进行水沙对接，塑造适宜含沙量洪水过程。（2）干流多库联合调度技术。利用万家寨水库调控影响三门峡水库入库水沙过程，并通过三门峡水库2次调控小浪底水库入库过程，人工塑造异重流，调整小浪底库区淤积形态，协调出库水沙关系。（3）小浪底泄流孔洞组合控制出库含沙量。利用不同孔洞进口底坎高程、排沙能力、闸门操作等特点，在排沙关键期，调整孔洞组合，尽量控制小浪底水库出库含沙量在合理范围内。（4）减少水生生物及其栖息地影响的调度技术。分析总结历年来调水调沙对水生生物及其栖息地影响，初步提出了控制含沙量及排沙历时、适时加大支流水库下泄流量、加强鱼类庇护所生态环境保护等措施。2.4 调度过程根据水库蓄水和河道来水预测，综合考虑下游滩区麦收、鱼类产卵期、7月上旬“卡脖子旱”用水等因素，2023年汛前调水调沙自6月21日开始，较往年开始时间推迟2 d。7月16日，利津站水沙过程基本入海，调水调沙结束，整个过程历时约25 d。其间，小浪底、西霞院水库联合调度，最大下泄流量为4 400 m3/s。陆浑、故县、河口村水库在小浪底水库集中排沙期配合泄放清水，最大下泄流量分别为55 m3/s、300 m3/s、120 m3/s，稀释干流高含沙水流，为水生生物提供庇护所，尽量减小调水调沙对水生生物及其栖息地的影响。东平湖结合大汶河洪水防御，向黄河排洪0.5亿m3，补充调水调沙后期艾山以下河段水沙动力。（1）万家寨水库。万家寨水库自6月11日起逐步抬升水库水位，按照不超正常蓄水位977 m运用，为调水调沙提供后续动力。自7月4日6时起，万家寨、龙口水库联合调度，出库流量按1 800 m3/s均匀下泄至汛限水位以下。（2）三门峡水库。为增加调水调沙后续动力，在小浪底水库降至对接水位之前，三门峡水库按不超过318 m运用。自7月6日18时起按2 000 m3/s、3 000 m3/s、3 700 m3/s由小到大泄放。为维持小浪底水库低水位排沙，自 7 月 7 日10 时、7月8日6时分别压减至3 000 m3/s、2 500 m3/s下泄。为兼顾水库排沙减淤，自7月8日13时、17时按3 000 m3/s、4 000 m3/s泄放至水库泄空。（3）小浪底水库。小浪底、西霞院水库联合调度，整个调度过程分为清水下泄和集中排沙两个阶段。清水下泄阶段：6月21日9时，按照2 500 m3/s下泄，控制花园口站2 600 m3/s，调水调沙正式开始。22日8时、23日8时、24日8时，分别按照3 400 m3/s、3 900 m3/s、4 400 m3/s逐级加大下泄流量，泄放水库蓄水，4 400 m3/s 流量持续7 d。7月1日6时，小浪底水库降至汛限水位以下，8时起，按4 000 m3/s下泄。之后，为控制小浪底库水位平稳下降，满足水库调度规程要求，水库逐级压减下泄流量，7月2日8时、7月3日8时、7月4日20时、7月5日19时起分别按3 500 m3/s、3 000 m3/s、2 600 m3/s、1 800 m3/s下泄。集中排沙阶段：7 月 6 日 14 时小浪底出库含沙量为31 kg/m3，之后，出库含沙量快速上涨，6日18时，小浪底水库出库含沙量上涨至206 kg/m3。由于水库短时集中排沙，小浪底低水位库容淤积分布发生较大变化，为加快水位降速，7月6日20时、22时，分别加大至2 000 m3/s、2 500 m3/s下泄。7月7日2时，库水位最低降至216.44 m，实现与三门峡大流量泄放过程对接。7日9时30分，全开2#孔板洞，全关1#明流洞，出库含沙量进一步上升，10时48分小浪底水库出库含沙量达到最大值为442 kg/m3。为增强小浪底水库排沙效果，充分考虑洪峰增值影响，自7月7日16时、7日23时、8日6时起逐步加大下泄流量，分别按照3 000 m3/s、3 300 m3/s、3 500 m3/s控泄。为增强排沙效果，8日20时起，按2 700 m3/s下泄（3个排沙洞、1个孔板洞组合，明流洞关闭）。考虑黄河下游引黄涵闸拉沙需要，自7月10日10时起按 1 800 m3/s 下泄，11 时起按 800 m3/s 下泄，16 时起按400 m3/s下泄。7月11日8时，小浪底水库回蓄至223.36 m，为后期可能发生的旱情储备应急水源，结束调水调沙调度过程。小浪底水库调度过程见图2。整个调水调沙期，花园口站最大流量4 600 m3/s（7月1日6时36分），最大含沙量62.4 kg/m3（7月8日12时）。西霞院水库从7月2日8时开始降低库水位，7月4日14 时降至排沙限制水位 131 m 以下，为水库排沙创造条件。（4）支流水库。陆浑水库：6月19日15时至7月11日8 时，按55 m3/s下泄，之后转入汛期正常运用。故县水库：初期按照108 m3/s满发流量下泄。7月3日，洛河卢氏站出现涨水过程，故县水库10时起按200 m3/s下泄。为加快泄70Jan.2024 NO.1 VOL.342024年1月 第1期 第34卷中国防汛抗旱CHINA FLOOD&DROUGHT MANAGEMENT工作交流EXPERIENCE EXCHANGE洪，同时提高稀释干流高含沙水流效果，6日19时起加大至300 m3/s下泄，有效发挥了稀释干流高含沙水流，减少对水生生物及其栖息地影响。7月10日22时水位降至汛限水位526.14 m以下，转入正常防洪运用。河口村水库：自6月28日15时起，按120 m3/s下泄，6月30日11时30分水位降至 247 m，转入进出库平衡运用。7 月 6 日 8 时起，再次按120 m3/s下泄，稀释干流高含沙过程，尽量减少调水调沙对水生生物及栖息地影响。7月8日21时水位降至汛限水位238 m，之后转入正常防洪运用。（5）东平湖。7月12日，预报大汶河流域将发生强降雨过程，11时10分，东平湖老湖开始预泄。整个调水调沙期，最大入黄流量241.8 m3/s，入黄水量0.5亿m3。3 水沙调控效果分析（1）水库排沙减淤。调水调沙期间，潼关来沙量0.014 亿 t，三门峡、小浪底和西霞院水库排沙量分别为0.463亿t、1.361亿t和1.218亿t。三门峡库区冲刷0.449亿t；小浪底水库排沙比294%，库区冲刷0.898亿t；西霞院库区淤积0.143亿t。小浪底水库最低库水位216.44 m。（2）河道冲淤变化。调水调沙期间，利津入海水量52.29亿m3、沙量0.533亿t，黄河下游河道发生淤积，淤积量为0.621亿t。各河段冲刷、淤积交替发生，其中西霞院花园口段为主要淤积河段，淤积量为0.568亿t；卡口河段孙口艾山段发生微淤，淤积量为0.008亿t。泥沙主要淤积在花园口以上的宽河段，不影响卡口河段的排洪能力，利用年际泥沙接续调节技术实现下游河道排洪能力的维持。（3）含沙量控制情况。整个调水调沙期，7月7日10时48分小浪底水库出库含沙量达到最大值为442 kg/m3。含沙量在200 kg/m3以上的时间持续了近25 h。7日11时西霞院站最大含沙量为398 kg/m3，高含沙水流在西霞院库区坦化衰减，200 kg/m3以上含沙量持续时间降低至14 h。花园口站最大含沙量 62.4 kg/m3，50 kg/m3以上含沙量持续时间38 h，完成了预定的含沙量控制目标。调水调沙期含沙量控制过程见图3。（4）洪峰增值。在历次调水调沙中，发生明显洪峰增值的年份有9 a，其中，2010年洪峰增值幅度为2 933 m3/s，增值流量最大。近年来，对洪峰增值的水动力学机理研究日益深入，认为小浪底水库异重流排出的极细高含沙洪水在下游河道输移的过程中，引起河道糙率变小,是造成洪峰异常增值的根本原因。此次调水调沙期间，高含沙水流向下游演进过程中，花园口站出现洪峰流量4 070 m3/s，洪峰流量较西霞院、黑石关、武陟站之和增加891 m3/s，洪峰增值率为28%。（5）水生生物影响及河口生态补水效果。本次调水调沙期间，累计向清水沟、刁口河流路合计引水1.70亿m3，为三角洲湿地保护修复和生物多样性提升提供了有力的水资源保障。小浪底水库集中排沙期，受库区泥沙下泄冲击力和高含沙量影响，“流鱼”现象集中在小浪底坝下至西霞院库尾河段，伊洛河和沁河水库在小浪底集中排沙期加大了下泄流量，促进了入黄口以下干流河段清水带的形成，改善了鱼类栖息生态环境，完成了调水调沙生态调度目标。4 认识与启示（1）干支流水库联合调度取得了新成效。此次调水调沙在调度过程中实施出库含沙量过程控制，通过精细调整小浪底水库泄流孔洞组合、控制小浪底水库水位、入出库流量、含沙量等方式，控制小浪底出库含沙量在合理范围图2 小浪底水库调度过程图图3 调水调沙期含沙量控制过程图50010015020025030035040045050007-04 07-06 07-08 07-10 07-12 07-14 07-16 07-18日期（月-日）含沙量（m3s-1）小浪底站西霞院站花园口站26025525024524023523022522021521050001 0001 5002 0002 5003 0003 5004 0004 5005 00006-2106-2406-2706-3007-0307-0607-0907-12时间（月-日）流量/（m3s-1）三门峡流量过程调令过程小浪底流量过程库水位变化过程水位/m71Jan.2024 NO.1 VOL.342024年1月 第1期 第34卷CHINA FLOOD&DROUGHT MANAGEMENT中国防汛抗旱工作交流EXPERIENCE EXCHANGEExploration and practice of sediment concentration regulationin the Yellow River in 2023WEI Xiangyang,YANG Huiying,REN Wei,HAN Han(Bureau of Water and Drought Disaster Prevention,YRCC,Zhengzhou 450003)Abstract:Before the flood season in 2023,the Yellow River Conservancy Commission jointly dispatched Wanjiazhai,Sanmenxiaand Xiaolangdi reservoirs on the main stream,Luhun,Guxian and Hekoucun reservoirs on the tributaries of Yellow River toimplement pre-flood water and sediment regulation.In the process of water and sediment regulation,efforts had been made torefine and optimize the regulation of Sanmenxia and Xiaolangdi reservoirs.The water level,inflow and outflow,and outflowsediment concentration of the Xiaolangdi reservoir had been carefully controlled,and measures such as increasing the inflow ofclean water from tributary reservoirs had been taken to control the sediment concentration of the downstream river within areasonable range.The impact of high sediment content floods on aquatic organisms and their habitats had been minimized,whileavoiding excessive flood peak appreciation and ensuring the safety and controllability of water and sediment regulation,and allthe goals set in the contingency plan were completed.Keywords:Yellow River water and sediment regulation；eservoir regulation；sediment concentration regulation；2023编辑 姚力玮内，避免下游河道含沙量过高和发生显著洪峰增值。在小浪底水库集中排沙期，相机调度支流陆浑、故县、河口村水库下泄清水，稀释干流河道内高含沙水流，减小了对下游河道内水生生物及其栖息地的影响，调水调沙生态化调度水平得到提升。（2）库区高含沙洪水演进规律还需进一步研究。本次调水调沙暴露出小浪底水库高含沙泄流值与小浪底站测验结果差别较大、小浪底库区支流水文站网密度不够、支流拦门沙演变和库区冲淤监测能力不足等问题，尚不能满足调水调沙精准调度需要。下一步要加强调水调沙期间小浪底水库库区水沙监测，进一步率定高含沙水流工况孔洞泄流能力，提高全天候水沙测验能力，为调水调沙的精准调度提供技术支撑。（3）持续开展调水调沙，减轻小浪底水库及下游河道泥沙淤积。小浪底水库在黄河中下游防洪减淤格局中具有关键地位，其拦沙库容弥足珍贵。2023年汛前调水调沙期间，小浪底水库排沙1.361亿t，为历年汛前调水调沙最高，水库冲刷0.898亿t，有效地恢复了水库库容。今后，随着小浪底水库拦沙库容的淤损，应创造条件接续开展调水调沙，尽量减轻小浪底水库及下游河道泥沙淤积，维持下游中水河槽行洪输沙能力。参考文献1 黄河防汛抗旱总指挥部办公室.黄河调水调沙调度规程R.2015.2 张琳琳，娄书建，白少智，等.三门峡水库渭河下游库区近期水沙及河道冲淤分析J.中国防汛抗旱，2022，32（12）：62-67.3 水利部小浪底水利枢纽建设管理局.小浪底水库调度规程R.2009.4 张金良，魏军.黄河实施洪水泥沙管理的实践与探索J.中国防汛抗旱，2007（2）：16-20.5 龚志惠，李红霞，王金星，等.基于物理机制的黄土高原小流域水沙模型构建与模拟研究J.中国防汛抗旱，2022，32（8）：8-14.6 江恩惠，赵连军，韦直林.黄河下游洪峰增值机理与验证J.水利学报，2006（12）：1454-1459.7 李美玉，李兆瑞.调水调沙对黄河入海口垦利段影响效果分析研究J.中国防汛抗旱，2022，32（S1）：151-154.72