小浪底水库在黄河水资源优化配置中的运用

□邓从响（水利部小浪底建设管理局）

□赵 青（河南黄河河务局）

□常婧华 □任 涛（水利部小浪底建设管理局）

1.小浪底水利枢纽概况

小浪底水利枢纽是黄河干流最末一级水利枢纽工程，上距三门峡水库130km，下距郑州花园口128km。水库总库容126.5亿m3，其中淤沙库容75.5亿m3，长期兴利库容51亿m3，设计年入库水量279亿m3，入库沙量13亿t，设计任务是以防洪（包括防凌）、减淤为主，兼顾供水、灌溉、发电，除害兴利，综合利用。

2.小浪底水利枢纽对黄河水资源优化配置的作用

黄河天然来水过程与下游用水过程极不匹配。1950-1989年，黄河花园口断面年平均来水446亿m3，其中春灌期（3-6月）来水量96亿m3，只占全年水量的21.5%；汛期（7-10月）来水241亿m3，占全年的54%。黄河下游引水90%用于农业灌溉，3-6月是全年的引水高峰，占全年的54%，而汛期引水只占全年的35%。小浪底水利枢纽建成前，仅有三门峡水库调控下游水量，调节能力有限，导致黄河下游经常断流。从1972-1997年的26年间，有20年发生断流，1997年断流达226d，对黄河下游经济、社会及生态产生严重的影响。

小浪底水利枢纽处于控制黄河下游水沙的关键部位，控制黄河流域面积的92.3%，具有较大库容（初期调节库容达100亿m3，正常运用期调节库容51亿m3），可以充分调节年内水沙过程，通过移峰填谷，年平均增加下游供水量40亿m3左右，并可以有效保持下游河道生态水量，避免河道断流。所以说，小浪底水利枢纽为黄河下游水资源调度管理提供了条件，对实现黄河水资源优化配置，避免黄河断流发挥了关键作用。

3.小浪底水利枢纽水量调度方式

小浪底水利枢纽水量调度由黄委会水资源管理与调度局（简称黄委水调局）负责，发电调度由河南电网负责。小浪底建管局按“以水定电”原则协调水电调度关系，调度枢纽泄洪孔洞满足水调指标要求。黄委水调局根据黄河水量趋势预报，结合沿黄省区用水需求，制定小浪底水利枢纽逐日泄水计划，并对泄水控制提出了极高的要求，要求日均流量误差<10%（最小2%），旬均流量误差<5%。小浪底建管局枢纽调度中心全年昼夜值班，密切监视枢纽运行情况，接到黄河水调指令后，首先协调河南电网，调整小浪底电厂发电运行方式，尽量通过发电满足泄水要求；如果发电量不足，则调度泄洪洞补水满足黄河水调指标要求。

4.小浪底水利枢纽水量调度实现的几个关键环节

4.1 确保闸门操作精度，精细控制下泄水量

一是对泄洪洞的泄流能力曲线进行滤定，提出精确的水位、开度、流量关系模型，为精确调度提供基础条件；二是水工闸门采用计算机监控，缩短闸门操作时间，提高了闸门操作精度；三是开发下泄流量自动监测系统。在西霞院枢纽下游3km处的稳定河道上，采用自动水位计和水尺连续观测水位，通过断面水位流量关系换算成瞬时流量过程及任意时段日均流量，图表对照，形象直观。当实际下泄流量偏差较大时，系统自动报警，值班员根据情况及时调整孔洞运用。

4.2 协调水量调度与发电调度关系

小浪底水利枢纽水调与电调协调任务十分艰巨。小浪底建管局主要采取以下措施：一是积极向黄委水调局及河南电网通报水调及电调信息，增进水调与电调的相互理解，互相兼顾；二是及时将水调指令通报电网调度部门，并制定小浪底电厂日发电量及负荷过程申请，协调河南电网按计划安排小浪底机组发电，满足水调指令要求；三是如果小浪底电厂发电量较大，及时协调电网按申请计划安排小浪底机组发电，如果电网安排小浪底电厂日发电量较小，则采用泄洪孔洞补水，满足水调指令要求；四是每年夏、冬两季，电网负荷及调峰压力沉重，电网经常超计划安排小浪底机组发电。为确保执行水调指令，小浪底建管局采取压缩发电计划的措施，按下泄水量实际发电能力的80%～90%安排日发电计划，剩余10%～20%作为电网超计划发电的备用；在日调度运用中，实时对发电情况进行分析预测，逐级安排泄洪洞补水，精确满足水调指令要求；五是当电网出现异常情况时，协调黄委水调局，临时调整水调计划，尽可能帮助电网克服困难。

4.3 严格控制泄水含沙量

小浪底水利枢纽水调指标除限制流量外，还有含沙量要求。小浪底水利枢纽汛期来水均为浑水。当入库流量、含沙量达到一定量级时，含沙水流就会以异重流形式运动到坝前，形成浑水水库；这时底孔泄流就是高含沙水流，如果控制不好，会对下游河道减淤产生不良影响。另外在非汛期，由于汛期坝前泥沙未及时排出，坝前泥沙淤积较高，如果采用底孔补水，也会导致泄水含沙量超标。

针对上述问题，小浪底水利枢纽采取低、中、高孔及发电流量的组合搭配措施，满足流量及含沙量双控指标要求。

4.4 统筹洪水资源与减少水库淤积关系

泥沙问题是小浪底水利枢纽运用的核心问题。如果小浪底水库泥沙淤积过快，水库寿命就会缩短；另一方面，如果小浪底水库任意排放泥沙，黄河下游河道就要淤积萎缩；所以，在制定小浪底水利枢纽水调指标时，要统筹水库及下游河道减淤因素综合确定。

目前小浪底水利枢纽下泄流量与含沙量的搭配关系尚处于探索中，而且其搭配关系随着水库及下游河道形态演变而不断变化。根据研究，黄河下游流量<800m3/s时，对下游河床影响较小；流量>2600m3/s时，可直接携沙入海，使黄河下游全线冲刷（或微冲不淤）；流量在800～2600m3/s之间时，将造成泥沙搬家，冲河南淤山东，对下游河道减淤不利。

目前小浪底水利枢纽水沙控制的原则是：一是当有高含沙水流入库时，在水量许可的前提下，小浪底水利枢纽尽量进行调水调沙运用，利用上游来水及水库蓄水按控制花园口流量>2600m3/s持续>6d下泄，利用大水拉沙，减少水库及下游河道泥沙淤积；二是当小浪底水库库尾泥沙淤积时，可利用天然来水及三门峡水库蓄水人造洪峰，冲刷库尾泥沙，调整水库泥沙淤积形态；三是由于水库异重流沿程分选作用，小浪底水库坝前泥沙极细，水流对该泥沙的携带能力很大。所以，当小浪底水利枢纽下泄流量<800m3/s时，也允许一定含沙量下泄。目前正在探索800m3/s流量以下的水沙搭配模型，尽可能实现“小水带小沙”。这样，小浪底水利枢纽泄水就可以长期水沙搭配运用，既减少水库泥沙淤积，保持塔前漏斗形态，又不增加下游河道淤积。

4.5 洪水资源化，增加水资源利用率

小浪底水利枢纽水量调节作用有两方面，一是调节年内来水过程，增加水资源利用率；二是按下游生活、生产、生态用水需求调节下游河道流量，实现水资源优化配置。在调节年内来水过程，增加水资源利用率方面，实现洪水资源化是很重要的内容。

小浪底水利枢纽实现洪水资源化有以下有利条件：一是20世纪80年代以来，黄河上游降雨减少6.7%，沿黄工农业用水量迅速增加，加之干支流水库——特别是龙羊峡、刘家峡水库的拦蓄作用，黄河径流面貌发生了很大改变，黄河中游洪水基流大大减小，导致黄河中游洪水峰、量大大减小，小浪底入库洪水峰量也相应的减小，这样，总体上小浪底水库防洪库容趋于宽松，为洪水资源化提供了基础条件；二是小浪底水利枢纽75.5亿m3淤沙库容尚未占用，水库可调库容达100亿m3，也为洪水资源化提供了条件；三是入库泥沙减少。2000-2011年小浪底水库年平均入库沙量3.31亿t，较设计平均多年均值减少约74%。由于入库含沙量减少，汛期适当拦蓄洪水对水库淤积影响较小。

黄河中下游发生大洪水主要在7月下旬至8月上旬，这期间由于降雨强度较大，入库含沙量也较大。为确保黄河下游防洪安全，减少水库淤积，在主汛期不宜拦蓄洪水，严格控制库水位不高于汛限水位。9月1日至10月31日是小浪底水库后汛期，该时段发生大洪水的几率较低，降雨强度较小，降雨历时延长，所谓“秋雨连绵”；降雨产汇流对地表冲蚀作用较小，入库水流含沙量较低，将该时段洪水拦蓄起来，既不影响防洪安全，又对水库淤积影响不大，可使洪水资源化，有效增加了下年度水资源总量。

为实现洪水资源化，小浪底水库汛期采用两段制汛限水位运用，前汛期汛限水位225m，后汛期汛限水位248m；同时在实际运用中，又将后汛期提前至每年8月下旬，这样不仅全部拦蓄了后汛期洪水，而且部分拦蓄了前汛期洪水，大大增加了水库蓄水量，为缓解黄河下游供水紧张局面和连续12年避免黄河断流发挥了重要作用。

4.6 灵活调节下游封河流量，保证春灌供水量

小浪底水利枢纽建成后，根据蓄水和来水情况灵活调节下游封河流量，保证春灌供水量成为可能：一是由于小浪底水库运用初期调节库容较大（约90亿m3），在保证20亿m3防凌库容前提下，仍有较大富余库容，减小加大下游封河水量，对水库安全无不良影响；二是下游凌汛取水引黄涵闸均配套了引水围堰，同时普遍实现了远程监控，可对两岸引水实施有效控制，所以在小流量封河情况下，仍可保证下游封冻河面稳定；三是即使由于某种意外原因导致武开河，可迅速调节小浪底流量，加上下游引黄涵闸分水等，仍可保证下游防凌安全。

2001、2002 、2003 及2010年下游采取了小流量封河方案（最小封河流量仅40m3/s），2004年及2011年实行大流量下泄不封河，灵活调节防凌用水，保证下游防凌安全，同时保证了春灌供水量。

5.小浪底水利枢纽在黄河水资源优化配置中的运用效益

小浪底水库运用以来，通过移峰填谷，丰减枯补运用，成功克服了2000、2001、2002年枯水季节（小浪底入库水量分别为164.2亿m3、137.78亿m3、153.2亿m3，比常年偏枯40.7%～50.2%）供水和2003年华西秋汛及2011年秋汛洪水等问题。截至2011年底，小浪底水库累计向下游供水1994亿m3，其中调节供水803亿m3，保证了黄河下游城乡人民生产生活用水，缓解了农业用水紧张矛盾，连续12年实现黄河不断流；并7次进行引黄济津供水运用，累计引水59.6亿m3；五次进行引黄济淀供水运用，累计引水33亿m3。小浪底水利枢纽对成功实施黄河水量统一调度，维持黄河健康生命作出了巨大的贡献。