小浪底水利枢纽首次汛限水位动态控制试验效果浅析

刘树君，董泽亮，张荣凤

（水利部小浪底水利枢纽管理中心，450000，郑州）

小浪底水利枢纽首次汛限水位动态控制试验效果浅析

刘树君，董泽亮，张荣凤

（水利部小浪底水利枢纽管理中心，450000，郑州）

2016年汛期，基于严重偏枯的水情条件，小浪底水利枢纽实施了首次汛限水位动态控制试验。采取对比分析的方法，基于实际水沙条件和用水需求，分析实施汛限水位动态控制运用和模拟常规运用过程，并将两次运用过程的成效进行对比分析，说明在水量严重偏枯年份，小浪底水利枢纽实施汛限水位动态控制运用，在可保障防洪安全、不显著增加水库淤积前提下，能够综合利用上半年水库蓄水，充分拦蓄汛期洪水，优化配置水资源，显著提高供水、发电效益，避免了黄河断流，保障了河流健康生命。

汛限水位动态控制；来水严重偏枯；汛限水位；成效；小浪底水利枢纽

一、基本情况

小浪底水利枢纽（简称小浪底枢纽）位于黄河中游最后一段峡谷出口处，控制黄河流域面积的92.3%、径流量的91.2%、输沙量的100%；设计库容126.5亿m3（其中淤沙库容75.5亿m3，长期有效库容 51亿 m3）；开发任务是以防洪（防凌）、减淤为主，兼顾供水、灌溉和发电，蓄清排浑，除害兴利，综合利用。

小浪底枢纽设计防洪库容45.5亿m3，相应库水位254 m；在淤沙库容淤满前，汛限水位主要按减淤要求控制，汛期采用两阶段汛限水位，7—8月为前汛期，8月 21日向后汛期过渡；9—10月为后汛，10月21日向非汛期过渡。经国家防总批准，从2013年开始，前汛期汛限水位为230 m，后汛期汛限水位为248 m。

截至2016年5月底，小浪底枢纽累计淤积泥沙29.83亿m3，剩余库容96.67亿m3，前汛期防洪库容85.9亿m3，后汛期防洪库容60.04亿m3。

2016年上半年黄河来水严重偏枯，小浪底枢纽蓄水较少，预测汛期来水依然偏少。为确保下游供水安全，提高水资源综合效益，经国家防总批准，小浪底枢纽进行了首次汛限水位动态控制试验，将前汛期汛限水位由230 m调整至238.5 m，增加调蓄库容10.49亿m3。

本次汛限水位动态控制试验仅提升前汛期汛限水位，所以分析时段选取2016年6月29日—9月20日，可满足精度要求。评估方法是基于实际水沙条件和用水需求，模拟常规运用过程，并将汛限水位动态控制运用过程与模拟常规运用过程进行效益对比分析。

二、水沙条件

1.上半年水情

2016年上半年黄河来水严重偏枯，1—6月累计入库水量57.84亿m3，仅多于2003年同期，为小浪底枢纽蓄水运用以来同期第二极枯水年。6月底小浪底库水位238.29 m，蓄水20.89亿m3，汛限水位以上蓄水10.18亿m3。

2.汛期水情

2016年7月1日—9月20日，小浪底枢纽累计入库水量52.07亿m3，较历年平均偏枯 25.52%；7—8月有两次小的洪水过程，潼关断面洪峰流量分别为2 360 m3/s和2 350 m3/s。小浪底入库流量特征值见表1。

表1 小浪底枢纽入库流量特征值

3.汛期沙情

2016年7月1日—9月20日，小浪底枢纽来沙量主要集中在两次洪水过程，潼关站最大含沙量分别为63 kg/m3和130 kg/m3，相应小浪底枢纽最大入库含沙量分别为323 kg/m3和597 kg/m3（三门峡水库敞泄，持续时间较短）。入库沙量特征值见表2。

表2 小浪底枢纽入库沙量特征值

三、运用过程

1.试验运用过程

小浪底枢纽取消行汛前调水调沙运用。2016年6月29日小浪底库水位238.72 m，蓄水21.52亿m3。

7月份小浪底枢纽下泄流量维持在1 000 m3/s左右。7月上中旬库水位缓慢下降，最低降至236.6 m（7月12日）。7月中旬黄河中下游发生降雨过程，潼关站最大日均流量1 750 m3/s，最大洪峰流量2 360 m3/s（7月20日），小浪底库水位迅速回升，至7月20日库水位升至237.24 m。7月21—31日，小浪底入库流量在896～2 300 m3/s之间，库水位缓慢上涨，7月底库水位为238.87 m。

8月上旬，黄河来水偏少，小浪底出库流量按下游用水需求调整至400 m3/s，库水位维持在238 m左右。8月中旬，黄河中游发生降雨过程，潼关站洪峰流量2 350 m3/s。8月 17—23日，小浪底入库流量在1 000 m3/s左右。因预报后期无较大降雨，且黄河下游引水量较小（利津以上引水流量不足200 m3/s），从8月15日开始，小浪底枢纽向后汛期限制水位过渡，出库流量减小至300 m3/s，至8月底小浪底库水位为243.35 m。

9月1—20日小浪底日均入库流量629 m3/s，出库流量仍维持300 m3/s，库水位缓慢上升，至9月20日库水位为247.24 m。

试验运用小浪底库水位、入出库流量、沙量过程见图1～3，发电量过程见图4。

图1 小浪底枢纽试验及常规运用库水位过程

图2 小浪底枢纽试验及常规运用入、出库流量过程

2.模拟常规运用过程

6月29日—9月20日小浪底入库流量、沙量过程采用实际值。6月29日小浪底库水位238.72 m，比前汛期汛限水位高8.72 m。按照原拟定计划，6月29日—7月8日小浪底枢纽实施汛前调水调沙运用，起始库水位238.72 m，结束库水位214.27 m，出库水量24.63亿m3。调水调沙运用分两个阶段：一是小浪底水库清水下泄阶段，小浪底水库利用蓄水下泄冲刷下游河道，控制花园口断面平均流量3 000 m3/s左右，当小浪底库水位降至约215 m时结束；二是三门峡水库大流量下泄阶段，三门峡水库利用三门峡、万家寨水库蓄水，加上河道天然来水人造洪峰，冲刷小浪底水库淤沙，在小浪底水库形成异重流排沙，至三门峡水库蓄水基本排空，小浪底库水位达到215 m左右，小浪底水库下泄流量小于800 m3/s时，调水调沙结束。

图3 小浪底枢纽入库流量、含沙量过程

图4 小浪底枢纽试验及常规运用发电量过程

7月8日调水调沙结束后，小浪底枢纽按照蓄水兼顾下游供水需求运用，7月 9—23日出库流量为 450 m3/s，库水位缓慢回升至228.68 m；此后至8月20日，出库流量采用实际值，入出库水量基本平衡，库水位维持在228～230 m之间；8月21日起，出库流量采用实际值 （约300 m3/s），库水位逐步上涨，至9月20日达到238.73 m，相应蓄水量21.5亿m3。

模拟常规运用小浪底库水位、入出库流量、沙量过程见图1～3，发电量过程见图4。

四、排沙分析

1.试验运用排沙分析

在试验运用过程中，由于汛期入库洪水规模小，水库充分拦蓄洪水，水库蓄水量最小为18.45亿m3，回水距离较长（超过 90 km），异重流没有运动到坝前，入库泥沙全部拦在水库内。小浪底水库6月29日—8月20日累计拦截泥沙6 237万t，至9月20日累计拦截泥沙10 959万t。

2.模拟常规运用排沙分析

（1）模拟汛前调水调沙运用排沙分析

分析历年汛前调水调沙运用可知，小浪底水库汛前调水调沙异重流排沙主要发生在第二阶段，排沙量与三门峡水库泄流规模 （下泄流量、持续时间、含沙量）及小浪底水库淤积形态、衔接库水位、下泄流量相关。在小浪底水库淤积形态基本相同条件下，三门峡水库泄流规模越大，小浪底水库衔接库水位越低，下泄流量越大，小浪底水库形成异重流的规模就越大，排沙量也越大。

本次模拟的汛前调水调沙第二阶段与2011年、2012年、2013年汛前调水调沙第二阶段比较，小浪底水库淤积形态基本相同，三门峡水库泄流规模及小浪底水库衔接库水位、下泄流量基本相当，所以模拟汛前调水调沙小浪底水库排沙量参照2011年、2012年、2013年汛限调水调沙排沙量，约为6 000万t。

模拟汛前调水调沙运用特征值见表3。

表3 小浪底枢纽模拟汛前调水调沙运用过程特征值

（2）模拟常规运用汛期排沙分析

模拟调水调沙运用后，由于入库洪水规模较小，水库蓄水量较多，回水距离较长，入库泥沙全部拦在水库内，小浪底出库泥沙量为0。

综合考虑调水调沙及汛期运用，小浪底水库6月29日—8月20日累计拦截泥沙237万t，至9月20日累计拦截泥沙4 959万t。

表4 小浪底枢纽试验过程和模拟过程效益对比

五、运用效果对比

按照汛限水位动态控制试验过程和模拟常规运用过程分别计算 6月 29日—8月 20日、6月 29日—9月20日综合效益，并进行分析比较，结果见表4。

六、结 论

研究分析表明，小浪底水利枢纽首次汛限水位动态控制运用与常规运用比较，在确保防洪安全的前提下，主汛期相对增加供水10.47亿m3，相对增加蓄水14.15亿m3，汛期洪水全部资源化利用，对有效应对黄河下游严峻的枯水形势，保障豫、鲁两省抗旱供水和引黄济冀跨流域调水，避免黄河断流，维护河流健康生命发挥了重要作用，并为冬春灌溉供水储备了水源。截至2016年9月20日，相对增加发电量3.36亿kWh，且在水库运用周期内，增发电量将不断提高；而全年水库淤积仅为多年平均淤积量的53%，综合效益显著，为优化小浪底水利枢纽调度运用方式积累了经验。 ■

责任编辑 张瑜洪

Results of first experiment on dynamic control of flood level in Xiaolangdi Water Complex

Lu Shujun,Dong Zeliang,Zhang Rongfeng

In flood season of 2016,first experiment on dynamic control of flood level had been conducted in Xiaolangdi Water Complex with consideration on severe dry water conditions.Comparative analysis is adopted to evaluate the results of applying dynamic control of flood level and simulate normal operation process in line with actual water and sediment conditions and water demand.Through comparison of two-time operation results it is found that Xiaolangdi Water Complex can play the role of dynamic control of flood level in extremely low water year.On the premise of securing flood safety and no adding of sedimentation,the reservoir can make full use of water stored in the first half of the year and retain floodwater in the flood season,which not only optimizes allocation of water and increases water supply and electric generation,but also prevents dry-up of the Yellow River and safeguards health of the river.

dynamic control of flood level;extreme low of coming water;flood control level;achievements;Xiaolangdi Water Complex

TV87

B

1000-1123（2017）07-0042-03

2017-03-10

刘树君，教授级高级工程师。