小浪底水库运用以来库区泥沙淤积分析

王婷 王远见 曲少军 任智慧 马为民

摘要：为了提高小浪底水库排沙效果，延长水库拦沙寿命，对水库运用以来库区的淤积情况进行了分析。结果表明：①小浪底库区干流仍为三角洲淤积形态，三角洲顶点距坝16.39km，高程为222.59m。远离大坝的支流沟口淤积面均高于支流内部，支流畛水出现明显的拦门沙坎，高度为9.9m。②汛期库区年均淤积2.117亿t，占总淤积量的92%。高程235m以下淤积泥沙33.983亿m³，是淤积的主体。大坝—HH20、HH20—HH38库段是淤积的主要库段，分别淤积19.972亿m³、11.101亿m³，占总淤积量的61%、34%。干流淤积量为26.136亿m³，占总淤积量的80%。③淤积物中，细沙、中沙、粗沙分别占总量的39.7%、28.9%、31.4%。中细泥沙，尤其是不会造成下游大量淤积的细沙淤积在水库中，减少了拦沙库容，降低了水库的拦沙效益，缩短了水库的拦沙寿命。

關键词：淤积形态;淤积分布;泥沙;小浪底水库

中图分类号：TV856;TV882.1 文献标志码：A

1 前言

小浪底水库是一座以防洪（防凌）、减淤为主，兼顾供水、灌溉、发电，除害兴利、综合利用的枢纽工程，在黄河治理开发的总体布局中具有重要的战略地位[1]。自运用以来，水库在保障下游防洪及生活、生产、灌溉和生态用水安全、减小洪水漫滩概率、扩大下游主河槽过流能力、改善河流生态环境及电网供电质量等方面发挥了巨大的社会效益和经济效益[2-3]。由于小浪底水库运用以来遇黄河枯水少沙系列，主要来沙期水库拦沙运用较多，因此库区泥沙淤积相对较多。至2016年10月，用沙量平衡法计算的库区淤积量为38.990亿t，用断面法计算的库区淤积量为32.573亿m³（达到设计拦沙库容72.5亿m³的45%）。为了提高水库排沙效果，延长水库拦沙寿命，需要对库区淤积情况进行分析。

2 库区淤积形态

2.1 干流淤积形态

小浪底水库运用初期以拦蓄泥沙、下泄清水为主，至2000年10月，干流纵剖面呈三角洲淤积形态[4]（见图1）。之后受入库水沙、水库运用调度方式以及库区地形等影响，三角洲淤积形态不断发生调整。如2003年、2005年，由于距坝70km以上库段河宽较窄，因此洪水期运用水位的升高使该河段发生一定的淤积，次年汛前调水调沙时，当三门峡水库下泄清水大流量过程时，淤积在该库段的泥沙发生冲刷，淤积形态发生调整。水库淤积形态发展的趋势：三角洲洲面段不断抬高，三角洲顶点不断向坝前推进（见图2）。至2016年10月，三角洲顶点已由距坝69.39km （2000年10月）的HH40断面移至距坝16.39km的HH11断面，向下游推进53km，三角洲顶点高程为222.59m。

2.2 支流淤积形态

小浪底库区支流淤积主要为干流来沙倒灌所致，支流淤积形态取决于沟口处干流的淤积位置和倒灌流态以及支流地形条件[5-7]。支流沟口淤积面与干流同步抬升，当支流位于干流三角洲顶点以下主要为异重流倒灌时，支流内部与沟口基本保持一致;当支流位于三角洲顶坡段主要为明流倒灌时，支流内部抬升相对较慢，出现明显的拦门沙坎。当支流沟口宽度较小时，干流水沙倒灌进入支流时的宽度小、沙量少;而支流内部较宽时，进入支流的水沙随宽度增加，流速下降，挟沙能力减弱，泥沙落淤;倒灌距离越长，挟带的沙量越少，淤积厚度越小。如支流畛水（距坝18km），2016年10月沟口对应干流滩面高程为223.6m，而畛水内部最低淤积6断面高程仅为212.8m，高差达到10.8m（见图3）。总体来说，至2016年10月，库区大部分支流沟口淤积面高程高于支流内部（见图4），具有较为明显的倒坡。

3 库区淤积分布

3.1 冲淤量年内年际分配

小浪底库区泥沙淤积主要集中在汛期，2000-2016年（上年11月至次年10月，下同）汛期年均淤积泥沙2.117亿t，占年淤积量的92%;非汛期淤积主要集中在汛前调水调沙期。

受黄河泥沙年际变化及小浪底水库汛期运用水位的影响，淤积量年际变化较大（见图5）。水库运用初期以蓄水拦沙为主，运用水位较高，泥沙淤积较多。如小浪底运用以来来沙量最大的2003年，入库水量217.61亿m³、沙量7.564亿t，库区淤积泥沙6.358亿t，为运用以来淤积量的最大值，淤积比为84%。水库进人拦沙后期第一阶段，洪水期水库排沙机会增多，淤积比减小。如来水最丰的2012年进行过3次调水调沙，入库水量358.24亿m³、沙量3.327亿t，淤积量2.032亿t，淤积比为61%。2015年和2016年属严重枯水少沙年，小浪底入库水量分别为183.80亿、158.01亿m³，沙量分别0.501亿、1.115亿t，全年未排沙。

3.2 泥沙淤积高程分布

泥沙淤积高程分布与来沙时段运用水位密不可分。汛期是主要来水时段，汛限水位的高低直接影响到汛期淤积分布。小浪底水库运用至2016年，随着水库淤积量增大，汛限水位逐步抬升，经历了4次调整：2000年汛限水位为215m;2001年开始实行两阶段汛限水位，前汛期汛限水位为220m，后汛期为235m;2002年开始前汛期汛限水位为225m，后汛期汛限水位为248m;2013年开始前汛期汛限水位为230m：2016年开始进行汛限水位动态试验，汛期主要来沙时段运用水位为238.5m左右。水库运用初期水位较低，三角洲洲面段有所冲刷，泥沙淤积主要集中在淤积面相对较低的坝前淤积段。随着汛期运用水位的不断抬升，淤积部位不断向上游发展，淤积面不断抬升。至2016年10月，汛期主要来沙时段小浪底水库运用水位一般低于235m。因此，泥沙淤积主要集中在235m高程以下，至2016年10月235m高程以下淤积量为33.983亿m³，245m以上发生少量冲刷（见图6）。

3.3 泥沙淤积位置分布

小浪底水库总体处于峡谷地带，平面形态狭长弯曲，人汇支流较多，且均分布在HH38断面（距坝64.83km）以下。根据库区平面形态，将水库划分为3段[8]：大坝-HH20断面（距坝33.48km）、HH20-HH38断面和HH38-HH56断面（距坝123.41km），前两段总体较为宽阔，河谷宽度多在1000m以上，最宽处为2800m，后一段为峡谷段，河谷宽度多在500m以下。

小浪底水库运用初期，为了增加坝前泥沙淤积厚度以增强抗渗漏能力，运用水位较低，下闸蓄水至2003年7月，最高水位为240.87m[9]，利用异重流排沙出库较少。在此期间，淤积主要集中在坝前-HH20断面（见图7）。随着库区淤积以及洪水期水库运用方式的变化，泥沙淤积位置不断发生变化。总体来讲，2000-2016年泥沙淤积主要集中在HH38断面以下的两个区间，即大坝-HH20、HH20-HH38库段，淤积量分别为19.972亿、11.101亿m³，分别占总淤积量的61%、34%。

就干支流分布来讲，泥沙淤积主要集中在干流，支流淤积相对较少（见图8），且集中在沟口附近。2000-2016年，干、支流淤积量分别为26.136亿、6.437亿m³，分别占库区淤积总量的80%、20%。

3.4 淤积物组成

2000-2016年小浪底库区累计淤积泥沙38.990亿t，其中细沙（粒径d≤0.025mm，下同）、中沙（0.025mm0.05mm，下同）分别为15.493亿、11.243亿、12.254亿t（见图9），分别占39.7%、28.9%和31.4%。中细泥沙占总淤积量的68.6%，尤其对下游不会造成大量淤积的细沙淤积在水库中，减少了拦沙库容，降低了水库的拦沙效益，水库排沙较少，缩短了水库的拦沙寿命[10]。

4 结论

（1）小浪底库区干流淤积形态仍为三角洲淤积，三角洲顶点距坝16.39km，高程为222.59m。远离大坝的支流沟口淤积面均高于支流内部，支流畛水出现明显的拦门沙坎，高度为9.9m。

（2）汛期库区年均淤积2.117亿t，占总淤积量的92%。高程235m以下淤积泥沙33.983亿m³，是淤积的主体。大坝—HH20、HH20-HH38库段是淤积的主要库段，分别淤积19.972亿m³、11.101亿m³，占总淤积量的61%、34%。干流淤积量为26.136亿m³，占总淤积量的80%。

（3）淤积物中，细沙、中沙、粗沙分别占总量的39.7%、28.9%和31.4%。中细泥沙，尤其是不会造成下游大量淤积的细沙淤积在水库中，减少了拦沙库容，降低了水库的拦沙效益，水库排沙较少，缩短了水库的拦沙寿命。

参考文献：

[1]张俊华，陈书奎，李书霞，等.小浪底水库拦沙初期水库泥沙研究[M].郑州：黄河水利出版社，2007：1-5.

[2]刘树君.小浪底水利枢纽调度运用回顾[J].人民黄河，2016，38（10）：137-144.

[3]陈建国，周文浩，孙平.论小浪底水库近期调水调沙在黄河下游河道冲刷中的作用[J].泥沙研究，2009（3）：1-7.

[4]王婷，陈书奎，马怀宝，等.小浪底水库1999-2009年泥沙淤积分布特点[J].泥沙研究，2011（5）：60-66.

[5]张俊华，陈书奎，马怀宝，等.小浪底水库拦沙后期防洪减淤运用方式研究：小浪底水库模型试验研究[R].郑州：黄河水利科学研究院，2010：52-57.

[6]张俊华，马怀宝，王婷，等.小浪底水库支流倒灌与淤积形态模型试验[J].水利水电科技进展，2013，33（2）：1-4.

[7]WANG Ting，MA Yingping，ZHANG Junhua，et.al.Deposi-tion Morphology of Tributary Zhenshui in XiaolangdiReservoir[J].Applied Mechanics and Materials，2014，641：145-148.

[8]水利部黄河水利委员会.黄河泥沙公报[R].郑州：黄河水利委员会，2014：26.

[9]屈章彬，台树辉.小浪底坝前泥沙淤积对大坝基础渗流影响分析[J].人民黄河，2009，31（10）：94-95.

[10]王婷，李刁评，任智慧，等.2016年前汛期中小洪水調水调沙试验研究[R].郑州：黄河水利科学研究院，2016：7-9.