小浪底水库汛期低水位排沙调度实践分析

魏向阳 杨会颖 孔纯胜

摘 要：截至2018年汛前，小浪底水库已淤积泥沙33.3亿m3，水库综合调控能力及其对下游滩区防洪保安能力逐步减弱。在保证下游主河槽过流能力条件下，小浪底水库依据洪水预报降低水位排沙，对减少水库淤积、延长水库拦沙年限具有重要意义。2018年和2019年汛前预报黄河汛期来水偏丰，小浪底水库以控制花园口站流量不超过4 200 m3/s为约束，提前预泄，同时联合调度上中游水库群，充分利用上游来水冲刷小浪底库区，达到了排沙减淤、输沙入海的效果。2019年、2018年汛期小浪底水库出库沙量分别为水库运用以来汛期排沙量的第一、第二位，库区淤积形态得到了调整改善，下游主槽过流能力得到维持并略有增大。小浪底水库低水位排沙运用调度是上中游水库群联合水沙调控模式的探索，为今后水库群调度运用积累了宝贵经验。

关键词：低水位排沙;水沙调控;调度模式;小浪底水库;2018年;2019年

中图分类号：TV697.1;TV882.1   文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.07.005

Abstract：By the end of the flood season in 2018， Xiaolangdi Reservoir had deposited 3.33 billion m3 of sediment. The comprehensive regulation and control capacity of the reservoir and its flood control and security capacity for the downstream beach area were gradually weakened. Therefore， under the condition of ensuring the flow capacity of the main channel in the downstream， Xiaolangdi Reservoir reduces the water level for sediment discharge according to flood forecast， which is of great significance to reduce the reservoir sedimentation and extend the sediment retention period of the reservoir. In 2018 and 2019， it was predicted that the Yellow River would be flooded during the flood season. The Xiaolangdi Reservoir was restricted by controlling the flow of Huayuankou Station not to exceed 4 200 m3/s and discharged ahead of time. At the same time， the reservoir group of the upper and middle reaches was jointly operated to make full use of the water from the upstream to wash the Xiaolangdi Reservoir area， achieving the effect of sediment discharge and sediment reduction and sediment transport into the sea. In the flood season of 2019 and 2018， the sediment discharge of the Xiaolangdi Reservoir was the first and second in the flood season since the reservoir was put into operation. At the same time， the siltation form of the reservoir area had been adjusted and improved and the downstream main channel flow capacity had been maintained and slightly increased. The operation of low-water-level sediment discharge of the reservoir was an exploration of the combined water and sediment regulation mode of the reservoir group of the upper and middle reaches， which had accumulated valuable experience for the future operation of the reservoir group.

Key words： sediment discharge at low water level; water and sediment regulation; scheduling mode; Xiaolangdi Reservoir; 2018; 2019

小浪底水庫的开发任务是以防洪减淤为主，兼顾供水、灌溉、发电。截至2018年汛前，小浪底库区已淤积泥沙33.3亿m3，处于拦沙后期第一阶段（淤积量为22.0亿～42.0亿m3），三角洲顶点高程为222.36 m。当前，黄河下游滩区189万人经济社会发展与黄河防洪安全协调矛盾突出，在不影响小浪底水库长期有效库容和防御大洪水安全的前提下，利用小浪底水库拦沙库容调控洪水以控制下游河道不漫滩，是水库调度面临的现实需求。随着泥沙淤积，水库设计汛限水位254 m以下可用于中小洪水防洪的库容逐步减小，对下游滩区的防洪保安能力相应逐步减弱，水库剩余拦沙库容对于兼顾下游滩区防洪十分珍贵，因此减缓小浪底水库拦沙库容淤损是当前水库防洪运用需要考虑的重要问题。

自小浪底水库实施调水调沙以来，全下游发生了明显冲刷，主槽共冲刷21.5亿m3。全下游河槽粗化明显，水流输沙能力大幅降低，卡口河段过流能力提高至4 200 m3/s。在当前河道边界条件下，如何充分利用已经塑造的中水河槽实现水库多排沙，尽可能多地输沙入海，是对水库调度运用的新要求。

自1999年10月小浪底水库投入运用到2018年汛前，黄河中下游共开展了19次调水调沙，调水调沙、塑造异重流排沙出库是水库及下游河道排沙减淤的主要方式[1-4]。2018年、2019年汛期是黄河多年不遇的丰水年，洪水来源区主要集中在黄河上游，黄河水利委员会抓住上游来水的有利时机，调度小浪底水库提前预泄，降低库水位，首次实施了低水位排沙运用调度，进一步完善了黄河水沙调控模式。

1 调度思路及方式

1.1 调度思路

根据黄河流域汛情和降雨来水预报，结合中长期天气形势预测，以统筹兼顾、泄蓄兼筹、科学调度、全力防控、确保安全为原则，最大限度兼顾减轻河道防洪压力、水库河道减淤和洪水资源利用。

1.2 调度方式

三门峡水库洪水期以敞泄排沙运用为主，洪水后适时回蓄转入正常防洪运用。

小浪底水库汛初尽可能降低库水位，腾库迎洪，排沙减淤;洪水期合理调控出库流量，确保下游防洪安全，同时利用来水，兼顾水库排沙减淤和下游河道减淤;洪水后先保持较低水位运行，尽可能多排沙、多输沙，并为应对大洪水预留更多防洪库容，后逐步抬高库水位，控制8月20日前库水位不超过汛限水位。后汛期，平水期水库按不超过汛限水位248 m运用;洪水期原则上按控制下游滩区不漫滩运用。

2 调度过程

2.1 降雨情况

2018年、2019年汛期，黄河流域暴雨过程频繁，强降雨落区重叠度高，极端性强。

2018年汛期，降雨主要集中在上中游的龙刘（龙羊峡至刘家峡）区间、刘兰（刘家峡至兰州）区间、兰托（兰州至托克托）区间和山陕区间北部。黄河源区虽雨强不突出，但持续时间明显偏长、降水总量较大;泾渭河、北洛河降雨主要集中在6—7月，6月下旬至7月中旬接连出现3场较大致洪降水过程;三花（三门峡至花园口）区间强降水过程偏少，汛期未发生大范围致洪强降水;下游强降水主要是3次登陆台风直接影响造成的。

2019年汛期，降雨主要集中在黄河源区、山陕区间、泾渭河与北洛河。黄河源区降雨持续时间长，降水总量大，是兰州以上地区发生洪水的主因;山陕区间从7月下旬至8月上旬接连发生3次致洪强降水过程;泾渭洛河致洪降水主要发生在6月下旬至8月初，9月发生了第3号洪水过程;黄河下游主要受到台风“利奇马”影响，出现一次致洪的强降水过程。

2.2 入库水沙情况

2018年、2019年汛期潼关、三门峡站径流量、输沙量见表1。2018年汛期，黄河潼关站径流量265.7亿m3，较多年均值偏多48.1%，为1984年以来最大水量，列1959年有连续资料以来第10位;输沙量3.42亿t，较多年均值偏少55%。三门峡站径流量241.5亿m3，较多年均值偏多36.7%;输沙量4.88亿t，较多年均值偏少42.6%。2019年汛期（6—10月），黄河潼关站径流量257.17亿m3，输沙量1.39亿t;三门峡站径流量279.84亿m3，输沙量5.40亿t。

其中：2018年小浪底水库低水位排沙运行期间，7月3日至7月25日潼关站来水量49.31亿m3，来沙量0.60亿t;2019年低水位排沙运行期间，7月1日至8月9日潼关站来水量87.42亿m3，来沙量1.22亿。两年排沙调度期间潼关日均来水量均超过2亿m3。

2.3 水库调度过程

2.3.1 2018年低水位排沙调度

2018年7月，黄河上游发生了两场编号洪水，中游发生了入汛以后最大洪水，为应对黄河2018年第1、2号洪水及中游洪水，小浪底水库提前预泄，实施腾库迎洪，同时联合调度上中游水库群，并充分利用上游来水接力冲刷小浪底库区，形成异重流，根据不同来水来沙条件实施多种孔洞组合，以达到水库、河道排沙减淤、输沙入海的效果，取得了明显成效。7月13日和7月25日，小浪底水库两次在沙峰时段将库水位降低至212 m左右，最低库水位为211.8 m（7月13日20时），小浪底最大出库含沙量为369 kg/m3（7月14日10时）。

图1为2018年汛期小浪底水库调度过程。具体调度过程如下：为应对渭河洪水及上游来水，及早预泄，腾库迎洪，同时稳步适应下游河道边界条件，与西霞院水库联合调度，于7月3日逐步加大下泄流量至3 800 m3/s，7月4日5时30分小浪底水库异重流开始排沙出库，之后含沙量逐步增大。因小浪底出库含沙量较高，为预防高含沙洪水在下游河道增值过大，遂于7月4日22时压减下泄流量至2 100 m3/s，保持3条排沙洞全开;根据下游河道高含沙洪水演进情况，高含沙洪水增值在可控范围内，于7月5日10时起加大下泄流量至2 600 m3/s，保持3条排沙洞全开。随着高含沙洪水向下游输移，高含沙洪水增值保持在可控范圍，逐步增大下泄流量，7月6日至9日按3 000 m3/s左右下泄，开启1条孔板洞，保持2条或3条排沙洞全开，以加大清水泄流比例，加大下游河道输沙动力。为有效应对渭河洪水，在大流量入库前，继续降低小浪底库水位，以利于多排沙出库，7月11日开始下泄流量由2 000 m3/s逐步加大至2 800 m3/s左右，开启1条孔板洞，保持2条或3条排沙洞全开，3～4台机组发电泄流。

综合考虑上游来水、水库排沙及防洪需要，7月25日开始逐步压减下泄流量至1 000 m3/s，水位缓慢回升至230 m，2018年小浪底水库低水位排沙运用结束。

2.3.2 2019年低水位排沙调度

2019年小浪底水库低水位泄洪排沙运用具有水位低、排沙时间长、含沙量高、排沙量大的特点。总计运用时间约43 d，水位在210 m左右运用约12 d，最低水位209.00 m（2019年7月26日23时）。

图2为2019年汛期小浪底水库调度过程。2019年黄河汛期来得早，6月上游唐乃亥站发生了黄河第1号洪水。为应对上游来水，同时保证7月1日降低库水位至汛限水位，小浪底水库及早预泄，腾库迎洪，稳步适应下游河道边界条件，与西霞院水库联合调度，于6月21日起逐级加大下泄流量，7月1日库水位降低至汛限水位235 m（前汛期）。

为应对上中游来水及增强排沙效果，7月1日之后小浪底水库继续降低库水位。7月1日至7月10日按4 000 m3/s左右控泄，至7月10日库水位降至222.29 m。为避免洪峰增值，塑造有利的水流条件挟沙出库，7月10日至17日压减下泄流量至2 800 m3/s左右控泄。小浪底出库含沙量7月15日18时达到最大值264 kg/m3。7月20日库水位降至210 m附近后，至8月1日，小浪底水库按进出库平衡运用，根据入库流量及库水位变化情况调整排沙洞、孔板洞与发电机组组合运用。

自8月1日起，随着入库洪水消减，小浪底水库逐级压减下泄流量。为应对中游洪水及九号台风“利奇马”可能带来的影响，小浪底水库再次实施降水位运用，至8月9日库水位降低至213 m附近。之后根据预报上游来水减少，8月9日18时小浪底水库开始回蓄运用，降水位排沙阶段结束。

3 调度效果

3.1 水库排沙效果

2018年、2019年汛期小浪底水库排沙效果显著，2019年、2018年汛期小浪底水库出库沙量分别为水库运用以来汛期排沙量的第一、第二位，2019年汛期小浪底库区首次实现了净冲刷，2018年汛期小浪底库区微淤。

根据输沙率法计算，2018年汛期小浪底水库累计进、出库水量分別为241.5亿、221.9亿m3，进、出库沙量分别为4.88亿、4.66亿t，排沙比95%，水库总体微淤，淤积0.22亿t。其中，冲刷主要发生在7月，进、出库沙量分别为1.73亿、4.15亿t，冲刷量为2.42亿t，排沙比为240%。出库含沙量为历年最大，小浪底水文站最大含沙量369 kg/m3。

2019年汛期（6—10月），小浪底水库进、出库水量分别为251.90亿、279.84亿m3，进、出库沙量分别为2.80亿、5.40亿t，排沙比193%，冲刷2.60亿t。出库含沙量最大为264 kg/m3。其中，水库冲刷主要集中在7月，进、出库沙量分别为1.38亿、4.83亿t，冲刷量为3.45亿t，排沙比达到351%;6月28日—7月30日集中排沙期间，入库总沙量为1.15亿t，最大入库含沙量为257 kg/m3，出库总沙量为4.15亿t，最大出库含沙量为264 kg/m3，排沙比为361%，为小浪底水库历次排沙运用排沙比最大的一次。

根据断面法计算，2018年汛后与汛前相比，小浪底水库淤积1.56亿m3，其中干流0.58亿m3、支流0.98亿m3;2019年汛后与汛前相比，小浪底水库冲刷1.59亿m3，其中干流冲刷1.75亿m3、支流淤积0.16亿m3。

图3为小浪底水库2018年、2019年汛前汛后纵剖面套绘。可以看出，2018年汛期，库区淤积三角洲顶点向坝前推进，由汛前的距坝16.39 km（高程222.36 m）变为汛后的距坝7.74 km（高程213.87 m），向坝前推进了8.65 km，三角洲顶点高程降低了8.49 m。2019年汛期洪水期间小浪底库区三角洲洲面段发生了强烈冲刷，三角洲前坡段变化不大，三角洲顶点距坝里程维持汛前的距坝7.74 km，顶点高程由汛前的212.93 m降低为212.66 m，降低了0.27 m。

3.2 下游河道冲淤情况

汛期受小浪底水库低水位排沙运用的影响，小浪底以下河段冲淤变化明显，淤积主要发生在花园口以上河段。经过这两年汛期持续大流量冲刷，下游河道最小平滩流量由2018年汛前的4 200 m3/s提高至2019年汛后的4 350 m3/s。

2018年汛期，小浪底至利津河段淤积泥沙1.64亿t（输沙率法计算，下同）。从沿程分布上来看（见图4），淤积主要集中在花园口以上河段以及花园口—夹河滩河段，分别为1.33亿t和0.43亿t;高村—孙口以及泺口—利津也发生了少量淤积，淤积量分别为0.18亿t和0.06亿t;另外3个河段发生了冲刷，共冲刷0.36亿t。汛期夹河滩、高村、艾山和泺口4个站断面发生冲刷，和汛前相比，平滩高程下的断面面积均有不同程度的增大，孙口和利津站平滩高程下的断面面积变化不明显。根据水文站、水位站同流量水位变化分析，汛期大部分河段的排洪能力没有明显降低，局部河段同流量水位抬升显著，还需要根据河势变化进一步分析。

2019年汛期（6—10月），小浪底至利津河段共淤积2.68亿t，淤积主要发生在花园口以上河段，共淤积2.31亿t，其中：西霞院—花园口河段淤积1.03亿t，花园口—夹河滩河段冲刷0.12亿t，夹河滩—高村河段淤积0.29亿t，高村—孙口河段淤积0.16亿t，孙口—艾山河段冲刷0.10亿t，艾山—泺口河段淤积0.24亿t，泺口—利津河段冲刷0.09亿t。根据水文站、水位站同流量水位变化分析，汛期逯村—神堤约40 km的河段同流量水位抬升了0.4～0.6 m，平滩流量减少了约1 300 m3/s，其他河段的平滩流量变化不大。截至2019年汛后，下游平滩流量最小河段在彭楼—艾山之间，最小平滩流量为4 350 m3/s。

3.3 后期蓄水情况

因上游来水充足，2018年、2019年小浪底水库低水位排沙运用后，均正常回蓄至汛限水位，实现了汛期洪水资源利用，为下游抗旱用水储备了足够水源。2018年汛末，小浪底水库水位为258.47 m，相应蓄量54.52亿m3。2019年汛末，小浪底水库水位为249.14 m，相应蓄量35.03亿m3。

4 结论与建议

（1）2018年、2019年汛期小浪底水库低水位排沙减淤效果显著。2018年小浪底进、出库沙量分别为4.88亿、4.66亿t，排沙比95%，水库总体微淤;2019年进、出库沙量分别为2.80亿、5.40亿t，排沙比193%，水库冲刷2.60亿t。2019年、2018年汛期小浪底水库出库沙量分别为水库运用以来汛期排沙量的第一、第二位，2019年汛期小浪底库区首次实现了净冲刷。低水位排沙运用调度排沙效率高，是对水库排沙减淤的有益探索。

（2）经过连续两年汛期的长历时、大流量冲刷，下游河道卡口河段过流能力进一步提高。2018年、2019年汛期，小浪底至利津河段泥沙淤积量分别为1.64亿、2.68亿t，泥沙淤积主要发生在花园口以上河段，没有对卡口河段平滩流量造成不利影响。经过连续两年汛期大流量、长时间冲刷，卡口河段平滩流量由2018年汛前的4 200 m3/s增大到2019年汛后的4 350 m3/s。

（3）黄河水沙调控工程体系亟待完善。经分析，2018年、2019年小浪底水库低水位排沙调度期间，潼关站来水量分别为49.31亿、89.42亿m3，为小浪底水库排沙提供了充足的动能。当前，黄河中下游水沙调控骨干工程仅有万家寨、三门峡水库位于小浪底水库上游，万家寨水库距离远，且汛限水位以下库容仅2.7亿m3，三门峡水库汛限水位以下库容仅0.5亿m3，汛期与小浪底水库联合调控水沙能力非常有限。建议加快古贤水库上马步伐，完善黄河中游水沙调控工程体系。

参考文献：

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[2] 王婷，李小平，曲少军，等.前汛期中小洪水小浪底水库调水调沙方式[J].人民黄河，2019，41（5）：47-50.

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[4] 齐璞，曲少军，孙赞盈.优化小浪底水库调水调沙运用方式的建议[J].人民黄河，2012，34（1）：5-8.

【责任编辑 许立新】