小浪底水利樞紐攔沙初期調(diào)度與運(yùn)用

殷保合

（水利部小浪底水利樞紐管理局，450000，鄭州）

小浪底水利樞紐位于河南省洛陽市以北40 km的黃河干流上，上距三門峽水利樞紐130 km，下距黃河花園口128 km，控制著黃河流域面積的92.3%、徑流量的91.2%、輸沙量的100%，處于控制黃河下游水沙的關(guān)鍵部位。水庫總庫容126.5億m3，其中淤沙庫容75.5億m3，長期有效庫容51億m3，其設(shè)計(jì)開發(fā)目標(biāo)是以防洪(防凌)、減淤為主，兼顧供水、灌溉和發(fā)電，除害興利，綜合利用。

小浪底水利樞紐是治理黃河的關(guān)鍵樞紐工程，調(diào)度運(yùn)用方式極為復(fù)雜。為適應(yīng)近年黃河水沙條件的變化及治黃新理念的要求，經(jīng)過10余年探索和實(shí)踐，對小浪底水利樞紐攔沙初期水庫調(diào)度運(yùn)用方式進(jìn)行了一系列調(diào)整，積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。樞紐發(fā)揮了巨大的社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。

一、小浪底水利樞紐攔沙初期設(shè)計(jì)運(yùn)用方式

小浪底水利樞紐調(diào)度運(yùn)用分為三個(gè)時(shí)期：水庫泥沙淤積量達(dá)到21億～22億m3以前為攔沙初期；攔沙初期之后至庫區(qū)形成高灘深槽，壩前灘面高程達(dá)254 m，相應(yīng)水庫泥沙淤積總量75.5億m3為攔沙后期；在長期保持水位254 m以上40.5億m3防洪庫容的前提下，利用水位254 m以下10.5億m3槽庫容長期進(jìn)行調(diào)水調(diào)沙為正常運(yùn)用期。小浪底水利樞紐攔沙初期設(shè)計(jì)運(yùn)用方式為：

1.防洪運(yùn)用方式

預(yù)報(bào)花園口斷面洪峰小于10000 m3/s，小浪底水庫敞泄運(yùn)用；預(yù)報(bào)花園口斷面洪峰將超過10000 m3/s，小浪底水庫按控制花園口斷面流量不超過10000m3/s攔洪運(yùn)用；如果無法控制花園口斷面流量不超過10000m3/s，小浪底水庫按控制花園口斷面流量不超過22000 m3/s運(yùn)用。

2.防凌運(yùn)用方式

預(yù)報(bào)下游封河前1旬，小浪底水庫按500 m3/s左右流量均勻泄流；下游穩(wěn)定封河后至開河期，小浪底水庫按300 m3/s流量均勻泄流，力爭實(shí)現(xiàn)“文開河”；當(dāng)下游封凍河段可能形成凌災(zāi)時(shí)，小浪底水庫減小泄量直至完全停泄。

3.調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用方式

小浪底水庫通過調(diào)控下泄流量兩極分化，使黃河下游河床沖淤動態(tài)平衡，調(diào)控上限流量2600 m3/s，調(diào)控下限流量800m3/s。水庫調(diào)水調(diào)沙起調(diào)水位為210m，調(diào)控庫容不超過8億m3，主汛期形成低壅水水庫“攔粗排細(xì)”運(yùn)用。

4.供水、灌溉運(yùn)用方式

小浪底水庫根據(jù)下游供水、灌溉需求下泄，同時(shí)控制花園口斷面流量不大于800 m3/s，避免造成下游河道“沖河南，淤山東”現(xiàn)象。

5.發(fā)電運(yùn)用方式

小浪底水電站發(fā)電調(diào)度遵循 “以水定電”的原則，根據(jù)水量調(diào)度指標(biāo)安排機(jī)組發(fā)電計(jì)劃，盡量通過發(fā)電過機(jī)泄流滿足水調(diào)指令要求，減少水庫棄水。

二、小浪底水利樞紐面臨的治黃新形勢

20世紀(jì)80年代中后期以來，隨著流域工農(nóng)業(yè)用水需求增加、上游水庫調(diào)節(jié)影響以及氣候變遷因素造成天然水量的變化，黃河中下游來水來沙條件發(fā)生了較大變化，黃河流域水資源供需矛盾日益尖銳，與設(shè)計(jì)階段相比，小浪底水利樞紐運(yùn)用條件發(fā)生了顯著變化。

1.入庫水沙大幅度減少

小浪底水庫設(shè)計(jì)多年平均年入庫水量279.6億m3、年入庫沙量12.75億t。蓄水運(yùn)用后，實(shí)際年入庫水沙量均大幅度減少。2000—2009年小浪底水庫平均年入庫水量191億m3，較設(shè)計(jì)減少31.6%；平均年入庫沙量3.415億t，較設(shè)計(jì)減少73.2%。2000—2009年小浪底歷年實(shí)際入庫水沙量見表1。

每個(gè)人都希望它帶來愉悅、飽足、和諧、舒適、溫暖、安全。這是一廂情愿的念頭。這條河流的方向，最終遠(yuǎn)方是獲得釋然和自由。真正的自由，則是放棄我們對他人的要求和期望，放棄對外在形式的依賴和需索。最終，是對自己所堅(jiān)持的意愿和妄想的放棄。這種放棄，并不令她覺得婚姻使人頭破血流或者一蹶不振。這是命運(yùn)賜予給人的一次機(jī)會。給予休憩、完成以及思省。

2.下游河道邊界條件改變

1986年以來，黃河下游來水持續(xù)偏少，特別是汛期洪水顯著減少、洪峰流量明顯降低，水沙不協(xié)調(diào)性更趨嚴(yán)重；下游河道主槽淤積加重，造成下游河道主槽過流能力大幅度降低，“二級懸河”態(tài)勢越來越嚴(yán)峻。2002年汛前，黃河高村附近河段主槽平灘流量縮減至不足1800 m3/s，洪水一旦漫灘，發(fā)生“橫河”“斜河”“順堤行洪”等險(xiǎn)情概率加大，威脅堤防安全。目前灘區(qū)總?cè)丝谝堰_(dá)181萬，保障灘區(qū)群眾生命財(cái)產(chǎn)安全已成為黃河防汛工作面臨的新難題。

3.黃河下游斷流形勢日益嚴(yán)重

1972—1999年的28年中，黃河下游利津站發(fā)生斷流21年，累計(jì)斷流1050天，年均斷流50天。進(jìn)入20世紀(jì)90年代更是年年斷流，且斷流時(shí)間一年比一年提前，斷流天數(shù)也持續(xù)增多。最為嚴(yán)重的1997年，利津站斷流226天，斷流河段上延至開封柳園口，長度704 km。日趨嚴(yán)重的黃河斷流嚴(yán)重影響下游沿河10余座城市、幾千個(gè)村莊居民生活生產(chǎn)用水，給經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和人民生活帶來了極其嚴(yán)重的威脅。

4.新時(shí)期治黃工作的新目標(biāo)和新理念

為緩解黃河水資源供需矛盾，國家從1999年起實(shí)行黃河水量統(tǒng)一調(diào)度。2001年水利部確立治黃新目標(biāo)：堤防不決口，河道不斷流，水質(zhì)不超標(biāo)，河床不抬高。在此基礎(chǔ)上，黃委會進(jìn)一步提出 “維持黃河健康生命”的治黃新理念，“河道不斷流、河床不抬高”的目標(biāo)被提到了新的高度，成為“維持黃河健康生命”的標(biāo)志性指標(biāo)。

三、小浪底水利樞紐攔沙初期調(diào)度運(yùn)用方式探索和實(shí)踐

新的治黃形勢要求小浪底水利樞紐承擔(dān)更加復(fù)雜和重要的任務(wù)。首先，供水運(yùn)用目標(biāo)增加了確保黃河下游不斷流的重任；其次，為沖刷下游河道、增加主槽過流能力、改善“二級懸河”不利態(tài)勢，實(shí)施調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用已刻不容緩。為適應(yīng)新要求，需要在實(shí)踐中對小浪底水利樞紐調(diào)度運(yùn)用方式進(jìn)行新的探索和相應(yīng)調(diào)整。其目標(biāo)是在保證不降低水庫防洪、防凌設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，通過合理的洪水資源化，增加水庫調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用概率和可供水量，除害興利。

1.防洪調(diào)度運(yùn)用方式探索和實(shí)踐

為緩解下游水資源供需矛盾，確保黃河不斷流，適當(dāng)抬高前汛期限制水位，大幅度提高后汛期限制水位，實(shí)現(xiàn)洪水資源化。

2000—2001年，為實(shí)現(xiàn)黃河下游不斷流的目標(biāo)，黃委會采取了壓減供水區(qū)用水量、挖掘小浪底水庫最低發(fā)電水位以下庫容和減少入海流量等一切可以利用的手段。按生活、工業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)灌溉的順序逐級降低供水保證率，小浪底庫水位最低降至191.72 m；利津站日均流量低于30 m3/s的時(shí)間為44天，實(shí)測最小流量2.1 m3/s，幾近斷流。可見實(shí)現(xiàn)“黃河不斷流”目標(biāo)的艱巨性和復(fù)雜性，必須采取其他有效措施增加下游地區(qū)可供水量。

多泥沙河流水庫汛期有防洪和減淤兩個(gè)限制水位，汛期限制水位取其中較低者。攔沙運(yùn)用初期，小浪底水庫減淤限制水位低于防洪限制水位，水庫防洪庫容比設(shè)計(jì)防洪庫容大得多。因此，適當(dāng)提高汛期限制水位不會降低水庫防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。為兼顧小浪底水庫防洪、減淤和供水效益，同時(shí)確保下游不斷流，考慮水庫來沙主要集中于前汛期的特點(diǎn)，2002年經(jīng)國家防總批準(zhǔn)，確定小浪底水庫前汛期（7、8月）限制水位為225 m，后汛期（9、10月）限制水位為248 m。小浪底水庫歷年實(shí)際汛期限制水位與設(shè)計(jì)汛期限制水位比較見表2。

另外，為避免下游洪水漫灘，小浪底水利樞紐采用了調(diào)控中常洪水的防洪運(yùn)用方式。按照設(shè)計(jì)，小浪底水庫不調(diào)控花園口10000 m3/s以下的中常洪水，但在2003年防洪運(yùn)用過程中，為減小洪水漫灘損失，小浪底水庫按控制花園口不超過2700 m3/s方式運(yùn)用，最大蓄洪量達(dá)71.5億m3?？紤]黃河下游灘區(qū)防洪現(xiàn)狀條件，總結(jié)2003年防洪運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，2005年國家防總批準(zhǔn)的 《黃河中下游近期洪水調(diào)度方案》（國汛〔2005〕11 號），對小浪底水庫設(shè)計(jì)防洪運(yùn)用方式進(jìn)行了調(diào)整，正式確定了小浪底水庫調(diào)控低含沙中常洪水的防洪運(yùn)用方式。

表1 小浪底水庫2000—2009年實(shí)際入庫水沙量表

表2 小浪底水庫歷年實(shí)際汛期限制水位與設(shè)計(jì)比較表

2.防凌調(diào)度運(yùn)用方式探索和實(shí)踐

鑒于小浪底水庫的巨大調(diào)節(jié)能力，可以快速精準(zhǔn)調(diào)控下游河道流量過程，黃河下游防凌調(diào)度多實(shí)施小流量封河調(diào)度方案，2002—2003年度甚至啟用防凌風(fēng)險(xiǎn)調(diào)度預(yù)案，將下游封河前小浪底水庫下泄流量由500 m3/s減小到100 m3/s左右，利津?qū)嶋H封河流量僅32 m3/s。

3.調(diào)水調(diào)沙調(diào)度運(yùn)用方式探索和實(shí)踐

根據(jù)設(shè)計(jì)，小浪底水庫調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用是在汛期結(jié)合小型天然洪水過程進(jìn)行的。小浪底水庫抬高后汛期限制水位以后，受2003年秋汛影響，2004年上半年水庫蓄水較多。為在汛前將庫水位降至前汛期限制水位以下，小浪底水庫在6月結(jié)合防洪預(yù)泄進(jìn)行了首次汛前調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用，在小浪底水庫實(shí)現(xiàn)了人工塑造異重流出庫和調(diào)整庫尾淤積形態(tài)兩項(xiàng)目標(biāo)，取得了較好效果。2004年以后，每年都進(jìn)行汛前調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用，對恢復(fù)黃河下游主槽過流能力發(fā)揮了重要作用。

2004年汛前調(diào)水調(diào)沙采用三庫聯(lián)調(diào)模式：小浪底水庫清水下泄沖刷下游河道，降低庫水位，當(dāng)庫尾淤積三角洲的上平段完全出露時(shí)，三門峽水庫開始敞泄沖刷小浪底水庫庫尾泥沙，形成異重流；當(dāng)三門峽水庫基本泄空時(shí)，萬家寨水庫下泄水流正好抵達(dá)三門峽水庫，沖刷三門峽水庫泥沙，接力沖刷小浪底水庫淤積泥沙，加大小浪底水庫異重流規(guī)模。三庫聯(lián)調(diào)模式擴(kuò)展了黃河調(diào)水調(diào)沙調(diào)度空間，可有效減少三門峽和小浪底水庫泥沙淤積，改善小浪底水庫淤積形態(tài)。但由于萬家寨水庫水量少,距三門峽水庫距離較遠(yuǎn)，三門峽水庫蓄水也僅有4億～5億m3，對三門峽和小浪底水庫泥沙的沖刷能力有限。今后位于黃河北干流的古賢水利樞紐建成后，將極大增加對三門峽和小浪底水庫淤積泥沙的沖刷能力。

4.供水、灌溉調(diào)度運(yùn)用方式探索和實(shí)踐

為保證黃河下游不斷流，小浪底建管局顧全大局，不計(jì)發(fā)電損失，調(diào)整水庫運(yùn)用方式，動用最低運(yùn)用水位以下庫容供水，保證下游生活用水和河道不斷流。2000—2002年，小浪底水庫連續(xù)3年動用最低運(yùn)用水位以下庫容供水，庫水位低于210 m的天數(shù)累計(jì)322天，最低降至191.72 m，保證了下游不斷流。

非汛期供水流量上限由800 m3/s增加到1500m3/s。2000—2003年上半年小浪底水庫蓄水較少，黃河下游旱情嚴(yán)重，按照設(shè)計(jì)上限流量800m3/s泄流，不能滿足下游灌溉和防斷流需求。根據(jù)實(shí)際情況，2001、2002年供水期，小浪底最大下泄流量達(dá)到1500 m3/s，之后多年在灌溉期下泄流量達(dá)到1000 m3/s以上，保證了灌溉供水，實(shí)現(xiàn)了不斷流目標(biāo)。下游河道沒有發(fā)生“沖河南、淤山東”現(xiàn)象。下游河道沖刷條件的改變和調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用調(diào)節(jié)，使非汛期供水流量上限由800 m3/s增加到1500m3/s是可行的。

四、小浪底水利樞紐投運(yùn)以來取得的重大成就

小浪底建管局高度重視樞紐運(yùn)行安全管理，始終堅(jiān)持社會效益優(yōu)先、電調(diào)服從水調(diào)的原則，嚴(yán)格執(zhí)行調(diào)度指令。通過不斷探索和實(shí)踐，調(diào)整后的小浪底水利樞紐運(yùn)用方式更加適應(yīng)黃河水沙條件的新變化和黃河治理開發(fā)的新要求，在確保黃河下游防洪、防凌安全的前提下，增加下游可供水量，實(shí)現(xiàn)河道不斷流，明顯改善河道水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境，延長了水庫使用壽命，下游主河槽最小過流能力增加了2100m3/s。小浪底水利樞紐取得了巨大社會、經(jīng)濟(jì)效益。

1.防洪效益

小浪底水利樞紐投入運(yùn)用后，增加了40.5億m3的防洪庫容，將黃河下游防洪標(biāo)準(zhǔn)由不足60年一遇提高到1000年一遇。

2003年8—10月，黃河中下游發(fā)生了歷史罕見的華西秋汛。三門峽斷面最大洪峰流量4500 m3/s，加上三花間來水，測算花園口斷面洪峰流量將超過6000 m3/s，黃河下游灘區(qū)340萬畝（22.67萬hm2）耕地將全部被淹沒，灘區(qū)181萬居民需要全部轉(zhuǎn)移。小浪底水利樞紐首次投入防洪運(yùn)用，攔蓄洪水71.5億m3，將花園口斷面洪峰削減到2700m3/s以下，保證了下游防洪安全，直接經(jīng)濟(jì)效益約110億元。

2005年9—10月，黃河中下游再次發(fā)生秋汛洪水。三門峽斷面洪峰流量4420 m3/s，推算花園口又將出現(xiàn)6000 m3/s以上洪峰。小浪底水庫再次攔蓄洪水25.75億m3，控制花園口洪峰流量不超過2740 m3/s，避免了黃河下游洪水漫灘，保證了下游灘區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

2.防凌效益

小浪底水利樞紐投入運(yùn)用后，提供20億m3以上的防凌庫容，提高下游河道水流的溫度和流速，縮短河道封凍時(shí)間，并可精確控制下游流量，基本解除了下游凌汛威脅。

3.減淤效益

小浪底水利樞紐投運(yùn)以來，累計(jì)攔截泥沙約25億m3；進(jìn)行10次調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用，塑造協(xié)調(diào)水沙關(guān)系，將5.42億t泥沙沖入大海，其中沖刷下游河道泥沙2.85億t，黃河下游主河槽得到全面沖刷，主槽過流能力從2002年的不足1800m3/s增大至目前的3880m3/s，扭轉(zhuǎn)了黃河下游河床逐年淤積抬高的局面，改善了下游河道“二級懸河”河勢，緩解了黃河下游嚴(yán)峻的防洪形勢。

4.供水、灌溉效益

黃河是河南、山東最重要的水源，隨著流域經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，城市及工業(yè)用水急劇增加，水資源供需矛盾日益突出，黃河下游頻頻發(fā)生斷流，供水、灌溉保證率很低。

小浪底水利樞紐運(yùn)用以來，截至2010年6月30日，累計(jì)向下游供水1717.86億m3，其中小浪底水庫調(diào)節(jié)補(bǔ)水量 392.86億 m3，年均37.5億 m3。小浪底水庫供水運(yùn)用，結(jié)束了黃河斷流的歷史，提高了黃河下游供水、灌溉的保證率，促進(jìn)了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，有效改善了黃河下游生態(tài)環(huán)境；河口生態(tài)也得到一定程度恢復(fù)，黃河濕地面積增加，昔日的鹽堿地變成了百鳥園；還5次向天津供水18.47億m3，3次向河北白洋淀供水3.57億m3。

5.發(fā)電效益

河南電網(wǎng)裝機(jī)以火電機(jī)組為主，水電機(jī)組容量所占比重較低。小浪底水電站投運(yùn)后，發(fā)電機(jī)組承擔(dān)河南電網(wǎng)骨干調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用任務(wù)，使河南電網(wǎng)供電質(zhì)量顯著提高，為河南經(jīng)濟(jì)社會高速發(fā)展和低碳經(jīng)濟(jì)建設(shè)作出了較大貢獻(xiàn)。截至2010年6月30日，小浪底水電站累計(jì)發(fā)電447.68億 kWh，其中 2004—2009年連續(xù)6年發(fā)電量超50億kWh。

五、結(jié) 語

小浪底水利樞紐在治理開發(fā)黃河的總體布局中具有重要的戰(zhàn)略地位，是黃河下游防洪安全的重要保障，是下游地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的基礎(chǔ)支撐，是惠及億萬群眾的民生工程。作為小浪底水利樞紐的運(yùn)行管理單位，小浪底建管局以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)，堅(jiān)持公益效益優(yōu)先原則，顧全大局，積極支持水資源統(tǒng)一調(diào)度；確保樞紐安全運(yùn)行，不斷深入探索適應(yīng)水庫運(yùn)行新形勢的科學(xué)調(diào)度運(yùn)用方式，充分發(fā)揮樞紐綜合效益，讓小浪底水利樞紐為維持黃河健康生命、建設(shè)人水和諧水利事業(yè)作出更大貢獻(xiàn)。

[1]黃河水利委員會勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.黃河小浪底水利樞紐初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R].1988.

[2]黃河水利委員會勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.小浪底水庫運(yùn)用初期運(yùn)行方式研究報(bào)告[R].1999.

[3]黃河水利委員會勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，黃河防汛總指揮部辦公室，水利部小浪底水利樞紐建設(shè)管理局.小浪底水利樞紐攔沙初期運(yùn)用調(diào)度規(guī)程[R].2004.

[4]水利部黃河水利委員會.人民治理黃河六十年[M].鄭州：黃河水利出版社，2006.

[5]黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司.小浪底水庫攔沙初期運(yùn)用分析評估報(bào)告[R].2009.