黄河调水调沙简论.pptx

1、黄河调水调沙简论,一 、引言 二、调水调沙的实践基础及理论根据 三、调水调沙的效果 四、进一步发挥调水调沙的巨大潜力,一 、引言,11999年小浪底水库蓄水以来20022006年黄河开展了5次调水调沙，取得了很大效益。 2对于调水调沙这个重大措施，在社会上不少人并不理解，有一些议论，在水利工作者中也颇有微词。 3潜力有多大？伴随着一定的配套工程可能使黄河下游做到基本不淤。,二、调水调沙的实践基础及理论根据,黄河下游河道及其输沙能力是异常复杂的，很多现象具有两面性，人们的印象往往是偏向了一面。若从全面考虑，改造不利的一面，就可看出调水调沙的根据。改造不利的一面，加强有利的一面，正是调水调沙的任务

2、。,二、调水调沙的实践基础与理论根据,（一）黄河下游输沙能力 （二）堆积性与洪峰时期的巨大输沙能力 （三）游荡性与平衡趋向性 （四）多来多排的依据 （五）“冲河南、淤山东”，还是“淤河南，冲山东” （六）第二造床流量与洪峰流量 （七）塑造人工异重流排沙 （八）小浪底及二级悬河卡口人工扰沙 （九）小浪底拦粗砂排细砂,（一）黄河下游输沙能力,输沙能力模型 游荡段 =0.000189 . . (1)弯曲段 =0.000113 . . (2)第一造床流量和人造洪峰 = ( . ) . (3) = ( . ) . (4) 第一造床流量的意义-塑造纵剖面的代表流量。 人造洪峰的意义：设来水400亿，一种过

3、程每天为日平均流量1268 m/s。 设来水为400亿m/s， 另一种80天为4000 m/s，其余为500 m/s 。 后者输沙能力较之前者大0.889倍。这是人造洪峰的道理。调水调沙不是简单的人造洪峰。,（二）堆积性与洪峰时期的巨大输沙能力,黄河的堆积性这是不争的事实。但是另一方面洪峰的输沙能力又很大。洪峰时平均含沙量是约为多年含沙量均值的1.5倍，洪水时期用多年总水量的48.5%排出的沙量占多年来沙总量的67.3，如果按此比例用73%的水量就可以排走剩余的来沙。（统计90年10月-95年10月水情沙情） 按照这种有利条件下的输沙能力，足以输走全部来沙，水少沙多的难题可以通过人为搭配的条件

4、下解决。,（三）游荡性与平衡趋向性,黄河下游有世界著名的游荡性河段，支汊纵横，主支交替，变化迅速。但河道在长期塑造过程中，自动调整的作用大，故不断趋向平衡。 不同河型的平衡：在不引水，不漫滩，不考虑高含沙量的条件下，上下河段输沙能力几本相同。 不同流量河段下游输沙量调整也围绕平衡点进行。,（四）多来多排的依据,冲淤使挟沙能力级配发生差别，可使淤积时挟沙能力为冲刷的1.111.25倍。 不平衡输沙的影响，淤积时挟沙能力较之平衡约大1.3%，冲刷时约小9.6%。 在一般条件下，除去高含沙量，综合估计三者的为：淤积时较挟沙能力较之平衡约大1.3倍；而冲刷约为平衡的69%。即冲淤挟沙能力变化较之平衡约

5、30%左右。这个结果基本上可以解释含沙量多值性。如按多次普通洪水利津含沙量363kg/m为平衡值，则冲刷含沙量约为25kg/m，淤积约为47.2kg/m。 多来多排在理论上是有根据的。也是调水调沙应全面利用的：当必需扩大断面，加大平滩流量，则要冲刷河槽；否则应安排平衡输沙，甚至在一定控制条件下采用超饱和输沙。,（五）冲河南、淤山东，还是淤河南，冲山东,以往一些资料表明，在一定条件下会出现“冲河南淤山东” 汛期淤河南、冲山东 大流量为主2600m/s 大流量异重流裹挟大量泥沙，过流断面大，流速小，水流挟沙力一般远小于水流含沙量，处于超饱和状态导致泥沙在此淤积，到了山东段过流断面小，流速大，水流挟

6、沙力一般远大于水流含沙量，处于不饱和状态，异重流下切河槽将山东段泥沙带入海，不平衡输沙导致於河南、冲山东。 非汛期冲河南、淤山东 中小流量为主800-2600m/s 小流量上游来沙少，冲河南段泥沙到山东，到了山东段流速低 不能形成主流水流 散、 乱、 浅、 慢，水流挟沙力一般小于水流含沙量，处于超饱和状态导致泥沙在此淤积。山东河道河槽宽度仅及河南段的 1 3 左右，输沙能力低，此冲河南淤山东，曾经是小浪底工程上马时最担心的问题之一。,（六）第二造床流量与洪峰流量,第二造床流量第二造床流量反映了洪水期间对冲积河流横剖面的塑造作用 其中 2 即为第二造床流量，与最大洪峰5天造床流量密切相关，当最大

7、洪峰流量小于4000m/s时两者基本相等，也就是说最大洪峰流量的5天均值即为第二造床流量。 平滩流量是与河漫滩滩唇即将被淹没或刚被淹没时相对应的流量，是第二造床流量的滞后表现，通过冲於可使平滩流量接近第二造床流量。但在径流减小的过程中由于平摊流量滞后，第二造床流量小于平滩流量。也只有当水位平滩时，造床作用才最大，因为当水位再升高漫滩时，水流分散，造床作用降低，水位低于河漫摊时，流速较小，造床作用也不强。,（七）塑造人工异重流排沙,异重流：两种或者两种以上比重相差不大、可以相混的流体，因比重的差异而发生的相对运动。即：如果一种流体沿着交界面的方向流动，在流动过程中不与其它流体发生全局性掺混现象的

8、流动。由于水流挟带泥沙而形成的异重流称浑水异重流。流进水库的浑浊河水成舌状水流潜入库底，在水库清水之下沿库底向前运动，形成水库异重流。 人工异重流的产生需要三个条件：一是必须有相应的流量过程；二是水流过程中应有一定的含沙量，且其中还要有相当含量的细沙；三是一定要有后续动力。调水调沙试验中人工异重流的塑造将由万家寨、三门峡、小浪底三座水库共同接力完成。按照设计原理，当小浪底库水位降到一定程度时，库区尾部将实施泥沙人工扰动。同时，计算好泥沙下沉速度和随水流的前进速度，适时打开小浪底水库以上的三门峡和万家寨水库，塑造一定流量的人造洪峰，再与库尾的泥沙叠加形成高含沙水流，当这种水流遇到库区内的清水时，

9、便会形成异重流。其后，泥沙将随异重流被推至坝前、排出库外。异重流能否形成，三座水库的时空对接至关重要。,（八）小浪底及二级悬河卡口人工扰沙,一级悬河，泥沙淤积使得河床平均高出地面4到6米的河段。 二级悬河，指黄河大堤内本已高出地面的河床上于是又抬升出了一条新的悬河。近年来，黄河来水量减少，同时河滩上建起的生产堤等一些建筑又使河道越来越窄，河水带来的新泥沙绝大部分都淤积在了主河槽中。 人工扰沙就是借助河水已有的势能，辅以人工扰动河床土质，促进河床泥沙启动，实现人工扰沙与人造洪峰演进在时空上准确对接，而通过黄河干流万家寨、三门峡、小浪底三座水库的联合调度，可以实现水沙对接。要想冲掉小浪底水库尾端的

10、淤积三角洲，就要实现三门峡水库泄水时间与小浪底水库水位高低的对接。三门峡水库泄水太早，能量有可能被小浪底库区的深水层消减，也不利于人工扰沙的开展。只有将小浪底水库水位降到合理高度，水能和人工两股力量才能形成合力。,其次，要想实现冲淤要求，必须形成连续的泄流动力，三门峡水库水量不够，就得从万家寨水库“接力调水”。因而，万家寨和三门峡水库泄水时间也要实现对接。而小浪底水库泄水的时间、泄量、含沙量控制，则关系到下游两个“卡口”河段人工扰沙的成败，必须在准确测算洪水演进时间、挟沙量等参数基础上，实时启动扰沙设备对淤积河床进行猛烈扰动，达到河道减淤冲刷的目的 黄河下游的主河槽在急剧萎缩，主河槽变小了以后

11、，就使得较小的流量就容易漫滩。洪峰经过卡口时，必然要卡住。集中在河南范县和山东梁山县河段两个二级悬河最严重的地方扰沙。目的就是扩大这两个卡口段主槽的过流行洪能力，使一定的水不要在这个地方形成大的漫滩。 结合万家寨三门峡所放的清水洪峰，在二级悬河最严重的河段进行泥沙的扰动，实现河床下切，从而最大限度输沙入海。,（九）小浪底拦粗砂排细砂,泥沙淤积过程中，粗砂淤积快，细砂淤积慢。 拦粗阻细，粗沙（D0.05mm）占总沙量低于0.021时，挟沙能力加大6倍，增大到0.048时，挟沙能力增加2.2倍。,三、调水调沙的效果,(一)加大了冲刷入海的沙量 (二)减缓了小浪底上下游的淤积 ，降低了下游河道洪水位

12、 (三) 加大了山东河段冲刷的比例，避免了“冲河南、淤山东” (四) 扩大了断面，加大了平滩流量 (五) 调水调沙的其它效益,(一)加大了冲刷入海的沙量,5次调水调沙，利津平均流量2425m/s，平均含沙量19.28kg/m。每排1吨沙耗水51.9m。而小浪底水库运用12年，利津平均含沙量11.34kg/m，每排1吨沙，耗水88.1m。若除去调水调沙外的输沙量，则不调水调沙的利津含沙量为10.90kg/m，排1吨沙，耗水91.7m。 排沙入海的效益达到了以往水平 5次调水调沙下游河道排沙比为19.28/5.94=3.25。而按水库排沙比0.167，则按三门峡水库运行的公式 1= 2 0.833

13、 ，下游河道排沙比为3.30。 出利津含沙量与以往同流量的水平一致 Q=2000m/s3000m/s的10场洪水，三黑小含沙量8.93kg/m，利津21.8kg/m。调水调沙，小浪底含沙量5.94kg/m，利津含沙量19.28kg/m。,11999年2002年未调水调沙，除花园口和利津同流量水位有所降低，其余四站，同流量水位则完全相反，不是降低，而是有所抬高。即令是清水下泄，却抬高了水位，可见细水长流而不调水调沙(加大流量)是不行的。 22002年调水调沙后，六站的水位均有明显降低。 3至2006年，大流量水位流量关系迅速平缓，即小的水位增加，可获得很大的流量增加。这正是扩大造床流量和平滩流量

14、的好机会。,(二)降低了下游河道洪水位，减缓了小浪底上下游的淤积,小浪底水库淤积减缓，下游主槽变化不大2011年10月-2012年10月，黄河下游（西霞院至利津，下同）河道总体表现为冲刷，总冲刷量0.994亿立方米；小浪底总体表现为淤积，共淤积泥沙1.325亿立方米。 2012年10月与上年同期相比断面主槽略有左移，其余断面冲於变化不大。2012年破车庄断面（134.4公里）冲於变化较为明显，主槽向左扩展一公里。（图25）整个下游，普遍是一个萎缩的趋势，但经过16次调水调沙，大部分的河段河槽有所扩大。,黄河5断面距坝6.54公里,黄河17断面距坝27.19公里,黄河23断面距坝37.55公里,

15、黄河25断面距坝41.1公里,黄河39断面距坝67.99公里,黄河47断面距坝88.54公里,黄河花园口（距小浪底坝下129.7公里）,黄河丁庄距坝下201.5公里,孙口（421.3公里），大田楼（431.2公里）,泺口（587公里）,破车庄（134.4公里），主槽向左扩展1公里,(三) 加大了山东河段冲刷的比例，避免了“冲河南、淤山东”,1前述1999年至2002年未实施调沙前，尽管下泄清水，夹河滩艾山同流量水位发生抬高，就是一种“冲河南、淤山东”的现象。幸好，调水调沙后，山东河段不仅发生了冲刷，而且比例为14.03较之三门峡运用期间的9.13%偏大53.7%。而且是全下游河道均衡冲刷，反映

16、出水位降低下全河段基本一致。 2据表6，若去掉5002000m/s以下的流量，则山东河段输沙能力基本上均大于河南段，所以调水调沙加大其冲刷河槽是必然的。 31960年至1996年资料进一步表明，汛期“淤河南，冲山东”枯期则相反。可见加大山东河段的冲刷，就要尽量避开中小流量。,(四) 扩大了断面，加大了平滩流量,2调水调沙在加大平滩流量上非常有效 全河冲刷较均匀集中主槽，最新资料显示刷槽明显，2012年最小平滩流量4100m/s。 尽管5次调水调沙总冲刷量2.76亿t，占总冲量13.23亿t的21%，但是由于大流量冲刷是窄段冲的多，宽段冲的少，甚至淤积，实际是实现泥沙搬家。实际窄段冲刷量是远大于

17、2.76亿t。这正是平滩流量普遍加大(实际是窄段加大多)的原因。这正是调水调沙能大幅加大平滩流量的原因。 可见调水调沙最大效果在于利用大流量冲刷改善了900km的河道，使平滩流量增加1000m/s2000m/s。大大减少了中小流量对滩区的淹没，避免了小浪底水库中小洪水蓄水带来的防洪风险。,(五) 调水调沙的其它效益,调水调沙对水库淤积有一定改善作用，表现在：调整了水库淤积部位，将变动回水区的部分淤积泥沙冲刷(变动回水区最大冲深10m-18m)至常年回水区，减缓了水库淤积翘尾巴。同时加大了细颗粒泥沙出库，特别是促进了异重流和浑水水库泥沙排泄，并制造了人工异重流。总之，减缓了淤积，改善了淤积部位。

18、此外，下游河道河槽冲深，对某些河段有缓解“二级悬河”的不利势。 可见此时调水调沙的目的，就是扩大造床流量，改善河道，使上下河段均匀冲刷，尽可能解决这个防洪瓶颈。根据近些年来水少的条件，要求将平滩流量扩大到3500m/s4000 m/s。,设要求扩大至3800m/s，按平均流速2.00m/s,若流量平均扩大2000m/s，应扩大过水面积1000m。则按河长900km,河槽要平均冲刷9.00亿m，相当于冲刷12.15亿m。小浪底水库实际运行7年，下游河道实际冲刷13.23亿m，最小平滩流量也达到了3500m/s。此值略小于要求扩大的平滩流量3800 m/s是合理的，因为有一部分冲刷是扩大了平滩流量

19、已经很大的断面。 可见前几年调水调沙围绕扩大平滩流量、改善河道进行，不仅仅是减少下游河道淤积。这是完全正确的。这种利用调水调沙来治理黄河下游河道，已远不是（水库）拦沙和减（少下游河道）淤。它是治黄思想的一种升华，也是世界河道整治工程的重大创新。,四、进一步发挥调水调沙的巨大潜力,（一）调水调沙的巨大潜力 通过调水调沙，完全有可能使黄河下游恢复到1960年的情况。 调水调沙的设想方案如下。采用调水调沙的水量为全年的75%，以利津平均流量2468m/s排走含沙量36.3kg/m为标准。虽然来水来沙与利津的不尽相同，但平均而言，差别显然较小。以利津做标准，条件更严格一些。当用75%的水量可能排走的沙

20、也是较大的。它们的差别在于径流量愈小，不仅输走的沙量少，而且枯季水量少，平均流量小。采用75%的水量调水调沙，是有可能解决黄河下游河道不断淤高的问题。,（二）充分发挥调水调沙潜力的条件 若要用75%来水排走全部来沙，需要一定条件。主要的有两个方面：认识上观念上的转变；相应的可行性研究和工程配套设施。 1、观念上的转变。尽管调水调沙已经六年，取得了巨大的经济社会效益，但是社会上以及在部分水利工作者中，限于以往的经验尚不够理解，有的颇有微词。因此促使一些观念转变是很必要的。这包括：（1）充分认识黄河下游河道的两面性，并尽可能利用其有利的一面；如堆积性与洪水时的巨大输沙能力；游荡多变与平衡的趋向性；

21、多来多排多淤及挟沙能力的多值性；“冲河南，淤山东”或者相反等。（2）在掌握了黄河输沙和演变规律后，在相应的工程条件下，是可以对它控制的。几年的调水调沙，证实了在一定条件下，可以将原来的减淤任务上升了一个台阶，做到了改善河道，并且从今后远景看，通过研究和试验，调水调沙有可能使下游河道做到相对平衡，或者几乎没有淤积，再上升一个台阶。,2配套工程的实施。要大规模调水调沙，目前的水库工程远不配套。调水调沙的最大困难是调沙，为此，要有大的水库蓄水、蓄沙、冲沙。因此有效的调水调沙，至少要有两个大的水库，特别是需要制造较高含沙量和洪水时，尤其如此。例如从万家寨 三门峡水库提供水，小浪底水库提供沙，制造30kg/m40kg/m含沙量洪水，并且顺利向下输送是不难的。为此要争取新的水库上马。当然在新水库上马前，也应想法在可能条件下，利用现有水库，扩大调水调沙十分规模。 人工扰沙清淤，调水调沙共设有个扰沙点，分别位于小浪底水库库尾、河南范县李桥河段、山东梁山县小路口河段。在小浪底库区尾部，布设了艘装有空气压缩机和高压喷嘴的扰沙船，可在离泥沙淤积面.米左右的上方实施高压冲击，将该区域淤积泥沙充分扰动起来。而在河南范县和山东梁山县河段，个由泥沙扰动作业船及各类机械构成的扰沙平台已布设完毕。,謝謝！,