关于三门峡水库若干问题认识与思考(张金良,乐金苟,王育杰)

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关于三门峡水库若干问题认识与思考水利论文 ~'y1RUyq#B

张金良1,乐金苟2,王育杰2水利论文 sGET:?f+N~n
(1.天津大学建筑工程学院,2.三门峡水利枢纽管理局)
水利论文X3G7B,tR0wB

摘要:对三门峡水利枢纽工程四十年来的原建、增建、改建过程做了系统回顾和合理划分,对枢纽工程运用探索中有关重点问题进行了综合分析,认为经过增、改建过程和按“蓄清排浑"控制运用后,基本上实现了1969年“四省会议”原定目标。并就小浪底工程投运引起的条件变化、来水来沙变化和三门峡水利枢纽自身运用条件变化,对三门峡水库今后运用提出了几点参考意见。

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关键词:“四省会议”; 潼关高程; “蓄清排浑”

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作者简介:张金良(1963-),男,天津大学博士研究生。

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  众所周知,黄河小浪底、长江三峡两座世纪性水利工程决策过程和运用方式与三门峡水利枢纽建设实践密不可分。三门峡水利枢纽四十年运用,为黄河下游岁岁安澜做出了不可磨灭的贡献,在防洪、防凌、灌溉、供水、发电、下游河道减淤及生态环境保护等方面取得了巨大的社会和经济效益。然而,由于历史原因,使枢纽经历了长达近四十年的改建和运用探索过程,这在中国乃至世界水利史上都是罕见的。与四十年前相比,当前来水来沙、枢纽管理和运用等条件均发生了巨变,诸多问题需要重新进行认识和思考。

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1 三门峡水利枢纽建设运用与“四省会议”运用原则水利论文C+j#NF._3p-X

1.1 枢纽建设和运用探索历程

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1.1.1 建设阶段

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  原建阶段(1957年4月~1961年4月[1]):1957年4月13日正式开工,1958年11月25日截流,1961年4月,主体工程基本竣工。 第一次改建(1965年1月~1968年8月[2]):1965年1月枢纽工程开始第一次改建(“两洞四管”),1966年~1968年四条钢管、两条隧洞相继投运。第二次改建(1969年12月~1979年1月[2]):打开原1#~8#导流底孔,下卧1#~5#发电引水钢管进水口底坎高程至287m,装设5台低水头发电机组。泄流工程二期改建(1984年10月至今):打开9#~10#底孔、增设一门一机、底孔抗磨蚀处理、门槽改建,6#、7#泄流排沙钢管扩装为发电机组,打开11#、12#

z%p%`Q4[)t&F(GPX0

1.1.2 水库不同运用期

(V|S.u2mcp0

  随着枢纽建设及增改建进程,水库运用方式也在不断改进,按运用特点可分为自然滞洪期、蓄水拦沙期、滞洪排沙期和“蓄清排浑”运用期,滞洪排沙期根据泄流规模又可分为原建规模期、增建规模期和二次改建规模期。不同运用期枢纽泄流设施及水库排沙特征值见表1。水利论文"U"gcW3?

  根据分析,水库排沙比不仅与水沙条件有关,而且与泄流规模有关。由于“蓄清排浑”运用方式排浑主要集中在汛期,表1列出了1973年以来水库排沙比变化情况,反映了随着枢纽泄流规模的增加排沙比也在增加;1986年以来,由于水沙条件恶化导致水库年度排沙比降低较多,但汛期排沙比变化不大。水利论文E6nLQ4g pA6Dy2N

1.2 “四省会议”运用原则

(R~qgx4Bz2d0

  水库经过“蓄水拦沙”运用后,库区潼关以上及渭河、北洛河下游亦发生严重淤积,若继续发展下去,将会威胁关中平原及西安的安全。为减缓水库淤积和渭河洪涝灾害, 1962年2月原水电部决定,三门峡水库运用方式改为“滞洪排沙”,1965年1月国家计委和水电部批准实施一次改建(即“两洞四管”)。水利论文&I2vkk0K G8w

表1 不同运用期枢纽泄流设施及水库排沙特征值水利论文 fY:M8g F5| Q:C)z
Table 1 Characteristic values of outflow structure and discharging sediment in reservoir in different operating periods

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时 间

:u9~ ~A0J0

运用
lL'oU^*Q\1s p;c%D0时期

IT_3?1OZEi0

水利论文&y:Z f6G+^$r
水利论文|6M*~ Ff3z5l

315m水位泄量水利论文(kWsMYT.L.sw'G!P
(m3/s)

泄流设施

~f0p9p)di%B0

最低进水口
cJ8f&j \)H2v0底板高程水利论文/S)k s:B _'re
(m)
水利论文,]+X&Bzb0n q

运用年
Windwz `9\;g/x0排沙比水利论文0]^|K$L+fJ,ey
(%)

T?A8\\6bSqC0

汛期
F(^*um4X?Q0排沙比(%)

+jxp }:zdqG2r0

建设阶段划分水利论文/Op,h x-L3y2g


1958.11~1960.9

#d!Y9zQ5\0V7bW0

自然
8^ E(]2~R,u^ M0滞洪

+n M+?;Mfc1v-Gh A0
    

12底水利论文&K^rMt*ekK"uh

280水利论文.[V/L|!O!^(f

 原建阶段
+rA$D5_,~x,r0 1957.4
~1961.4

1960.9~1962.3

#yJ M!L;}0

蓄水水利论文B~9@eYG S~
拦沙

mQ,P$q/xC`v0
 308412深+2表孔3006.88 原建泄流规模

1962.3~1966.6

cG+Z^'o\eA4U4^s x0
308412深+2表孔30058 原建泄流规模
GHD8@+K e A0 1965.1一次改建开始
1966.7~1970.6

滞洪水利论文 vM`.J*N \ W
排沙
水利论文'_&f4T1L:GN+VD$N

610212深+2洞+4管29082.5 1968.8达到一次改建泄流规模;水利论文f7zfx{ ~+h n
 1969.12二次改建开始
1970.7~水利论文Oq2l8^bY0GU
1973.10
905912深+8底+
i6jQQc5] o6Sx9n3`02洞+3管
280103.5 1971.10达到二

1973.10水利论文i{3H~1fk5wHX
1985.10
水利论文%xNLIoeW_iD
905912深+8底
Fh1y$}:V0+2洞+3管
280106.5122 二次改建泄流规模;水利论文;Vf-?N3b#J
 1984.10开始工程二期改建
1985.11~水利论文v{k6Hix6q
1990.10

蓄清
4syZ"@e l_:^v;e0排浑

%T.b/p:tW0
899112深+10底
0{[\Y/X\uNM[0+2洞+3管
280101.2125 1990年7月打开9#、10#底孔;
K O.{2cO2z]:p0 1
~10底孔出口压低

1990.11~水利论文)]6wl&[ {N t Ws
至今
水利论文UG'Y`O.@F-O1W

970112深+12底+水利论文O}n] jj%d&G
2洞+3管
28093.1119 1991年6、7钢管扩装机组;
b0dj{)v'yk%sr0 1999、2000年11、12底孔投运

注:1.水利论文 S?2W]:?K+v7R+] x(X

深、底、洞、管、表孔,分别表示深孔、底孔、隧洞、钢管、表面溢流孔;2. 315m水位泄量,为时段末达到的泄量;3. 排沙比,“蓄清排浑”运用前为龙、华、河、四站沙量和与三门峡沙量之比;“蓄清排浑”运用后为潼关沙量与三门峡沙量之比。

{f/v vzf9Z0

第一次改建完成后,枢纽泄流规模由3084m3/s增至6102m3/s,排沙比由6.8%增至82.5%,潼关以下库区由淤积变为冲刷,但冲刷范围尚未影响到潼关。为此,根据周总理指示,1969年召开了晋、陕、豫、鲁“四省会议”,会议决定对三门峡水利枢纽进行改建。改建规模是 “在坝前315m高程时,下泄流量达到10000m3/s……”。水库运用原则是:当上游发生特大洪水时,敞开闸门泄洪。当下游花园口可能发生超过22000m3/s洪水时,应根据上、下游来水情况,关闭部分或全部闸门。增建的泄水孔原则上应提前关闭,以防增加下游负担。冬季应继续承担下游防凌任务,发电的应用原则在不影响潼关淤积的前提下,初步计算,汛期控制水位305m,必要时降到300m。非汛期310m,在运用中应不断总结经验,加以完善。水利论文P r8~6W[v6I O-xs

1.3 有关问题思考

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1.3.1 二次改建是成功的

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  二次改建完成后,枢纽总泄流能力达11100m3/s(Δ315m),其中非机组泄流能力达9701m3/s,总泄流能力超过了“四省会议"要求的10000m3/s。水利论文*{zRp/lhX!wH? J

1.3.2“蓄清排浑”运用方式是科学合理的

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  水库“蓄清排浑”运用实践证明:在多泥沙河流上修建水库,保持长期有效库容是水库发挥综合利用效益的根本保障,在调节水量的同时进行沙量调节,使出库水沙相适应,保持了长期有效库容。水利论文$D~5r4Ci

1.3.3 汛期平水期水库控制水位应做合理调整水利论文t2a?#wgP&m\e2z-o

  根据1974~1999年资料,对各年汛期溯源冲刷达到相对稳定后1000m3/s流量北村水位H北村稳定与汛末潼关高程H潼关汛末进行相关分析,分析发现汛期溯源冲刷稳定后的北村水位H北村稳定、汛末北村水位H北村汛末均与汛末潼关高程无相关关系。即大禹渡以下河段主要受水库运用影响,潼关河段主要受来水来沙影响。据此,我们认为汛期平水期水库控制水位可做调整。建议在老灵宝附近增设一水位观测站,控制库水位308~312m,研究汛期 “洪水排沙、平水发电” 合理控制指标。目前枢纽共有泄流底孔12个,低水位泄流能力显著增强(表2),1964年泄流能力5000m3/s时相应水位为327m,目前若含1~5机组泄流,305m水位泄流能力已达6000m3/s。多年运用实践表明:三门峡水库汛期平水期水位可控制在308~312m,这符合“在运用中不断总结经验,加以完善”“四省会议”精神。水利论文U5XF7Y!cDO.A

表2 水库不同时期各级水位泄流能力表(不含机组)(m3/s)
$^7I-U`r;s E0Table 2 Total outlet discharge capacity of the reservoir under various water levelsin different operating periods
*Fes8_KLc4L0(without turbo-generator set)
m3/s水利论文O} [#Y N(cc G


水位(m)258290295300305310315

1964年000061217283084
1984年44088018942872452972279059
2000年565118822653633545578309701
1964~1984年增加44088018942872391754995975
1984~2000年增加125308371761926603642

1.3.4 非汛期水库运用

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  “四省会议”运用原则中所指非汛期发电水位310m,也是“初步计算”。三门峡水库310m水位下的库容只有 0.7亿m3左右,调节能力差,由于“冬季继续承担下游防凌任务”,所以310m水位并不是非汛期水库最高水位。应在兼顾改善库区淤积的条件下,合理确定非汛期水库最高运用水位。

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2 三门峡、小浪底水库联合调度水利论文4W]0ib3q5S

  三门峡和小浪底工程均是黄河治理开发规划中四座干流水库之一,小浪底工程的修建,大大提高了黄河下游防洪标准,这使得某些人有了小浪底能“一库定天下”的错误认识。因此,应对黄河下游河段堤防的重要性以及小浪底水库建成投运后,三门峡水库的防洪、防凌作用做慎重分析。

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2.1 三门峡、小浪底水库的防洪与防凌任务水利论文 eCu.TH.xS

  三门峡水库首要任务是防洪,防御特大洪水,对一般洪水不拦蓄,仅起削峰滞洪作用。其中在防御 “下大洪水”时,可使黄河下游设防标准(花园口站22000m3/s重现期)由28年一遇提高到42年一遇。水利论文/ha!zfm-z6iy

  有小浪底水库后,百年一遇洪水,可使花园口洪峰流量经三库(故、陆、三)作用后,由25780m3/s削减至15700m3/s。小浪底水库可使花园口千年一遇洪水经现有水库(故、陆、三)作用后由34420m3/s(各类典型的最大值,下同)削减至22500m3/s。水利论文8~h5L2wAe

  小浪底水库防凌运用方式和三门峡水库相同,根据拟定的运用方式,采用水文系列为1950年至1975年25年,进行不同水平年调算后,下游所需最大防凌库容分别为:1990水平年43.6亿m3,2000水平年32.2亿m3。小浪底水库防凌库容设计为20亿m3,黄河下游需防凌库容为35亿m3,其余15亿m3库容必须也只能由三门峡水库承担。

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2.2 小浪底水库无法“解放”三门峡水库防洪、防凌任务水利论文;p_2?z1I&vm

  无论是上大洪水还是下大洪水,小浪底工程对洪峰的削减均是在三、故、陆等水库联合运用基础上进行的。三门峡水库防洪运用标准不会因小浪底工程修建而降低,仅使水库在中小洪水时滞洪几率有所降低,对维持库区多年冲淤平衡有利。小浪底水库正常防洪库容只有40亿m3,且对三花间许多支流并未控制,三门峡水库防洪库容近60亿m3,防洪作用较大,不存在“小浪底工程可以解放三门峡水库”,只是与三门峡、故县、陆浑三库联合运用后,共同提高了下游堤防标准,是逐步解决黄河下游防洪问题的良好开端。同样,在防凌方面,小浪底水库无法也不可能“解放”三门峡水库。

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  黄河下游河道以宽、浅、散、乱著称,出现横河、滚河、斜河可能性很大,使得下游堤防在实际运用中存在很多隐患。四库联调后的下游设防标准,可能在实际运用中因某一段堤防的出险而降低。因此,从这个层面讲,小浪底工程的修建仍无法“定天下”。

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2.3 加强四库联调研究,探索黄河治理开发新思路

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2.3.1 四库联调应遵循的基本原则水利论文Tz0|nu*wT \7t }

  四库联合调度应遵循:在确保黄河下游防洪、防凌安全前提下,充分利用水资源,正确处理好排沙减淤、发电、灌溉等之间关系,求得最大社会效益和经济效益。同时兴利除弊,互为补充和加强。水利论文%B+il9[z3k!Cc

2.3.2 四库联调对黄河治理开发的启示水利论文:s-_oKWz Kmj

  众所周知,黄河下游河床呈逐年淤积抬高趋势,河道行洪能力显著减小,防洪问题在相当长的时间内仍将难以解除。因此,许多工程和措施需要配合运用,才能达到预期目的。在近十年汛期洪水量显著减少、潼关高程居高不下的条件下,一方面要适当降低水库非汛期最高运用水位,同时也要加强渭河流域治沙力度,这样才能从根本上彻底有效地解决渭河下游河道淤积和防洪问题。

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3 关于枢纽第三次改建问题

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3.1 目前枢纽排沙能力尚未得到充分发挥水利论文yEu f(M:eP(G Q}(n

  当前三门峡水库300m水位下的泄流能力已超过3600m3/s,对一般洪水不存在滞洪。增大低水位下的泄流能力是为了加强洪水冲刷力度,降低潼关高程,而汛期潼关高程降低主要依赖于大洪水沿程冲刷,增大泄流规模、扩大溯源冲刷范围对充分发挥洪水沿程冲刷是有利的,但不是解决问题的根本和关键。1974~1985年的汛期来水、泄流规模和潼关高程变化已充分证明了这一点。近十几年汛期入库洪水量大幅度减少,大于3000m3/s的洪峰甚少或者没有(2000年最大洪峰仅为2200m3/s),若汛期来水形势不发生显著改善,希望通过工程改建来实现大幅度降低潼关高程可能性甚小。另一方面,水库原运用原则中“排沙水位300m、排沙流量3000m3/s以上”等还限制着水库排沙能力的充分发挥。理论和实践证明:汛期入库洪峰流量1500m3/s以上即应进行排沙运用,洪水到达之前水库应彻底实行敞泄,实际敞泄操作应及早进行,并适当控制库水位降落速度,避免库区护滩或护岸工程出险。只有彻底敞泄问题解决后,并且在汛期洪水量显著增大的条件下,才有可能谈及第三次改建问题。水利论文3\)R FX1R9x

3.2 第三次工程改建可行性有待深入研究水利论文o F&e3U t

  第三次改建所面临的实际问题有三个:一是增建孔洞的进水口位置、底坎高程、数目、横断面尺寸、穿越路线以及出水口位置均难以选择和确定;二是增建孔洞将会对坝体安全构成新的威胁;三是低水位大流量敞泄后会造成潼关以下部分河段严重塌滩、塌岸。即第三次改建受到现场条件制约,可行性有待于进一步深入论证和研究。水利论文y#p!n'E'k y5AW

3.3 为减少坝前右岸淤积,可以适当增建小规模泄流孔水利论文@Zj`;E`pi

  三门峡水库为河道型水库,库区坝前段为一弯道,左岸为凹岸,枢纽泄流排沙建筑物如深孔、底孔、隧洞等均分布在凹岸侧,机组则分布在凸岸侧。根据河流弯道输沙规律,为改善枢纽坝前横向均衡排沙条件,建议在不影响坝体安全的前提下,右岸侧适当位置增建小规模泄流孔。

%S0`U(|2eP J3}0

参考文献水利论文M!KcdH%x

[1]杨庆安等主编。 黄河三门峡水利枢纽运用与研究。 河南人民出版社, 1995年7月。水利论文3W:ay&p/{O

[2]黄河三门峡水利枢纽志。中国大百科全书出版社,1993年3月。

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[3]黄河三门峡水利枢纽运用研究文集。河南人民出版社,1994年7月。水利论文2s){P/AO(d:u/tt

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