黄河三门峡水利枢纽四十年运用回顾与展望(李春安,季利)

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黄河三门峡水利枢纽四十年运用回顾与展望水利论文 dm RMi;B

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(三门峡水利枢纽管理局)水利论文!WcY.y.\-Z

摘要:本文对黄河三门峡水利枢纽运用四十年进行了回顾,分析枢纽发挥出的巨大效益,简述工程历经的两次改建,初步总结运用中得出的经验,展望小浪底水利枢纽投运后三门峡水利枢纽开发目标和新的运用方式。

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关键词:黄河;三门峡水利枢纽;总结;展望

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作者简介:李春安(1957-),男,三门峡水利枢纽管理局局长。1 概述水利论文Vh-T(i r:_"U7h

  三门峡水利枢纽是黄河上修建的第一座大型枢纽工程,控制流域面积91.5%、水量89%、沙量98%,控制了黄河干流三个洪水来源区中的两个。自1960年9月15日水库开始蓄水运用以来,经历了我国水利建设史上从未遇到的曲折,经过两次改建后基本解决了水库泥沙淤积问题,采取“蓄清排浑”运用方式后,保持了长期有效库容,充分发挥了防洪、防凌、灌溉、供水、发电、减淤、保护生态环境等综合效益,在工程建设及水库运用上积累了丰富经验。水利论文a5z&@(Y YF} [/r

2 枢纽四十年运用概况

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2.1 蓄水拦沙运用期(1960年9月~1962年3月)

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  1960年9月15日水库开始蓄水,1961年2月9日蓄至最高水位332.58m,至1962年3月入库水量为717亿m3,沙量17.36亿t,有13%的泥沙以异重流形式排出库外。由于回水超过潼关,库内淤积严重,潼关高程(1000m3/s水位)上升4.5m,335m以下库容损失约17亿m3

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2.2 滞洪排沙运用期(1962年3月~1973年10月)水利论文e^QgaY'}

  初期泄流建筑物只有原建的12个深孔,虽然水库敞开闸门泄流排沙,水库排沙比由原来的6.8%增加到63%,库区淤积有所缓解,但因泄流排沙设施不足,泄水建筑物较高,遇到丰水丰沙的1964年,水库滞洪淤积严重。在此期间水库淤沙25.7亿m3,淤积上延,沿岸盐碱面积增大。为减缓水库淤积,枢纽工程开始进行增建、改建。之后水库泄流能力加大,潼关以下库区冲刷4亿m3,槽库容得到了恢复,潼关高程下降近2m,潼关以上库区淤积上延也大为减轻,为水库控制运用创造了条件。在这一时期遇到1967、1969、1970年三次严重凌情,三年冰量为0.9~1.4亿m3,最严重的封河上界达河南省开封市以上,特别是1969年气温忽高忽低,造成三封三开的局面,通过三门峡水库的调蓄,均安渡凌汛。水利论文 [a-uA~"f(B.m U

2.3 “蓄清排浑”控制运用期(1973年11月~目前)

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  在成功改建的基础上,根据黄河每年来水来沙特点及洪水输沙能力大的特性,1973年底水库开始采用“蓄清排浑”控制运用,即在来沙少的非汛期蓄水防凌、春灌、发电,汛期降低水位防洪排沙,把非汛期淤积在库内的泥沙调节到汛期特别是洪水期排出库外,该时期可分为两个时段:

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2.3.1 (1973年11月~1989年6月)

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  期间水库经历了不利的水沙条件和有利的水沙条件(如1981至1985年),潼关高程也处于升降过程,曾升高近1m,即由1973年汛后的326.7m升至1979年汛后的327.6m,到1988年恢复到327.08m;1980年汛期一段时间内实行敞泄运用,运用水位低于300m多达27d;1981年~1988年由于机组过流部件磨损及气蚀等问题汛期不发电,其它运用水位如凌前蓄水、春灌起调水位及汛期排沙方面都有所改进。2.3.2 (1989年7月~目前)水利论文6M g.]iz/A

  近十几年来,黄河流域连遭枯水,加之黄河上游龙羊峡、刘家峡水库汛期蓄水运用,汛期来水量也迅速减少,1997年汛期三门峡入库水量只有55.6亿m3,年水量只有149.4亿m3,为历史最枯纪录。期间(1988.11~1999.10)库区累计淤积泥沙4.68亿t(1997年~1999年达3.81亿t),潼关高程由327.36m(1989年)缓升至328.40m(1999年汛后)。水量的锐减及工农业用水增长还导致水资源紧张,下游断流天数和距离不断增加。1997年黄河下游断流天数和断流长度分别达226d和780km,成为沿黄经济发展的制约因素。从1999年起实施了全河水量统一调度,通过三门峡水库调蓄,减少了断流天数,优化配置了有限的水资源。水利论文{7j$^:ca^|x&ZQ;j

  为保持库区冲淤平衡和潼关高程基本稳定并尽可能发挥综合效益,水库运用方式与运用指标随着水沙条件的变化不断调整。凌前蓄水,水位控制在315m,使泥沙淤积部位靠下;防凌蓄水期,在保证下游凌期安全的前提下,利用下游河道冰下过流能力,尽量降低防凌运用水位,凌汛过后将水位降至315m,利用桃峰冲刷潼关河床;春灌蓄水控制最高水位在322m左右,并尽量缩短高水位时间;汛期洪水时降低库水位至298~300m,利用洪水排沙。为充分利用汛期水资源,从1989年开始了浑水发电试验,从水库调度运用、机组抗磨材料及发电运行管理等方面不断改进。为增强枢纽排沙能力,1990年打开9、10号底孔,1999年、2000年分别打开11、12号底孔,315m泄流能力增加到9701m3/s;为充分利用水能资源,1994年、1997年分别扩装了6、7号机组。

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  此外,1989年汛期开展日调峰运行试验,为小浪底水库提供设计依据;1994年枢纽隧洞出口塌方采取了抢险措施,最高水位达318.28m,遇洪水时及时降低水位泄洪排沙;1998年5月河口挖河固堤,水库控制出库流量最高水位达323.80m;1999年10月小浪底水库下闸蓄水,三门峡水库预蓄水量后按照要求增大泄流填充其泄流孔下的死库容,同时也缩短了下游断流时间。水利论文%Mo'MDI(i

  通过“蓄清排浑”控制运用表明,在一般水沙条件下,潼关以下库区能基本保持冲淤平衡,遇不利水沙条件,当年非汛期淤积还不可能全部排出库外,有利水沙条件可能微冲或保持冲淤平衡。

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3 枢纽工程综合效益水利论文(c+vO H3VMW^ }L7F

  三门峡枢纽在原建的基础上,经过增改建,在防洪、防凌、灌溉、供水、发电等方面发挥了显著的社会效益和经济效益。水利论文.g(g P8F1\L3z V

3.1 防洪、防凌效益

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  防洪是三门峡水库的主要任务,由于它控制了黄河中游北干流及泾、北洛、渭河支流两个主要的洪水来源区,对第三个洪水来源区三门峡至花园口间发生的洪水起到错峰和调节作用,缓解了下游防洪抢险压力,减轻了下游洪水灾害和堤防工程出险加固次数。枢纽投入防洪运用,标志着黄河下游防洪已从单纯依靠防洪发展到依靠水库、堤防、河道分滞洪措施等组成的工程体系,确保防汛安全的新阶段。自1964年以来,三门峡以上地区曾六次出现流量大于10000m3/s的大洪水,由于三门峡枢纽及时采取措施,削减洪峰,减轻了下游堤防负担和漫滩淹没损失。从枢纽建成至今,黄河下游岁岁安澜,未出现大堤决口现象。枢纽建成后,黄河下游防凌工作进入了以水库调节河道流量为主的综合防凌新阶段,为“文开河”创建了有利条件,确保了凌汛安全。据统计,三门峡水库投入运用以后,类似1951年、1955年因凌汛决口的凌情有6次,由于适时运用,每次都避免了“决口”的危险。

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3.2 灌溉、供水和减淤效益

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  黄河下游沿黄地区灌溉面积3000多万亩。据统计,从1973年到1999年的27年,春灌期间水库蓄水总量326.74亿m3,向河南、山东沿黄灌区补水270亿m3。除灌溉外,还为中原、胜利两大油田和沿黄城镇提供了大量工业和生活用水,多次为河北、天津及青岛供水,促进了下游工农业生产的发展。

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3.3 减淤和生态效益

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  1960年9月下闸蓄水至1964年10月,水库下泄清水或排出少量细颗粒泥沙,形成下游河道沿程冲刷达23.12亿t,若无三门峡水库则河道淤积6.6亿t,因此水库初期运用减少下游河道淤积29.72亿t。“蓄清排浑”运用以来,非汛期下泄清水形成下游河道冲刷,汛期水库排沙兼顾减淤,使出库泥沙能排泄入海,尽量避免小水带大沙,年均减淤约0.3亿t。水利论文Odk!UU6dF IVB

  黄河水资源的开发利用为沿黄工农业经济发挥了重要作用,但是有限的水资源很难满足日益增长的用水需要。通过三门峡水库的调蓄运用和统一调度,减少了下游特别是洛口以下沿黄地区经济损失,防止了河口三角洲生态环境的恶化,使黄河有限的水资源发挥了最大的综合效益。水利论文5oZE\z L-rD

3.4 发电效益

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  三门峡水电站现有7台发电机组,装机容量41万Kw。从1973年12月第一台机组发电,到1999年底,已累计发电247.74亿Kw·h,创产值约20亿元。1989年至今,汛期浑水发电累计达10亿Kw·h。

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4 工程建设和改建水利论文ZT9r6p%^"?o

4.1 工程设计与兴建

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  枢纽原规划选定正常高水位360m,为了减少淹没损失初期工程350m施工,相应库容354亿m3,坝顶高程353m,运用水位340m,并按335m移民。1955年12月6日国务院批准组建黄河三门峡工程局,于1957年4月13日正式开工,1958年11月实现了截流,1960年6月大坝全线浇筑到340m,9月15日下闸蓄水运用,1961年4月枢纽主体工程基本竣工。

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4.2 工程的两次改建

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  工程投运后为减缓库区淤积,1964年12月实施增建“两洞四管”方案,即在大坝左岸开挖两条进口高程为290m的泄流排沙洞,把8条发电引水钢管中的4条改为泄流排沙管。增建工程从1965年开始,1968年完成。当库水位315m时,泄流能力由3058m3/s增加到6102m3/s,水库淤积有所缓和,但泄流规模仍有不足,还有20%的来沙淤在库内。

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  为进一步解决水库淤积问题,发挥工程综合效益,1969年5月召开了陕、晋、豫、鲁“四省会议”,研究了工程的第二次改建。改建原则是“确保西安、确保下游”,实现“合理防洪、排沙防淤、径流(低水头)发电”,改建规模要求一般洪水回水淤积不影响潼关,库水位在315m高程时,泄流能力达到10000m3/s。改建从1969年12月开始打开8个施工导流底孔,改建后315m水位下的泄流能力由6102m3/s增加到9311m3/s;1#~5#发电引水钢管进口下卧13m,安装5台总容量为25万Kw机组,实现了发电生产。水库由淤积变为冲刷,335m以下库容恢复到60亿m3,潼关河床高程下降1.8m左右,年内泥沙冲淤基本平衡,库区淤积得到控制,工程改建取得了成功。水利论文M'~B$oK sz

  工程改建后,运用底孔泄流排沙,在高速含沙水流(14m3/s)冲刷磨蚀下遭到严重破坏,直接影响到工程的正常运用。1984年试验成功了特种深水围堰,利用这种围堰可以在40m水下对底孔进行改建施工。1990年打开了9、10底孔;1999、2000年分别打开了11、12底孔。水利论文a~ MTPji0m(i|

5 思考与展望

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5.1 防洪、防凌

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  小浪底水库建成后,黄河下游将形成小浪底、三门峡、陆浑、故县四库联合运用的上拦工程体系,可以在下游发生百年一遇洪水时不使用东平湖滞洪区,在千年一遇洪水时可使花园口流量不超过22000m3/s,相应减轻了三门峡水库的防洪负担,使三门峡水库对“下大洪水”的运用几率由十年一遇减少到百年一遇,千年一遇蓄洪量由34.75亿m3减少到16.87亿m3,万年一遇蓄洪量由48.24亿m3减少到30亿m3。凌汛期,小浪底水库可提供20亿m3的防凌库容并先期投入运用,不足由三门峡负担,有效控制下泄流量,从而基本解除下游凌汛的威胁。综上所述,小浪底投入运用后三门峡水库防洪水位仍应为335m,防凌水位应为322m。

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5.2 水量调度水利论文(I,\ u!}[ da L:I[k

  从1999年开始,三门峡水库春灌任务转入全河水量统一调度工作中,运用方式发生了观念上的变化。以往水库调蓄要尽可能满足下游灌溉要求,提高灌溉保证率。今后随着西部大开发和沿黄经济的发展,进入下游的水量还会进一步减少,而需求还将有所增加,供水不足将成为必然。因此,在不影响潼关高程情况下三门峡水库适量蓄水,配合小浪底纳入全河水量统一调度工作中,将会增加水量调节余地,实现水资源的可持续利用。综合考虑水库淤积和下游水量需求,三门峡水库春灌水位应为320m。水利论文!?:iH R9B^

5.3 减淤

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  小浪底水库投运后,三门峡水库为下游减淤任务大为减轻,可以实现“小水带大沙”,能够进一步降低排沙水位,向下游输送更多泥沙,使水库保持一定长期使用库容。但是并不是说三门峡水库无限制排沙填充小浪底淤沙库容,毕竟国家投巨资目的就要利用小浪底防洪减淤。因此,应深入研究两库联合调节水沙方案,输沙入海以尽可能在较长时间内保持较大调节库容。考虑枢纽增开了两条底孔及汛期水沙量的减少,尤其是洪峰次数和量级的减少,汛期排沙水位可从300m降至295m。水利论文.}+LF.sI7p&k

5.4 发电水利论文ofE9[?9p*D

5.4.1 非汛期发电水利论文,v H1YLJ(p

  在不影响潼关河床冲淤变化的前提下应充分发挥枢纽发电效益,这也是保证枢纽正常运转所必须的。综合考虑水库冲淤规律和机组运行状况,非汛期正常发电水位可在315m,回水末端在大禹渡附近,处在水库溯源冲刷范围内,基本不会对上游河段冲淤产生影响。此外,小浪底水库建成后三门峡枢纽调峰能力进一步增强,满足电网峰谷需要,即在满足防凌、水量调度指令时,实时出库流量可控制在0~1000m3/s之间,保证电网稳定,输送优质电能。

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5.4.2 汛期发电水利论文k.y}lJEm+M AG,g

  汛期因过机含沙量高、水轮机过流部件磨蚀、机组运行方式和污草等原因,浑水发电尚处于试验阶段,在确保防洪和库区排沙的前提下应有所突破,挖掘潜能,按照“洪水排沙、平水发电”展开。水利论文_h|}oMTS

  从理论和实践上都已得出汛期排沙主要集中于洪水期,排沙强度是小水的十倍甚至上百倍,因此遇洪水时则降水位排沙,考虑到汛期洪水量级的降低,排沙指标可从三方面即潼关高程冲淤及升降变化状况、洪水量级和沙峰情况考虑。平水期则应适当抬高水位进行浑水发电,鉴于大禹渡以下基本处于水库溯源冲刷范围内,汛期发电水位可控制在315m以下,能够保证其上河段仍处于自由河段。近些年因持续枯水枯沙,水库冲刷强度不大,尚有一定淤积泥沙未排出,今后几年可控制在307~308m运行,以后视情况再逐步抬高。应当指出,因上游水库蓄水和黄河降雨规律,9、10月水沙表现出非汛期特征,“秋汛”几率降低,原则上可按非汛期对待,即在9月底可将水位逐步升至315m运行。

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  展望未来,随着小浪底枢纽正式投运,黄河治理开发将进入一个新的阶段,也为三门峡水利枢纽带来新的契机。四十年运用总结经验必将促进枢纽发展、有利于泥沙学科的发展,必将为多泥沙河流治理带来珍贵的财富。

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