小浪底水库初期防洪减淤运用关键技术研究

2003-05-29 15:12
尚彩霞,贺秀正
(黄河水利委员会国际合作与科技局,河南 郑州 450003)


“小浪底水库初期防洪减淤运用关键技术研究”(98-928-02-01)是国家“九五”科技攻关计划项目“黄河中下游水资源开发利用及河道减淤清淤关键技术研究”(98-928)之课题“黄河中下游河道防洪减淤关键技术研究”(98-928-02)的01专题。项目组织部门是水利部,专题的第一完成单位是黄河水利委员会勘测规划设计研究院,合作单位有�委会水科院、河南黄河河务局、山东黄河河务局、清华大学、中国水科院、西安理工大学、中国科学院、三门峡枢纽管理局等单位。
小浪底水利枢纽工程位于黄河中游最后一个峡谷的出口,坝址径流量和输沙量分别占全河总量的91.2%和近100%,处在控制黄河水沙的关键部位. 水库总库容126.5亿m3,可拦沙100亿吨左右,并能长期保持有效库容51亿m3,所以,小浪底水库可通过“拦”与“调”二种措施,对下游河道发挥巨大的防洪减淤作用,具有较大的调节水沙的能力。小浪底水库运用涉及问题较多,必须经过充分的研究和实践,才能取得比较正确的认识。

近年来,黄河来水偏枯,工农业用水增加,以及上游龙羊峡、刘家峡水库汛期蓄水等因素的影响,使汛期进入黄河下游的水量大幅度减少,非汛期断流时间增加,下游河道萎缩,主槽淤积严重,排洪能力降低,水患威胁极为严峻。 因此,在入库水沙条件和下游河床边界条件都发生了较大变化的前提下,深入研究在不同的来水来沙条件下小浪底水库初期防洪减淤运用关键技术,对充分发挥工程的综合效益,促进黄河的治理与开发,为地区人口、资源、环境与社会经济协调发展,以及下世纪的可持续发展具有重大意义。

该专题联合国内多家科研院所、高等院校、生产单位进行多学科交叉协同攻关,结合小浪底水库和三门峡水库实际运用情况,采用实测资料分析、理论研究、数学模型模拟和实体模型试验等多种研究手段相结合的技术途经,对小浪底水库初期防洪减淤运用关键技术进行了系统研究,严格按照专题合同要求完成了规定的攻关任务。

专题取得了以下主要研究成果:系统分析了黄河近期的水沙变化,预测了小浪底水库拦沙运用期可能出现的水沙条件;进一步深化了对黄河下游河道冲淤特点的认识,提出了下游河道减淤对小浪底水库初期运用的要求;深入研究了水库调水调沙运用方式,提出了小浪底水库起始运行水位、调控流量、调控库容等关键指标;进行了数学模型的研制开发和动床模型试验,深化了下游河道冲淤演变和库区淤积发展的认识;深入系统地分析了水库运用后下游河道河型转化及相应对策,提出小浪底水库运用后黄河下游河道整治的对策措施;开展了水库防洪运用方式研究,提出了合理减轻三门峡水库蓄洪负担的三小陆故四库联合运用方式;拟定了水库初期以防洪减淤为中心的综合利用调度方案;研究提出了小浪底水库初期运用条件下三门峡水库运用方式。

经有关单位鉴定,专题研究成果总体上达到国际领先水平,其主要创新点有:

1.在深入分析研究水库初期运用特点和下游河道冲淤规律的基础上,开创性地提出小浪底水库初期运用应以调控流量为主,以减轻艾山以下河段淤积为主要目标的调水调沙运用方式。全面、科学地论证了小浪底水库起始运行水位、调控流量、调控库容等调水调沙运用关键技术指标。制定的小浪底水库初期调水调沙运用方案,科学合理、可操作性强。

2.全面系统地分析了黄河下游近四十年的洪水和平水冲淤规律,首次研究提出了下游各河段在不同含沙水流条件下临界冲淤的流量和历时。预测了小浪底水库运用初期下游河道现状整治工程的适应性,为合理制定小浪底水库初期调水调沙运用方式提供了依据。

3.结合小浪底水库初期防洪减淤运用方式研究,首次开展了小浪底库区及小浪底~苏泗庄河段大范围动床模型试验。针对黄河含沙量变幅大、河床冲淤变化迅速以及水库排沙多样性的特点,深化了模型相似理论和模拟技术研究,在河型相似和异重流相似等方面有明显突破。

4.结合初期运用实践和动床模型试验,深化了泥沙数学模型的研究和应用。在库区异重流运动、支流倒灌淤积、下游河道清水冲刷等方面的模拟技术有明显突破。

专题研究成果已应用于小浪底水库2000~2002年调水调沙和防洪预案制定。在本专题研究成果基础上开展的“黄河小浪底水库首次调水调沙试验”,实现了黄河下游河槽全程冲刷,增大了河道平滩流量,检验了现状河道整治工程适应性及小浪底水库泄水建筑物功能,验证了研究成果的合理性和实用性,取得了显著的社会经济效益。