水力调控方案：实现水资源平衡

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：12.7.1.3水库水力冲滩技术1.引水冲滩过程在引水冲刷水库滩面的过程中，水力冲刷和重力侵蚀共同作用，冲沟的沟床下切、跌坎的溯源推进及冲沟横断面的拓宽同时进行。

12.7.1.1　水力调控措施的机理

水力调控就是利用水流自身的能量进行泥沙配置的技术，又称为调水调沙技术。流域水沙配置应该遵循流域产(来)沙能力(量)与其承沙能力相平衡的原则。在流域内，主要是利用各种水土保持措施，拦截或者减少产沙量，以减轻河道泥沙输送的负担;在河道内，主要是利用水流能量进行泥沙配置，配置的原则主要是遵循水流挟沙能力与分水分沙分配原则。当水流含沙量大于水流挟沙力时，河道处于淤积状态，反之，则处于冲刷状态。显然，泥沙水力配置技术的关键是要在不同的河段、不同的部位及不同时期，合理调控水流挟沙能力的大小及分水分沙的分配关系，以达到有利于泥沙的输送及水沙优化配置。

对于多沙河流而言，河道冲淤与来水来沙有密切的关系，一般冲淤特点为汛期刷槽淤滩，非汛期主槽回淤，无论是主槽还是滩地，常常都处于累积性淤积抬高，如黄河下游河道和永定河等都是如此(胡一三，张红武等，1998;胡春宏等，2005)。对于黄河下游河道，河道输沙具有多来多排、少来少排，大水多排、小水少排，汛期多排，非汛期少排等特性。黄河下游的实测资料表明，水流“多来多排，少来少排”的特点可用输沙率公式来表示

式中:Qs为河道输沙率;Q 为河道流量;S 为上站含沙量;K、α、β分别为系数和指数。

通过分析1960～1999年进入黄河下游河道的422场实测洪水资料，求得下游河道不淤积的水沙关系(李国英，2002，2004)

式中:Qs为河道输沙率;Q 为河道流量;S 为上站含沙量;K、α、β分别为系数和指数。

通过分析1960～1999年进入黄河下游河道的422场实测洪水资料，求得下游河道不淤积的水沙关系(李国英，2002，2004)

式中:S 为花园口站含沙量，kg/m3;Q 为花园口站流量，Q≤3000m3/s(当Q＞3000m3/s且下游河道不漫滩时，也符合此关系);P 为细沙占全沙比例，范围为20%～92%。

12.7.1.2　河道调水调沙技术

按照河道冲淤规律、水库泥沙淤积特点和流域水文预报，利用水库、水利工程枢纽等单独或梯级联合运用，对水沙进行优化调度，充分利用和控制水沙资源，使下游河道朝着有利的河床演变方向发展，水库泥沙淤积形态合理，获得可持续发展的最大经济社会效益，这就是河道调水调沙技术。对于黄河下游而言，就是按照黄河下游河道冲淤规律、小浪底水库的特点，利用水利工程进行人工干预，把进入黄河下游河道不协调的水沙关系变为协调的水沙关系，达到黄河下游河道减淤或冲刷的目的，而且使得小浪底水库的泥沙淤积形态发生变化。

截至2005年，黄河下游先后进行了4次调水调沙试验，取得了较好的效果(李国英，2002，2004)。按实施的途径，黄河调水调沙可分为基于小浪底水库单库运行的调水调沙和基于空间尺度的多水库调水调沙。基于小浪底水库单库运行的调水调沙是根据黄河下游河道输沙能力，充分发挥小浪底水库自身的调节功能，利用调节库容适时蓄存或泄放水沙，将天然的入库水沙过程调整为协调的出库水沙过程，如2002年7月4～15日开展的黄河首次调水调沙试验。而基于空间尺度的多水库调水调沙是指结合上下游多个水库(干流三门峡、万家寨水库和下游支流陆浑水库、故县水库)统一调度，上游水库泄放水流，利用小浪底水库不同泄水孔洞组合塑造一定历时和大小的流量、含沙量及泥沙颗粒级配过程，加载于小浪底水库下游伊洛河、沁河的 “清水”之上，并使其在花园口站准确对接，形成花园口站协调的水沙关系，实现既能排出小浪底水库的淤积泥沙，合理调整水库淤积形态，又能使黄河下游河道不淤积的目标，如2003年和2004年的第二次和第三次黄河下游调水调沙试验都属于这类。

12.7.1.3　水库水力冲滩技术

1.引水冲滩过程

在引水冲刷水库滩面的过程中，水力冲刷和重力侵蚀共同作用，冲沟的沟床下切、跌坎的溯源推进及冲沟横断面的拓宽同时进行 (张崇山，王孟楼，1993)。水库滩面冲沟纵剖面沿程有很大的差异，当水流从引渠沿着开挖的浅沟顺坡而下时，由于顶坡段坡度相对较小，水流在顶坡段还来不及充分加速，就进入前坡段，因此顶坡段没有明显的下切;当水流通过冲刷顶点进入前坡段时，水流以很大的落差下跌，将前坡段的淤积物冲走，使前坡段形成一个陡峭的临空面，粘性土体会产生受拉裂缝，在水流剪切力和重力的作用下，冲沟内的土体发生滑塌。由于纵断面的发展，冲沟的横断面也随之发生变化。冲沟的加深，使两岸出现了临空面，并且随着冲刷顶点的上延，出现临空面的范围越来越大。当沟床冲刷到一定程度，沟岸将会发生坍塌现象，其坍塌机理类似于河岸坍塌。冲沟两侧土体坍塌到沟槽中后，被水流剥蚀冲刷，并携带到水库的主槽，从而输送出库。水流对侧壁的作用仍在继续，两侧壁一次一次地坍塌。一般说来，冲沟下切越深，横断面扩展越大，其宽和深存在着一定的关系。并且随着跌坎的上移，侧壁的坍塌也随之向上发展。

2.引水冲滩的适用条件

引水冲滩的适用条件主要包括:中小型水库、尤其是小型水库;要有放空水库或低水位运用的机会，使滩面暴露;要有较低的排沙低洞;要有一定的清水基流;下游最好有浑水淤灌的条件，使出库浑水和泥沙及时充分地利用。红旗水库采用引水冲滩清淤技术的实践表明，每冲1.0m3泥沙需水10.0m3，所需费用0.037元;在125天内清除库内滩面淤积25.6万m3，占总淤积量的15%，恢复了部分库容;水库下游引浑淤灌新增耕地200余亩，经济效益和社会效益显著(张崇山，王孟楼，1993)。