當(dāng)前位置：在永定河，新中國修建的第一座大型骨干水庫官廳水庫，1955年投運(yùn)，1985年被迫改建；在黃河中游，1960年9月下閘運(yùn)用的三門峽水庫，也在1965-1973年間被迫進(jìn)行兩次增改建……
“這到底是怎么回事？”河南省工程泥沙創(chuàng)新團(tuán)隊負(fù)責(zé)人、黃河勘測規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司董事長張金良4月12日告訴科技日報記者，這主要是因為我國水土流失嚴(yán)重地區(qū)的多沙河流，水少沙多、輸沙量大、含沙量高，把庫容淤積死了。
他說，為了控制水庫泥沙淤積，我國水利科技工作者在早期“蓄水?dāng)r沙”運(yùn)用的基礎(chǔ)上，獨(dú)創(chuàng)了“蓄清排渾”方式，近年又正在探索“蓄清調(diào)渾”設(shè)計理論技術(shù)及其運(yùn)用方式。
小浪底調(diào)水調(diào)沙
從“蓄水?dāng)r沙”到“蓄清排渾”再到“蓄清調(diào)渾”，我國多沙河流建水庫的三個階段
張金良介紹，從20世紀(jì)50-60年代開始，我國在多沙河流建水庫，走過了三個階段：
第一階段是“蓄水?dāng)r沙”。我國大規(guī)模的水庫建設(shè)始于20世紀(jì)50-60年代，在多沙河流建水庫，也多參考清水河流水庫設(shè)計，運(yùn)用方式上多采用“蓄水?dāng)r沙”。張金良說，當(dāng)時也考慮到泥沙淤積對水庫運(yùn)用壽命的影響，曾提出在水庫上游加強(qiáng)水土保持、修建攔沙壩等減少入庫泥沙，但泥沙處理思路仍局限于“攔”，即設(shè)置攔沙庫容從時間上換取水庫使用壽命。
第二階段是“蓄清排渾”。針對“蓄水?dāng)r沙”出現(xiàn)的諸多問題，逐漸認(rèn)識到對多沙河流水庫以“攔”為主不可行，創(chuàng)新性地提出了水庫“蓄清排渾”的運(yùn)行方式，并在三門峽、小浪底、三峽水庫運(yùn)用。
張金良說，所謂“蓄清排渾”，就是以保持水庫長期有效庫容為核心，要求水庫死水位具有較大的泄流規(guī)模，同時設(shè)置專門的排沙期和適宜的排沙設(shè)施，在水庫沖淤平衡形態(tài)上進(jìn)行庫容配置和回水計算，水庫有效庫容是相應(yīng)于沖淤平衡形態(tài)的庫容。
“但是，這仍存在一些問題需要進(jìn)一步解決?！睆埥鹆家孕±说姿畮鞛槔忉專紫龋畮鞄烊莘植己突厮O(shè)計是基于沖淤平衡形態(tài)，而實際上水庫進(jìn)入沖淤平衡狀態(tài)后，水庫主汛期調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用、非汛期蓄水運(yùn)用，隨著來水來沙的豐平枯變化，庫區(qū)會有沖淤，存在泥沙淤積短期侵占防洪庫容的風(fēng)險，對正常運(yùn)用期“調(diào)沙”的影響考慮不足；其次，水庫設(shè)計調(diào)水調(diào)沙庫容較小，水庫處于攔沙期，調(diào)控庫容大，可較好地發(fā)揮調(diào)水調(diào)沙減淤效益，但進(jìn)入正常運(yùn)用期后，調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用泥沙淤積不可避免地占用調(diào)水調(diào)沙庫容，遇不利水沙條件或淤積嚴(yán)重時，必須進(jìn)行強(qiáng)迫排沙以保證足夠的有效庫容，而強(qiáng)迫排沙時“小水帶大沙”等現(xiàn)象不可避免，加劇進(jìn)入下游的水沙關(guān)系不協(xié)調(diào)程度，面臨水庫有效庫容保持和下游水沙關(guān)系協(xié)調(diào)有機(jī)統(tǒng)一的矛盾，影響水庫減淤效益的長期發(fā)揮。第三，水庫的攔沙庫容和調(diào)水調(diào)沙庫容、其他庫容相對獨(dú)立，“水庫容”和“沙庫容”互換程度低，對泥沙多年調(diào)節(jié)和場次洪水泥沙統(tǒng)籌調(diào)節(jié)能力不足。第四是在一些超高、特高含沙量河流上修建的水庫，即使采用“蓄清排渾”方式，也難以保持有效庫容，比如巴家嘴水庫年平均入庫含沙量高達(dá)220千克每立方米，先后進(jìn)行了三次加高改建，水庫有效庫容長期保持和供水調(diào)節(jié)之間的矛盾仍難以協(xié)調(diào)。
為解決這些問題，科學(xué)家正在探索一條“蓄清調(diào)渾”新思路。
第二次改建后的三門峽水庫（圖片說明）
“蓄清調(diào)渾”新思路的提出
張金良介紹，1999年小浪底水庫投入運(yùn)用以來，在“蓄清排渾”“攔”“排”處理泥沙的基礎(chǔ)上，全面發(fā)展了調(diào)水調(diào)沙理念，對水庫群人工塑造異重流排沙技術(shù)、水庫群聯(lián)合調(diào)水調(diào)沙調(diào)度模式、多沙河流水庫灘槽同步塑造、攔沙庫容再生與多元化利用等進(jìn)行了深入研究，提出了水沙關(guān)系協(xié)調(diào)度的定義和計算方法，逐步形成了以水庫長期有效庫容保持和盡可能長期提高下游水沙關(guān)系協(xié)調(diào)度為核心的“蓄清調(diào)渾”運(yùn)用技術(shù)。
張金良說，所謂“蓄清調(diào)渾”，就是根據(jù)水庫開發(fā)任務(wù)要求，充分考慮多沙河流來水來沙過程中場次洪水和年際間豐、平、枯變化，統(tǒng)籌調(diào)節(jié)泥沙對水庫淤積形態(tài)和有效庫容的影響，盡可能提高下游河道水沙關(guān)系協(xié)調(diào)度為核心，設(shè)置合適的攔沙和調(diào)水調(diào)沙庫容，通過“攔、調(diào)、排”全方位協(xié)同調(diào)控，實現(xiàn)有效庫容長期保持和部分?jǐn)r沙庫容的再生利用、攔沙庫容與調(diào)水調(diào)沙庫容一體化使用，即實現(xiàn)部分“水庫容”和“沙庫容”在一定時段內(nèi)互換，發(fā)揮水庫對泥沙的 “內(nèi)”調(diào)節(jié)作用，并通過水庫群調(diào)度和天然洪水泥沙過程銜接，更好地協(xié)調(diào)進(jìn)入下游的水沙關(guān)系，以充分發(fā)揮水庫綜合利用效益。
他強(qiáng)調(diào)，“蓄清調(diào)渾”不僅考慮水庫的“攔”“排”，更加注重“調(diào)”，要求水庫結(jié)合開發(fā)任務(wù)、運(yùn)用階段和入庫水沙條件等，靈活確定調(diào)度方式，在“調(diào)”中“攔”“排”，“攔”“排”中“調(diào)”。攔沙期水庫按照“小水?dāng)r沙，大水排沙，適時造峰，淤灘塑槽”灘槽同步塑造和攔沙庫容多元化利用，有利水沙條件下盡快降低庫水位進(jìn)行低水位排沙，正常運(yùn)用期水庫按照水沙分級分類調(diào)度輔以非常規(guī)排沙調(diào)度，實現(xiàn)協(xié)調(diào)水沙關(guān)系再造和攔沙庫容再生利用。
同時，為更好滿足“調(diào)”，“蓄清調(diào)渾”在水庫設(shè)計上也有不同要求，首先要設(shè)置足夠的調(diào)水調(diào)沙庫容，調(diào)水庫容主要滿足大流量過程塑造的需要，調(diào)沙庫容主要滿足水沙過程豐平枯變化以及水沙關(guān)系不協(xié)調(diào)帶來的泥沙年際和年內(nèi)調(diào)節(jié)的需要。其次，庫容分布設(shè)計要考慮水庫“調(diào)”沙過程中水庫淤積形態(tài)動態(tài)變化。水庫正常運(yùn)用期調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用，庫區(qū)泥沙沖淤具有死灘活槽的特點，存在“高灘深槽、高灘中槽、高灘高槽”三種淤積狀態(tài)，攔沙庫容、調(diào)水調(diào)沙庫容、興利庫容、防洪庫容、生態(tài)庫容分布設(shè)計，要考慮和淤積形態(tài)變化的耦合，按照“深槽調(diào)沙、中槽興利、高槽調(diào)洪”規(guī)則進(jìn)行水庫庫容配置，減免正常運(yùn)用期泥沙動態(tài)調(diào)節(jié)侵占有效庫容進(jìn)而帶來的水庫強(qiáng)迫排沙的風(fēng)險。再次，對超高含沙量河流水庫，采用“正常+非?！彪p泥沙侵蝕基準(zhǔn)面設(shè)計理論和非常規(guī)排沙技術(shù)，在水庫正常泄流排沙孔以下增設(shè)非常排沙底孔，結(jié)合非常規(guī)排沙調(diào)度方式，可在長期保持有效庫容前提下，進(jìn)一步實現(xiàn)部分淤“死”攔沙庫容的復(fù)活并和調(diào)水調(diào)沙庫容一體化永續(xù)利用。最后，對特高含沙量河流水庫的有效庫容保持和供水調(diào)節(jié)之間的矛盾，要采用水沙分置方式。
官廳水庫
“蓄清調(diào)渾”應(yīng)注意三個問題
張金良透露，目前，“蓄清調(diào)渾”設(shè)計理論技術(shù)與運(yùn)用方式已經(jīng)在小浪底等水庫進(jìn)行了應(yīng)用，古賢、涇河?xùn)|莊以及甘肅馬蓮河等重大水利工程樞紐論證設(shè)計中已全面應(yīng)用。
他表示，今后對“蓄清調(diào)渾”運(yùn)用及設(shè)計技術(shù)，應(yīng)注意三個問題：
一是在多沙河流上建設(shè)水庫，必須緊緊抓住水沙關(guān)系調(diào)節(jié)的“牛鼻子”。“蓄清調(diào)渾”在“蓄清排渾”基礎(chǔ)上更注重“調(diào)”，實現(xiàn)了時間上、空間上對泥沙的統(tǒng)籌處理。
二是“蓄清調(diào)渾”運(yùn)用是對“蓄清排渾”運(yùn)用的繼承和對“調(diào)水調(diào)沙”的發(fā)展。攔沙期水庫按照“小水?dāng)r沙，大水排沙，適時造峰，淤灘塑槽”灘槽同步塑造和攔沙庫容多元化利用，正常運(yùn)用期水庫按照水沙分級分類調(diào)度輔以非常規(guī)排沙調(diào)度，實現(xiàn)協(xié)調(diào)水沙關(guān)系和攔沙庫容再生利用。
三是在未來運(yùn)行中，“蓄清調(diào)渾”設(shè)計理論技術(shù)與運(yùn)用方式需進(jìn)一步完善提升。
張金良認(rèn)為，如果說“蓄清排渾”奠定了多泥沙河流水庫成功建設(shè)和運(yùn)行的技術(shù)基礎(chǔ)，支撐了多泥沙河流防洪工程、水沙調(diào)控、水資源配置等工程體系的成功建設(shè)和運(yùn)行，那么，“蓄清調(diào)渾”必將為多沙河流的保護(hù)和治理提供高質(zhì)量技術(shù)支撐。（科技日報）
