小浪底水庫運用以來庫區泥沙淤積分析

王婷 王遠見 曲少軍 任智慧 馬為民

摘要：為了提高小浪底水庫排沙效果，延長水庫攔沙壽命，對水庫運用以來庫區的淤積情況進行了分析。結果表明：①小浪底庫區干流仍為三角洲淤積形態，三角洲頂點距壩16.39km，高程為222.59m。遠離大壩的支流溝口淤積面均高于支流內部，支流畛水出現明顯的攔門沙坎，高度為9.9m。②汛期庫區年均淤積2.117億t，占總淤積量的92%。高程235m以下淤積泥沙33.983億m³，是淤積的主體。大壩—HH20、HH20—HH38庫段是淤積的主要庫段，分別淤積19.972億m³、11.101億m³，占總淤積量的61%、34%。干流淤積量為26.136億m³，占總淤積量的80%。③淤積物中，細沙、中沙、粗沙分別占總量的39.7%、28.9%、31.4%。中細泥沙，尤其是不會造成下游大量淤積的細沙淤積在水庫中，減少了攔沙庫容，降低了水庫的攔沙效益，縮短了水庫的攔沙壽命。

關鍵詞：淤積形態;淤積分布;泥沙;小浪底水庫

中圖分類號：TV856;TV882.1 文獻標志碼：A

1 前言

小浪底水庫是一座以防洪（防凌）、減淤為主，兼顧供水、灌溉、發電，除害興利、綜合利用的樞紐工程，在黃河治理開發的總體布局中具有重要的戰略地位[1]。自運用以來，水庫在保障下游防洪及生活、生產、灌溉和生態用水安全、減小洪水漫灘概率、擴大下游主河槽過流能力、改善河流生態環境及電網供電質量等方面發揮了巨大的社會效益和經濟效益[2-3]。由于小浪底水庫運用以來遇黃河枯水少沙系列，主要來沙期水庫攔沙運用較多，因此庫區泥沙淤積相對較多。至2016年10月，用沙量平衡法計算的庫區淤積量為38.990億t，用斷面法計算的庫區淤積量為32.573億m³（達到設計攔沙庫容72.5億m³的45%）。為了提高水庫排沙效果，延長水庫攔沙壽命，需要對庫區淤積情況進行分析。

2 庫區淤積形態

2.1 干流淤積形態

小浪底水庫運用初期以攔蓄泥沙、下泄清水為主，至2000年10月，干流縱剖面呈三角洲淤積形態[4]（見圖1）。之后受入庫水沙、水庫運用調度方式以及庫區地形等影響，三角洲淤積形態不斷發生調整。如2003年、2005年，由于距壩70km以上庫段河寬較窄，因此洪水期運用水位的升高使該河段發生一定的淤積，次年汛前調水調沙時，當三門峽水庫下泄清水大流量過程時，淤積在該庫段的泥沙發生沖刷，淤積形態發生調整。水庫淤積形態發展的趨勢：三角洲洲面段不斷抬高，三角洲頂點不斷向壩前推進（見圖2）。至2016年10月，三角洲頂點已由距壩69.39km （2000年10月）的HH40斷面移至距壩16.39km的HH11斷面，向下游推進53km，三角洲頂點高程為222.59m。

2.2 支流淤積形態

小浪底庫區支流淤積主要為干流來沙倒灌所致，支流淤積形態取決于溝口處干流的淤積位置和倒灌流態以及支流地形條件[5-7]。支流溝口淤積面與干流同步抬升，當支流位于干流三角洲頂點以下主要為異重流倒灌時，支流內部與溝口基本保持一致;當支流位于三角洲頂坡段主要為明流倒灌時，支流內部抬升相對較慢，出現明顯的攔門沙坎。當支流溝口寬度較小時，干流水沙倒灌進入支流時的寬度小、沙量少;而支流內部較寬時，進入支流的水沙隨寬度增加，流速下降，挾沙能力減弱，泥沙落淤;倒灌距離越長，挾帶的沙量越少，淤積厚度越小。如支流畛水（距壩18km），2016年10月溝口對應干流灘面高程為223.6m，而畛水內部最低淤積6斷面高程僅為212.8m，高差達到10.8m（見圖3）。總體來說，至2016年10月，庫區大部分支流溝口淤積面高程高于支流內部（見圖4），具有較為明顯的倒坡。

3 庫區淤積分布

3.1 沖淤量年內年際分配

小浪底庫區泥沙淤積主要集中在汛期，2000-2016年（上年11月至次年10月，下同）汛期年均淤積泥沙2.117億t，占年淤積量的92%;非汛期淤積主要集中在汛前調水調沙期。

受黃河泥沙年際變化及小浪底水庫汛期運用水位的影響，淤積量年際變化較大（見圖5）。水庫運用初期以蓄水攔沙為主，運用水位較高，泥沙淤積較多。如小浪底運用以來來沙量最大的2003年，入庫水量217.61億m³、沙量7.564億t，庫區淤積泥沙6.358億t，為運用以來淤積量的最大值，淤積比為84%。水庫進人攔沙后期第一階段，洪水期水庫排沙機會增多，淤積比減小。如來水最豐的2012年進行過3次調水調沙，入庫水量358.24億m³、沙量3.327億t，淤積量2.032億t，淤積比為61%。2015年和2016年屬嚴重枯水少沙年，小浪底入庫水量分別為183.80億、158.01億m³，沙量分別0.501億、1.115億t，全年未排沙。

3.2 泥沙淤積高程分布

泥沙淤積高程分布與來沙時段運用水位密不可分。汛期是主要來水時段，汛限水位的高低直接影響到汛期淤積分布。小浪底水庫運用至2016年，隨著水庫淤積量增大，汛限水位逐步抬升，經歷了4次調整：2000年汛限水位為215m;2001年開始實行兩階段汛限水位，前汛期汛限水位為220m，后汛期為235m;2002年開始前汛期汛限水位為225m，后汛期汛限水位為248m;2013年開始前汛期汛限水位為230m：2016年開始進行汛限水位動態試驗，汛期主要來沙時段運用水位為238.5m左右。水庫運用初期水位較低，三角洲洲面段有所沖刷，泥沙淤積主要集中在淤積面相對較低的壩前淤積段。隨著汛期運用水位的不斷抬升，淤積部位不斷向上游發展，淤積面不斷抬升。至2016年10月，汛期主要來沙時段小浪底水庫運用水位一般低于235m。因此，泥沙淤積主要集中在235m高程以下，至2016年10月235m高程以下淤積量為33.983億m³，245m以上發生少量沖刷（見圖6）。

3.3 泥沙淤積位置分布

小浪底水庫總體處于峽谷地帶，平面形態狹長彎曲，人匯支流較多，且均分布在HH38斷面（距壩64.83km）以下。根據庫區平面形態，將水庫劃分為3段[8]：大壩-HH20斷面（距壩33.48km）、HH20-HH38斷面和HH38-HH56斷面（距壩123.41km），前兩段總體較為寬闊，河谷寬度多在1000m以上，最寬處為2800m，后一段為峽谷段，河谷寬度多在500m以下。

小浪底水庫運用初期，為了增加壩前泥沙淤積厚度以增強抗滲漏能力，運用水位較低，下閘蓄水至2003年7月，最高水位為240.87m[9]，利用異重流排沙出庫較少。在此期間，淤積主要集中在壩前-HH20斷面（見圖7）。隨著庫區淤積以及洪水期水庫運用方式的變化，泥沙淤積位置不斷發生變化。總體來講，2000-2016年泥沙淤積主要集中在HH38斷面以下的兩個區間，即大壩-HH20、HH20-HH38庫段，淤積量分別為19.972億、11.101億m³，分別占總淤積量的61%、34%。

就干支流分布來講，泥沙淤積主要集中在干流，支流淤積相對較少（見圖8），且集中在溝口附近。2000-2016年，干、支流淤積量分別為26.136億、6.437億m³，分別占庫區淤積總量的80%、20%。

3.4 淤積物組成

2000-2016年小浪底庫區累計淤積泥沙38.990億t，其中細沙（粒徑d≤0.025mm，下同）、中沙（0.025mm0.05mm，下同）分別為15.493億、11.243億、12.254億t（見圖9），分別占39.7%、28.9%和31.4%。中細泥沙占總淤積量的68.6%，尤其對下游不會造成大量淤積的細沙淤積在水庫中，減少了攔沙庫容，降低了水庫的攔沙效益，水庫排沙較少，縮短了水庫的攔沙壽命[10]。

4 結論

（1）小浪底庫區干流淤積形態仍為三角洲淤積，三角洲頂點距壩16.39km，高程為222.59m。遠離大壩的支流溝口淤積面均高于支流內部，支流畛水出現明顯的攔門沙坎，高度為9.9m。

（2）汛期庫區年均淤積2.117億t，占總淤積量的92%。高程235m以下淤積泥沙33.983億m³，是淤積的主體。大壩—HH20、HH20-HH38庫段是淤積的主要庫段，分別淤積19.972億m³、11.101億m³，占總淤積量的61%、34%。干流淤積量為26.136億m³，占總淤積量的80%。

（3）淤積物中，細沙、中沙、粗沙分別占總量的39.7%、28.9%和31.4%。中細泥沙，尤其是不會造成下游大量淤積的細沙淤積在水庫中，減少了攔沙庫容，降低了水庫的攔沙效益，水庫排沙較少，縮短了水庫的攔沙壽命。

參考文獻：

[1]張俊華，陳書奎，李書霞，等.小浪底水庫攔沙初期水庫泥沙研究[M].鄭州：黃河水利出版社，2007：1-5.

[2]劉樹君.小浪底水利樞紐調度運用回顧[J].人民黃河，2016，38（10）：137-144.

[3]陳建國，周文浩，孫平.論小浪底水庫近期調水調沙在黃河下游河道沖刷中的作用[J].泥沙研究，2009（3）：1-7.

[4]王婷，陳書奎，馬懷寶，等.小浪底水庫1999-2009年泥沙淤積分布特點[J].泥沙研究，2011（5）：60-66.

[5]張俊華，陳書奎，馬懷寶，等.小浪底水庫攔沙后期防洪減淤運用方式研究：小浪底水庫模型試驗研究[R].鄭州：黃河水利科學研究院，2010：52-57.

[6]張俊華，馬懷寶，王婷，等.小浪底水庫支流倒灌與淤積形態模型試驗[J].水利水電科技進展，2013，33（2）：1-4.

[7]WANG Ting，MA Yingping，ZHANG Junhua，et.al.Deposi-tion Morphology of Tributary Zhenshui in XiaolangdiReservoir[J].Applied Mechanics and Materials，2014，641：145-148.

[8]水利部黃河水利委員會.黃河泥沙公報[R].鄭州：黃河水利委員會，2014：26.

[9]屈章彬，臺樹輝.小浪底壩前泥沙淤積對大壩基礎滲流影響分析[J].人民黃河，2009，31（10）：94-95.

[10]王婷，李刁評，任智慧，等.2016年前汛期中小洪水調水調沙試驗研究[R].鄭州：黃河水利科學研究院，2016：7-9.