小浪底水利枢纽首次汛限水位动态控制试验效果浅析

防汛与抗旱　ＣＨＩＮＡ　ＷＡＴＥＲ　ＲＥＳＯＵＲＣＥＳ　２０１　７．７　小浪底水利枢纽首次汛限水位　动态控制试验效果浅析　刘树君。董泽亮，张荣凤　（水利部小浪底水利枢纽管理中心，４５００００，郑州）　摘要：２０１６年汛期，基于严重偏枯的水情条件，小浪底水利枢纽实施了首次汛限水位动态控制试验。采取对比　分析的方法．基于实际水沙条件和用水需求．分析实施汛限水位动态控制运用和模拟常规运用过程，并将两次运　用过程的成效进行对比分析．说明在水量严重偏枯年份，小浪底水利枢组实施汛限水位动态控书】运用，在可保障　防洪安全、不显著增加水库淤积前提下，能够综合利用上半年水库蓄水。充分拦蓄汛期洪水，优化配置水资源，显　著提高供水、发电效益，避免了黄河断流。保障了河流健康生命。　关键词：汛限水位动态控制；来水严重偏枯；汛限水位；成效；小浪底水利枢纽　Ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｉｆｒｓｔ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｏｎ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｌｆｏｏｄ　ｌｅｖｅｌ　ｉｎ　Ｘｉａｏｌａｎｇｄｉ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｍｐｌｅｘ／／Ｌｉｕ　Ｓｈ￣ｕｎ，Ｄｏｎｇ　Ｚｅｌｉａｎｇ，Ｚｈａｎｇ　Ｒｏｎｇｆｅｎｇ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｆｌｏｏｄ　ｓｅａｓｏｎ　ｏｆ　２０１６．ｆｉｒｓｔ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｏｎ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｌｏｏｄ　ｌｅｖｅｌｆ　ｈａｄ　ｂｅｅｎ　ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ　ｉｎ　Ｘｉａｏｌａｎｇｄｉ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｍｐｌｅｘ　ｗｉｔｈ　ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｓｅｖｅｒｅ　ｄｒｙ　ｗａｔｅｒ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｉｓ　ａｄｏｐｔｅｄ　ｔｏ　ｅｖａｌｕａｔｅ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ａｐｐｌｙｉｎｇ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｆｌｏｏｄ　ｌｅｖｅｌ　ａｎｄ　ｓｉｍｕｌａｔｅ　ｎｏｒｍａｌ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｎ　ｌｉｎｅ　ｗｉｔｈ　ａｃｔｕａｌ　ｗａｔｅｒ　ａｎｄ　ｓｅｄｉｍｅｎｔ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｗａｔｅｒ　ｄｅｍａｎｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ｔｗｏ－ｔｉｍｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｔ　ｉｓ　ｆ０ｕｎｄ　ｔｈａｔ　Ｘｉａｏｌａｎｇｄｉ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｍｐｌｅｘ　ｃａｎ　ｐｌａｙ　ｔｈｅ　ｒｏｌｅ　ｏｆ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｆｌｏｏｄ　ｌｅｖｅｌ　ｉｎ　ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ　ｌｏｗ　ｗａｔｅｒ　ｙｅａｒ．Ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｒｅｍｉｓｅ　ｏｆ　ｓｅｃｕｒｉｎｇ　ｆｌｏｏｄ　ｓａｆｅｔｙ　ａｎｄ　ｎｏ　ａｄｄｉｎｇ　ｏｆ　ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｃａｎ　ｍａｋｅ　ｆｕｌｌ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｓｔｏｒｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｉｒｓｔ　ｈａｌｆ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｙｅａｒ　ａｎｄ　ｒｅｔａｉｎ　ｆｌｏｏｄｗａｔｅｒ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｌｏｏｄ　ｓｅａｓｏｎ，ｗｈｉｃｈ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｓ　ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ａｎｄ　ｉｎｃｒｅａｓｅｓ　ｗａｔｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ　ａｎｄ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｐｒｅｖｅｎｔｓ　ｄｒｙ－ｕｐ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｙｅｌｌｏｗ　Ｒｉｖｅｒ　ａｎｄ　ｓａｆｅｇｕａｒｄｓ　ｈｅａｌｔｈ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｉｖｅｒ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｙｎａｍｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｆｌｏｏｄ　ｌｅｖｅｌ；ｅｘｔｒｅｍｅ　ｌｏｗ　ｏｆ　ｃｏｍｉｎｇ　ｗａｔｅｒ；ｆｌｏｏｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｌｅｖｅｌ；ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓ；Ｘｉａｏｌａｎｇｄｉ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｍｐｌｅｘ　中图分类号：Ｔｖ８７　文献标识码：Ｂ　文章编号：１０００—１１２３（２０１７）０７—００４２—０３　一、基本情况　淤满前　汛限水位主要按减淤要求控　制．汛期采用两阶段汛限水位．７—８　月为前汛期．８月２１　Ｅｌ向后汛期过　渡：９—１０月为后汛，ｌ０月２１日向非　来水依然偏少。为确保下游供水安　全．提高水资源综合效益．经国家防　总批准．小浪底枢纽进行了首次汛限　小浪底水利枢纽（简称小浪底枢　纽）位于黄河中游最后一段峡谷出口　处．控制黄河流域面积的９２．３％、径流　水位动态控制试验．将前汛期汛限水　位由２３０ｍ调整至２３８．５　ｍ．增加调蓄　库容ｌ０．４９亿ｍ　。　本次汛限水位动态控制试验仅　提升前汛期汛限水位．所以分析时段　选取２０１６年６月２９日一９月２０日．　可满足精度要求　评估方法是基于实　际水沙条件和用水需求．模拟常规运　用过程．并将汛限水位动态控制运用　过程与模拟常规运用过程进行效益　汛期过渡。经国家防总批准，从２０１３　年开始．前汛期汛限水位为２３０　ｍ．后　汛期汛限水位为２４８　ｍ　截至２０１６年５月底．小浪底枢　量的９１．２％、输沙量的１００％：设计库　容１２６．５亿ｍ，（其中淤沙库容７５．５亿　ｍ。，长期有效库容５１亿ｍ　）；开发任　务是以防洪（防凌）、减淤为主，兼顾　纽累计淤积泥沙２９．８３亿ｒｎ３．剩余库　容９６．６７亿ｍ，．前汛期防洪库容８５．９　亿ｍ。，后汛期防洪库容６０．０４亿ｍ。。　供水、灌溉和发电，蓄清排浑．除害兴　利．综合利用。　小浪底枢纽设计防洪库容４５．５　２０１６年上半年黄河来水严重偏　枯．小浪底枢纽蓄水较少．预测汛期　亿ｍｓ．相应库水位２５４　ｍ：在淤沙库容　收稿日期：２０１７—０３—１０　作者简介：刘树霍。教授级高级工程师。　一４２　防汛与抗旱　２０１７．７中国水利　对比分析。　表１　小浪底枢纽入库流量特征值　二、水沙条件一、，Ｊ、　不ｌ　－ｒ＂　１．上半年水情　２０１６年上半年黄河来水严重偏　年份　月份　入库流量（ｍ３／ｓ）　最大　２　３００　１　８２０　历年平均流量　（ｍ３／ｓ）　７３０　８８２　实际与历年　平均比较　偏多２２．４６％　偏少２８．６８％　最小　ｌ８６　１２２　平均　８９４　６２９　７月　８月　枯．１—６月累计入库水量５７．８４亿ｍ３．　仅多于２００３年同期．为小浪底枢纽蓄　水运用以来同期第二极枯水年　６月底　小浪底库水位２３８．２９　ｍ．蓄水２Ｏ．８９亿　ｍ３．汛限水位以上蓄水１０．１８亿ｍ３。　２．汛期水情　２０１６年７月１　Ｅｔ一９月２０日．小　浪底枢纽累计入库水量５２．Ｏ７亿ｍ３．　较历年平均偏枯２５．５２％：７—８月有　两次小的洪水过程．潼关断面洪峰流　量分别为２　３６０ｍ３／ｓ和２　３５０ｍ３／ｓ。小　浪底入库流量特征值见表１。　３．汛期沙情　２０１６年７月１　Ｅｌ一９月２０日．小　浪底枢纽来沙量主要集中在两次洪　水过程．潼关站最大含沙量分别为　６３　ｋｇ／ｍ３和１３０　ｋｇ］ｍ３．相应小浪底枢　纽最大入库含沙量分别为３２３　ｋｇ／ｍ３　和５９７　ｋｇ／ｍ３（三门峡水库敞泄．持续　时间较短）。入库沙量特征值见表２。　三、运用过程　１．试验运用过程　小浪底枢纽取消行汛前调水调　沙运用　２０１６年６月２９日小浪底库　水位２３８．７２　ｍ。蓄水２１．５２亿ｍ３。　７月份小浪底枢纽下泄流量维　持在１　０００ｍ３／ｓ左右　７月上中旬库水　位缓慢下降．最低降至２３６．６　ｉｎ（７月　１２日）。７月中旬黄河中下游发生降　雨过程．潼关站最大日均流量１　７５０　ｍ３，ｓ．最大洪峰流量２　３６０　ｍ３／ｓ（７月２０　日）．小浪底库水位迅速回升．至７月　２０日库水位升至２３７．２４ｍ　７月２１—　３１日．小浪底入库流量在８９６～２　３００　ｍ３／ｓ之间．库水位缓慢上涨．７月底库　水位为２３８．８７　ｍ　８月上旬．黄河来水偏少．小浪底　出库流量按下游用水需求调整至４００　ｍ３／ｓ．库水位维持在２３８　ｍ左右。８月　２０１６拄　９月１—２Ｏ日　８９４　４７８　６５４　１　３１１　偏少５０．１１％　平均　７２５．６７　９７４．３３　偏少２５．５２％　表２小浪底枢纽入库沙量特征值　小浪底入库　年份　月份　最大含沙量　平均含沙量　输沙量　（ｋｒｄｍ。）　（ｋ　ｍ］）　（万ｔ）　７月　３２３　ｌ９－８　４７４１　２０１６经　８月　５９７　３２．７４　５　５１５　９月１—２Ｏ日　１】．５　５．６９　６４３　官　一　图１　小浪底枢纽试验及常规运用库水位过程　图２小浪底枢纽试验及常规运用入、出库流量过程　中旬．黄河中游发生降雨过程．潼关　９月１—２０日小浪底日均入库流　站洪峰流量２　３５０　ｍ３／ｓ。８月１７—２３　量６２９ｍ３／ｓ．出库流量仍维持３００ｍ３／ｓ．　日．小浪底入库流量在１　０００ｍ３／ｓ左　库水位缓慢上升。至９月２０日库水　右。因预报后期无较大降雨，且黄河　位为２４７．２４ｍ　下游引水量较小ｆ利津以上引水流量　试验运用小浪底库水位、人出库　不足２００　ｍ３／ｓ）．从８月１５日开始，小　流量、沙量过程见图１～３，发电量过程　浪底枢纽向后汛期限制水位过渡．出　见图４　库流量减小至３００ｍ３／ｓ．至８月底小　２．模拟常规运用过程　浪底库水位为２４３．３５　ｍ　６月２９日一９月２０日小浪底人　４３—　防汛与抗旱　ＣＨＩＮＡ　ＷＡＴＥＲ　ＲＥＳＯＵＲＣＥＳ　２０１　７．７　３５０　３００　２５０　运动到坝前．入库泥沙全部拦在水库　内　小浪底水库６月２９日一８月２０　２００　一　日累计拦截泥沙６　２３７万ｔ．至９月　２０日累计拦截泥沙１０　９５９万ｔ　删　１５０皿删　１００　５０　Ｏ　２．模拟常规运用排沙分析　（１）模拟汛前调水调沙运用排沙　分析　分析历年汛前调水调沙运用可　图３小浪底枢纽入库流量、含沙量过程　知．小浪底水库汛前调水调沙异重流　排沙主要发生在第二阶段．排沙量与　三门峡水库泄流规模（下泄流量、持　主　—　续时间、含沙量１及小浪底水库淤积　形态、衔接库水位、下泄流量相关。在　小浪底水库淤积形态基本相同条件　下．三门峡水库泄流规模越大．小浪　底水库衔接库水位越低．下泄流量越　咖　皿　大．小浪底水库形成异重流的规模就　越大．排沙量也越大　图４小浪底枢纽试验及常规运用发电量过程　本次模拟的汛前调水调沙第二　阶段与２０１１年、２０１２年、２０１３年汛前　调水调沙第二阶段比较．小浪底水库　淤积形态基本相同．三门峡水库泄流　规模及小浪底水库衔接库水位、下泄　流量基本相当．所以模拟汛前调水调　沙小浪底水库排沙量参照２０１１年、　２０１２年、２０１３年汛限调水调沙排沙　量．约为６　００１３万ｔ　库流量、沙量过程采用实际值。６月　２９日小浪底库水位２３８．７２　ｍ．比前汛　值．入出库水量基本平衡．库水位维　持在２２８～２３０　Ｉｎ之间：８月２１日起，　期汛限水位高８．７２　ｍ　按照原拟定计　划．６月２９日一７月８日小浪底枢纽　出库流量采用实际值（约３００　ｍ３／ｓ）．　库水位逐步上涨．至９月２０日达到　２３８．７３　Ｉ１１＿，相应蓄水量２１．５亿ｍ　。　模拟常规运用小浪底库水位、入　出库流量、沙量过程见图１～３．发电量　过程见图４　实施汛前调水调沙运用．起始库水位　２３８．７２　ｍ．结束库水位２１４．２７　ｍ．出库　水量２４．６３亿ｍ］　调水调沙运用分两　个阶段：一是小浪底水库清水下泄阶　段．小浪底水库利用蓄水下泄冲刷下游　河道．控制花园口断面平均流量３　０００　模拟汛前调水调沙运用特征值　见表３。　四、排沙分析　１．试验运用排沙分析　在试验运用过程中．由于汛期入　库洪水规模小．水库充分拦蓄洪水．　（２）模拟常规运用汛期排沙分析　模拟调水调沙运用后．由于入库　洪水规模较小．水库蓄水量较多．回　ｍ３／ｓ左右．当小浪底库水位降至约　２１５　ｍ时结束：二是三门峡水库大流　量下泄阶段．三门峡水库利用三门　峡、万家寨水库蓄水．加上河道天然　来水人造洪峰．冲刷小浪底水库淤　沙．在小浪底水库形成异重流排沙．　至三门峡水库蓄水基本排空．小浪底　水距离较长．入库泥沙全部拦在水库　内．小浪底出库泥沙量为０　水库蓄水量最小为１８．４５亿１１３，．回水　距离较长（超过９０　ｋｍ），异重流没有　综合考虑调水调沙及汛期运用．　表３小浪底枢纽模拟汛前调水调沙运用过程特征值　起止时间　６月２９日一７月６日　库水位达到２１５　ｍ左右．小浪底水库　下泄流量小于８００　ｍ３／ｓ时．调水调沙　平均流量（ｍ３／ｓ）　最大流量（ｍ３／ｓ）　出库沙量（万ｔ）　总下泄水量（亿ｍ，）　２　８５０　３　５０ＨＤ　６　０００　２４．６２　结束。　７月８日调水调沙结束后．小浪　底枢纽按照蓄水兼顾下游供水需求　运用．７月９—２３　Ｅｔ出库流量为４５０　下泄水量　发电水量（亿ｍ，）　弃水量（亿Ｔｎ３）　水量利用率　发电量（亿ｋｗｈ）　１４．１２　１０．５　５７％　３．４　ｍ３／ｓ．库水位缓慢回升至２２８．６８　ｍ：此　后至８月２０日．出库流量采用实际　（下转第３２页）　●４４　农村水利　（上接第４４页）　项目　表４小浪底枢纽试验过程和模拟过程效益对比　６月２９—８月２０日　试验　常规　相差　６月２９　１３—９月２０　１３　试验　常规　相差　防洪　入库泥沙（万ｔ）　减淤　出库泥沙（万ｔ）　水库增加淤积（万ｔ）　保障防洪安全　６　２３７　０　６２３７　６２３７　约６０００　２３７　相同　相同　—６Ｏｏ０　６Ｏｏｏ　保障防洪安全　１０９５９　Ｏ　１０９５９　１０９５９　约６０００　４９５９　相同　相同　—６０００　６　ｏ（）ｏ　供水（亿ｒｌｌ　）　期末蓄水量（亿ｉｎ，）　发电水量　发电　实际发电水量（亿１１１，）　弃水量（亿ｒｎ　）　合计发电水量（亿ｍ　）　实际发电量（亿ｋＷｈ）　３５　２３．５　３５　Ｏ　７．６　２４．５３　１０．３　３８．６３　１０．５　１０．５２　９．１　１０．４７　１４．１５　－３．６３　—１Ｏ．５　—１．５　４３　３５．７　４３　Ｏ　１０．８　３２．５３　２２．５　４６．９２　１０．５　１０．２３　１１．２　ｌ０．４７　１４．１５　－３．９２　—１０．５　－０．４　增蓄水量折合发电量（亿ｋＷｈ）　合计发电量（亿ｋＷｈ）　期末库水位（ｍ）　３．３９　１０．９９　２４０．１６　０　９．１　２２９．５４　３＿３９　１．８９　１Ｏ．６２　３．７６　１４．５６　２４７．２４　０　ｌ１．２　２３８．７３　３．７６　３－３６　８．５１　小浪底水库６月２９　１３—８月２０日累　计拦截泥沙２３７万ｔ．至９月２０日累　六、结论　研究分析表明．小浪底水利枢纽　首次汛限水位动态控制运用与常规　运用比较．在确保防洪安全的前提　下。主汛期相对增加供水ｌ０．４７亿ｍ。．　相对增加蓄水１４．１５亿ｍ　．汛期洪水　全部资源化利用．对有效应对黄河下　游严峻的枯水形势．保障豫、鲁两省　免黄河断流．维护河流健康生命发挥　了重要作用．并为冬春灌溉供水储备　计拦截泥沙４９５９万ｔ　了水源。截至２０１６年９月２０日，相　对增加发电量３．３６亿ｋ　．且在水库　运用周期内．增发电量将不断提高：　五、运用效果对比　按照汛限水位动态控制试验过　而全年水库淤积仅为多年平均淤积　量的５３％．综合效益显著．为优化小　浪底水利枢纽调度运用方式积累了　经验。　责任编辑■　张瑜洪　程和模拟常规运用过程分别计算６　月２９日一８月２０日、６月２９日一９　月２０日综合效益．并进行分析比较．　结果见表４　抗旱供水和引黄济冀跨流域调水．避　一３２