泄洪闸(为什么泄洪闸可用做冲沙)

一年当中,黄河流域可分为4大汛期,分别为桃汛、伏汛、秋汛以及凌汛。其中,每年7月1日~10月31日为伏秋汛,此时黄河流域降雨集中,水流量大,涨水退水迅速,牵连支流多,涉及面积广,是全年防汛的关键时期。

小浪底泄洪冲淤20年,黄河局部变清,“水少沙多”或将扭转?

我们都知道,黄河的防汛任务不同于长江,除了要保证洪水平稳下泄外,还要解决泥沙淤积的问题。水利部黄河委员会(以下简称黄委)指出,黄河防洪的重难点在中游和下游,水沙关系不协调、水少沙多的来水特点给水库的泄洪调度带来了很大挑战。

小浪底水库调沙20年,为何难以独挑大梁?

根据《中国水利》在今年9月份发布的报告,目前黄河下游滩区的居住人口接近190万,当地经济的发展为黄河中游的防洪力量提出了更高的要求。然而,目前黄河中游仅有三门峡、小浪底两大水库在运行调水调沙,防洪的同时还要兼顾上游的潼关高程,压力相当巨大。

2001年,小浪底水库主体工程顺利竣工,当时的黄河调沙任务已经非常紧迫。从2002年开始,黄委就以小浪底水库为重心开始了历史上第一次调水调沙试验,迈出了水库治沙的第一步。时至今日,小浪底调水调沙已有20年,成为了治沙体系中的“顶梁柱”,三门峡水库则退居二线,成为了辅助水库。

小浪底泄洪冲淤20年,黄河局部变清,“水少沙多”或将扭转?

不可否认,小浪底水库确实被水利专家们委以重任,但从调水调沙的实际效果来看,小浪底水库还不能独挑大梁,主要就是因为上游水库提供的冲沙水量不足

小浪底水库排沙的主要方式是异重流排沙。所谓异重流,可以理解为密度较大、含沙量较高的混浊水体,当这股“沙流”遇到库区的清水后便会下沉并向前运动,形成冲沙的原动力。小浪底泄洪冲淤20年,黄河局部变清,“水少沙多”或将扭转?

异重流排沙模式图

从三门峡水库下泄的洪流有两大作用,第一是直接冲刷淤积在小浪底库尾的泥沙三角洲,第二是借助异重流效应把泥沙从小浪底的库前推到坝前,此时若打开小浪底泄洪建筑物的低位排沙孔,便能把库区泥沙顺畅排到库外。

因此,要想削减潼关高程、减轻水库的泥沙淤积,上游的来水量是个硬性指标,否则就无法起到理想的冲沙效果。相关研究指出,小浪底水库调水调沙对流量的要求很高:3500~4000m³/s的下泄流量不得低于5天,2600m³/s的下泄流量不得低于6天,这就意味着10多天都要处于高流量的敞泄状态

小浪底泄洪冲淤20年,黄河局部变清,“水少沙多”或将扭转?

据此推算,冲沙所需要的水量至少为30亿m³,而小浪底调水调沙的专用库容仅有10亿m³。缺少的20亿m³水体从哪里来?这确实是个大问题。

小浪底上游的万家寨水库,其调节库容仅有4.45亿m³,此水库还担负着为陕西和内蒙古供水的重要任务。至于三门峡水库,蓄水水位为305米时库容仅有0.49亿m³。因此,即便万家寨和三门峡两座水库全力下泄库水,还是会存在15亿m³的巨大空缺!

提前降低水位,借洪水排沙

关于黄河中游的冲沙水量不足的难题,古贤水库被寄予厚望。

古贤水利枢纽是黄河干流七大骨干工程之一,设计总库容多达129亿m³,比小浪底水库的总库容(126亿m³)还要多。古贤水库用于调水调沙的库容有20亿m³,拦沙库容93亿m³,防洪库容12亿m³。建成后,不仅能缓解陕西、山西两省的缺水压力,加快西部经济崛起,还能为小浪底水库冲沙提供充足的水量。

小浪底泄洪冲淤20年,黄河局部变清,“水少沙多”或将扭转?

不过,古贤水库现在还未施工,工程建设将是一个长期的过程。在此之前,冲沙水量还必须得“借”!前文已经提到,每年7~10月黄河会进入伏秋汛期,此时水量相对充足,完全可以用来解“燃眉之急”。

在汛期来临前,小浪底水库敞开泄流闸门,提前腾库预泄,降低运行水位。这样做有两个好处:一来,增加了宝贵的防洪库容,有效降低了下游滩区洪水漫灌的风险;二来,库区水量减少,泥沙的含量和密度升高,借助异重流冲沙,效果锦上添花。

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在黄河花园口以上河段,平滩流量大,水量足,冲沙优势得天独厚。到了次年,再利用清水大流量将淤积的洪水泥沙冲刷带走。如此一来,黄河的洪水就成了一种宝贵的资源,具有动力价值,只要能运用得当,就能为治理泥沙做出贡献。

比如在2018~2020年,小浪底水库汛前的最低水位降至205~211米,利用上游洪水冲淤,3年间累计排沙13.49亿吨,有效恢复了水库的库容,延长了使用寿命。

小浪底泄洪冲淤20年,黄河局部变清,“水少沙多”或将扭转?

尤其是在2020年汛期,黄河发生了30年未遇的流域性大洪水。根据《全国主要江河洪水编号规定》,黄河干流先后出现6场编号洪水,数量创下了历史记录。其中,潼关站还监测到了1998年以来的最大流量,汾河、洮河、大汶河、伊洛河等多个支流均有迅猛的涨水过程。

在此背景下,经黄委调度,小浪底水库运行水位降至205米,排沙量逾3.3亿吨,顺利完成了滞洪、排沙的双重任务!

未来的黄河,治沙不是难题

黄河的泥沙曾被认为是不可治愈的生态“顽疾”,严重制约了周边省区经济的发展。近年来,黄河的水文环境开始出现转机,实际输沙量已经大大减小,减小幅度超乎人们的预料。

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时间回到上世纪50~70年代,当时的黄河平均年输沙量多达14.7亿吨,最大输沙量16亿吨,是名副其实的“泥河”。到了80~90年代,输沙量减少到7.9亿吨(水库的作用),从2000~2019年,实际输沙量进一步降低到2.4亿吨。这一方面要得益于水库治沙的贡献,另一方面则要归功于黄土高原的绿化工程。

可以说,新时期的黄河正在变清,泥沙量呈稳定减少态势,河床淤积形势已得到控制,“悬河”的风险已经不如当年!

小浪底泄洪冲淤20年,黄河局部变清,“水少沙多”或将扭转?

这里重点说一说黄土高原的变化。黄河流域大部分都位于半干旱区和半湿润区的过渡带,降水集中且不均匀,蒸发量大,水土流失严重。我国在黄土高原大规模种树,提高植被覆盖率,从源头上减少泥沙溃散,治理成效有目共睹。

小浪底泄洪冲淤20年,黄河局部变清,“水少沙多”或将扭转?

国家气象科学数据中心的数据显示:从2000~2020年,黄土高原97.7%的区域植被覆盖率均呈上升趋势,封山育林、退耕还林(草)工程初见成效。另外,黄土高原的保水能力也在增加,2020年的水源涵养量比往年增加了10~30mm,平均每公顷土地能保住1~5吨的土壤量,有效遏制了泥沙流失。

治沙成果来之不易,该怎么巩固?

为进一步巩固水土保持的成效,今后黄土高原的水沙治理还应再接再厉,中科院水利部也给出了一系列建议,以下几点尤为重要:

第一,退耕还林还草成效初显,但刚刚恢复的林草资源很容易再次受到破坏,比如见缝插针式的放牧、垦殖开荒等等。这些人为活动有可能危及水土保持的成果,导致黄河泥沙再次反弹。因此,有必要加强对林地、草地资源的监督治理,巩固成果。

小浪底泄洪冲淤20年,黄河局部变清,“水少沙多”或将扭转?

第二,砒砂岩区、高原沟壑区等地貌生态脆弱,营养贫瘠,风沙较多,最容易发生水土流失,对这些重点区域应加强管理。

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第三,在我国,植树造林、绿化种树大多属于公益事业,民间参与度广,但在实施层面上,往往只注重造林建设而疏于管理,林草的维护工作被严重忽视。为此,建议在生态修复的关键区域加强人员配备,提供专项修复资金,把黄土高原改造成“绿水青山”!

对于黄河的水沙治理,您有什么好的建议?欢迎在评论区留言讨论。

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