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摘 要：2018—2020年黄河流域连续丰水，上游龙羊峡水库建库32 a来首次蓄至正常蓄水位，有效存蓄了水资源。小浪底水库汛期采用低水位运行和大流量下泄，使得库区泥沙冲刷和淤积形态调整，恢复了部分拦沙库容，首次实现年际间库容回升，延长了水库使用寿命，并使黄河下游山东河段河槽刷深，卡口河段过洪能力得到提高。
关键词：科学调度;龙羊峡水库;小浪底水库;黄河下游
中图分类号：TV145;TV147+.5;TV882.1
文献标志码：A
doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.09.007
引用格式：袁东良，刘炜.“一高一低”科学调度与小浪底水库及下游河道冲刷效果[J].人民黄河，2021，43（9）：38-41.
“One High and One Low” Operation Strategy and the Flushing Effect on
Xiaolangdi Reservoir and the Lower Yellow River
YUAN Dongliang， LIU Wei
（Hydrological Bureau of Yellow River Conservancy Commission， Zhengzhou 450004， China）
Abstract： From 2018 to 2020， there had been three consecutive high flow years in the Yellow River Basin. Longyangxia Reservoir had reached the normal water level for the first time in more than 32 years since it was built， effectively storing water resources. Xiaolangdi Reservoir adopted the low water level operation in flood season and large flow rate discharge， which resulted in the adjustment of sediment scouring and deposition pattern in the reservoir area， and partially reinstated the sediment-blocking storage capacity， which realized the inter-annual storage capacity recovery for the first time， prolonged the service life of the reservoir， deepened the channel of the Lower Yellow River of Shandong reach and increased the flood passing capacity of key reach.
Key words： scientific scheduling; Longyangxia Reservoir; Xiaolangdi Reservoir; Lower Yellow River
黃河防汛的重点、难点在下游，防汛调度不仅要解决洪水问题，还要处理好泥沙问题。黄河是一条严重缺水的河流，旱涝急转、洪旱交替时常发生，而黄河流域的控制性工程建设严重滞后，仅有龙羊峡、小浪底两座水库具有足够的流域性水资源和洪水调控能力。小浪底水库库容有限，按照设计用途，是只调控大洪水的，入库流量在8 000 m3/s以下不控泄，来多少放多少。而黄河下游滩区的上滩流量为4 500 m3/s左右，滩区还居住有190万人，调度起来十分困难。在此背景下，黄河水利委员会（黄委）提出按“一高一低”调度思路实施水沙调控，“一高”即上游龙羊峡水库高水位运行，拦洪削峰确保防洪安全，在此基础上，水库转为以水资源调度为主;“一低”即小浪底水库低水位运用，既增加防洪库容、减小下游漫滩概率、保障滩区防洪安全，又加大对库区淤积泥沙的冲刷，尽可能地多排沙出库[1]。坚持“一高一低”科学调度思路3 a来，在黄河上游有效存蓄了水资源，保障了供水安全，在中下游深挖了小浪底水库的调度潜力，腾出库容用于“保滩”调度，同时取得了较好的排沙效果。
1 黄河来水及龙羊峡水库“一高”调度
黄河上游唐乃亥水文站（龙羊峡水库入库站）2000—2020年多年平均径流量为201亿m3，2018—2020年来水较多，年径流量分别达到291.5亿、310.3亿、321.6亿m3，居2000年以来前三位，3 a均值超出历史均值53%。小浪底水文站（小浪底水库出库站）2000—2020年多年平均径流量为261亿m3，2018—2020年径流量分别达到431.3亿、459.2亿、473.2亿m3，为2000年以来前三位，3 a均值超出历史均值74%。
2018—2020年龙羊峡水库入库流量较大，汛期大流量过程持续时间较长。各年最大日平均流量分别为3 350 m3/s（2018年7月14日）、2 800 m3/s（2019年7月4日）、2 850 m3/s（2020年8月23日）。各年6—10月的径流量分别为216亿、225亿、234亿m3。在丰沛的来水条件下，2018年11月5日9时，龙羊峡水库蓄水32 a来首次蓄满，达到了正常蓄水位2 600 m，并在2019年、2020年也达到正常蓄水位并维持了较长时间的高水位运行。
2 小浪底水库“一低”调度 与以往年份相比，小浪底水库2018—2020年最低水位明显偏低，且有较长的低水位运行时间。各年最低日平均库水位分别为212.44 m（2018年7月13日）、210.10 m（2019年7月24日）、205.43 m（2020年7月25日）。各年库水位在250 m以下的持续时间分别为143、140、126 d。
2018—2020年小浪底水库大流量下泄的持续时间较长，年最大下泄流量逐年增大。各年最大日平均流量分别为3 630 m3/s（2018年7月4日）、4 670 m3/s（2019年6月30日）、5 160 m3/s（2020年6月28日）。各年日平均流量大于2 000 m3/s的天数分别为60、69、80 d。2020年小浪底水文站最大瞬时流量达到5 720 m3/s，出现在6月28日5时18分，为2000年以来最大流量。
3 小浪底水库排沙及冲淤变化
小浪底水库“一低”调度取得了显著的排沙效果（见图1）。2018—2020年，小浪底水库年出库泥沙量远大于多年平均值，年输沙量分别为4.64亿、5.45亿、3.28亿t，合计13.37億t，超过2000—2017年总和（9.99亿t）。大量排沙使得水库拦沙库容部分恢复，小浪底水库自1999年蓄水以来，随着对上游来沙的拦蓄，水库库容一直呈现逐年减小的趋势，但2019年和2020年出现了建库以来首次年际间库容回升的情况，2020年汛后库容恢复到95.26亿m3，接近2016年水平（见图2），可以认为3 a的科学调度，延长了4 a的水库使用寿命。水库长时间低水位运用，使得水库冲淤的年内分配发生了变化。小浪底水库的通常淤积模式是汛期发生大量淤积、非汛期发生少量冲刷。但在2019年和2020年，均出现了汛期冲刷的情况，冲刷量分别为1.59亿、0.59亿m3（见图3）。
干支流冲淤量分布方面，2018年汛前至2020年汛后，小浪底水库总淤积量为-1.05亿m3，其中干流淤积量为-1.95亿m3，大多数支流发生不同程度的淤积，其中淤积量较大的有大峪河、畛水河、石门沟、白马河4条支流，合计淤积量0.63亿m3，占全部支流淤积量（0.91亿m3）的70%，这4条支流均位于距坝17 km范围内。近坝段支流发生较大淤积的主要原因是干流水沙倒灌支流后的泥沙沉淀。冲淤量沿程分布方面，2018年汛前至2020年汛后，小浪底水库干流呈现明显的上冲下淤形态，距坝10 km以内发生淤积，淤积量为0.56亿m3;10 km以外，除个别位置发生少量淤积外，几乎全线冲刷，淤积量为-2.51亿m3（见图4）。库区干流河底高程除近坝段约10 km范围内发生抬高外，其后沿程均有5～15 m的冲深，最大冲深32.7 m，出现在黄河39断面（距坝68 km）处，在其上游河段，发生了剧烈的溯源冲刷，黄河39断面在起点距442 m处冲刷至1999年自然河道河底（见图5）。
4 下游河道冲淤变化
4.1 输沙量差与断面法冲淤量
根据小浪底至利津共8个水文站的输沙量整编结果（见表1），2018—2020年小浪底出库泥沙为13.37亿t，利津站输沙8.84亿t，差值为4.53亿t。
根据下游河道统一性淤积测验的断面法计算结果，2018年4月到2021年4月黄河下游冲淤情况为：小浪底—利津区间冲淤总量为1.085亿m3，小浪底—夹河滩区间发生较大淤积，夹河滩以下均为冲刷（见表2）。重点河段西霞院—花园口区间，除个别断面外，几乎全部表现为淤积。花园口—夹河滩区间，前2/3段以淤积为主，后1/3段发生少量冲刷。高村—孙口区间以冲刷为主，孙口—艾山区间几乎全部断面表现为冲刷，此外冲淤强度有明确的沿程衰减趋势（见图6）。
典型断面冲淤变化以驾部和夏庄为例（见图7）。驾部断面位于桃花峪上游约24 km处，为2018—2021年河南河段淤积面积最大的断面（4 833 m2）。夏庄断面位于高村下游约33 km处，为2018—2021年山东河段冲刷面积最大的断面（1 737 m2），从夏庄断面的变化可以看到典型的中水河槽形成[2-3]。
4.2 沙量平衡
2018—2020年小浪底站与利津站输沙总量差值为4.53亿t，同期小浪底—利津各区间断面法冲淤量总计为1.085亿m3，对应沙量估算为1.79亿t（容重取1.65 t/m3）。各河段引沙量见表3，3 a总量为0.86亿t。另根据调查结果，山东东明河段堤防加固取沙0.08亿m3，高村段村民安置建设抽沙0.78亿m3，合计0.86亿m3，按容重1.65 t/m3换算成质量约为1.42亿t。山东鄄城县村台建设取沙估算为0.67亿m3，按容重2 t/m3换算成质量约为0.14亿t。以上合计为4.21亿t，与输沙量差法计算结果基本吻合。
输沙量差法主要是过程监测，而断面法是结果监测，综合两者结果及沙量平衡分析，我们认为小浪底水库“一低”调度策略运用3 a来，出库的13.37亿t泥沙，约三分之二（8.84亿t）输送到了利津以下，剩余三分之一由区间淤积、取水引沙、河道取沙分配，对黄河下游河道造成的冲淤影响应采用河道统一性淤积测验结果来评价，即上段（小浪底—夹河滩区间）淤积1.66亿m3，折算为2.74亿t，下段（夹河滩—利津区间）冲刷0.57亿m3，折算为0.94亿t，或者说“淤河南，冲山东”[4-5]。
4.3 下游各站同流量水位变化
2018—2020年黄河下游各水文站3 000 m3/s流量相应水位见表4，可以看到除高村站同流量水位略有升高外，其余各站均有所下降，表明长时间的稳定大流量，在顺直河道上（水文站通常的选址位置）会造成以冲刷为主的趋势性效果。
5 结 论
在2018—2020年黄河水量偏丰的有利条件下，上游利用龙羊峡水库多年调节库容，有效存蓄了水资源，保障了供水安全，防止洪旱急转，为下游工农业生产及生态保护提供了充足水源;对小浪底水库采用汛期低水位运行和大流量下泄，挖掘水沙调控潜力，打开了下游防洪调度空间，为完善水沙调控体系赢得了时间，为保障滩区群众安全增加了保险系数。小浪底水库在低水位运行时，排沙效果显著，改变了库区淤积形态，延长了水库的使用寿命。持续的大流量下泄也为黄河下游河道泥沙输移提供了强劲动力，使得山东段主槽冲刷，对提高下游河道卡口河段过洪能力起到了显著作用。
参考文献：
[1] 魏向阳，杨会颖，孔纯胜，等.小浪底水库汛期低水位排沙调度实践分析[J].人民黄河，2020，42（7）：19-22，111.
[2] 申冠卿，李勇，张原锋，等.小浪底水库拦沙对黄河下游河道的减淤作用[J].人民黄河，2020，42（6）：1-6.
[3] 孙赞盈，尚红霞，彭红.2018年汛期黄河下游河道排洪能力分析[J].人民黄河，2019，41（12）：8-12.
[4] 郭庆超，郑钊，陆琴，等.黄河下游河道洪水期输沙规律研究[J].人民黄河，2019，41（10）：64-69.
[5] 王远见，江恩慧，张翎，等.黄河流域全河水沙调控的可行性与模式探索[J].人民黄河，2020，42（9）：46-51.
【责任编辑 张 帅】
关键词：科学调度;龙羊峡水库;小浪底水库;黄河下游
中图分类号：TV145;TV147+.5;TV882.1
文献标志码：A
doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.09.007
引用格式：袁东良，刘炜.“一高一低”科学调度与小浪底水库及下游河道冲刷效果[J].人民黄河，2021，43（9）：38-41.
“One High and One Low” Operation Strategy and the Flushing Effect on
Xiaolangdi Reservoir and the Lower Yellow River
YUAN Dongliang， LIU Wei
（Hydrological Bureau of Yellow River Conservancy Commission， Zhengzhou 450004， China）
Abstract： From 2018 to 2020， there had been three consecutive high flow years in the Yellow River Basin. Longyangxia Reservoir had reached the normal water level for the first time in more than 32 years since it was built， effectively storing water resources. Xiaolangdi Reservoir adopted the low water level operation in flood season and large flow rate discharge， which resulted in the adjustment of sediment scouring and deposition pattern in the reservoir area， and partially reinstated the sediment-blocking storage capacity， which realized the inter-annual storage capacity recovery for the first time， prolonged the service life of the reservoir， deepened the channel of the Lower Yellow River of Shandong reach and increased the flood passing capacity of key reach.
Key words： scientific scheduling; Longyangxia Reservoir; Xiaolangdi Reservoir; Lower Yellow River
黃河防汛的重点、难点在下游，防汛调度不仅要解决洪水问题，还要处理好泥沙问题。黄河是一条严重缺水的河流，旱涝急转、洪旱交替时常发生，而黄河流域的控制性工程建设严重滞后，仅有龙羊峡、小浪底两座水库具有足够的流域性水资源和洪水调控能力。小浪底水库库容有限，按照设计用途，是只调控大洪水的，入库流量在8 000 m3/s以下不控泄，来多少放多少。而黄河下游滩区的上滩流量为4 500 m3/s左右，滩区还居住有190万人，调度起来十分困难。在此背景下，黄河水利委员会（黄委）提出按“一高一低”调度思路实施水沙调控，“一高”即上游龙羊峡水库高水位运行，拦洪削峰确保防洪安全，在此基础上，水库转为以水资源调度为主;“一低”即小浪底水库低水位运用，既增加防洪库容、减小下游漫滩概率、保障滩区防洪安全，又加大对库区淤积泥沙的冲刷，尽可能地多排沙出库[1]。坚持“一高一低”科学调度思路3 a来，在黄河上游有效存蓄了水资源，保障了供水安全，在中下游深挖了小浪底水库的调度潜力，腾出库容用于“保滩”调度，同时取得了较好的排沙效果。
1 黄河来水及龙羊峡水库“一高”调度
黄河上游唐乃亥水文站（龙羊峡水库入库站）2000—2020年多年平均径流量为201亿m3，2018—2020年来水较多，年径流量分别达到291.5亿、310.3亿、321.6亿m3，居2000年以来前三位，3 a均值超出历史均值53%。小浪底水文站（小浪底水库出库站）2000—2020年多年平均径流量为261亿m3，2018—2020年径流量分别达到431.3亿、459.2亿、473.2亿m3，为2000年以来前三位，3 a均值超出历史均值74%。
2018—2020年龙羊峡水库入库流量较大，汛期大流量过程持续时间较长。各年最大日平均流量分别为3 350 m3/s（2018年7月14日）、2 800 m3/s（2019年7月4日）、2 850 m3/s（2020年8月23日）。各年6—10月的径流量分别为216亿、225亿、234亿m3。在丰沛的来水条件下，2018年11月5日9时，龙羊峡水库蓄水32 a来首次蓄满，达到了正常蓄水位2 600 m，并在2019年、2020年也达到正常蓄水位并维持了较长时间的高水位运行。
2 小浪底水库“一低”调度 与以往年份相比，小浪底水库2018—2020年最低水位明显偏低，且有较长的低水位运行时间。各年最低日平均库水位分别为212.44 m（2018年7月13日）、210.10 m（2019年7月24日）、205.43 m（2020年7月25日）。各年库水位在250 m以下的持续时间分别为143、140、126 d。
2018—2020年小浪底水库大流量下泄的持续时间较长，年最大下泄流量逐年增大。各年最大日平均流量分别为3 630 m3/s（2018年7月4日）、4 670 m3/s（2019年6月30日）、5 160 m3/s（2020年6月28日）。各年日平均流量大于2 000 m3/s的天数分别为60、69、80 d。2020年小浪底水文站最大瞬时流量达到5 720 m3/s，出现在6月28日5时18分，为2000年以来最大流量。
3 小浪底水库排沙及冲淤变化
小浪底水库“一低”调度取得了显著的排沙效果（见图1）。2018—2020年，小浪底水库年出库泥沙量远大于多年平均值，年输沙量分别为4.64亿、5.45亿、3.28亿t，合计13.37億t，超过2000—2017年总和（9.99亿t）。大量排沙使得水库拦沙库容部分恢复，小浪底水库自1999年蓄水以来，随着对上游来沙的拦蓄，水库库容一直呈现逐年减小的趋势，但2019年和2020年出现了建库以来首次年际间库容回升的情况，2020年汛后库容恢复到95.26亿m3，接近2016年水平（见图2），可以认为3 a的科学调度，延长了4 a的水库使用寿命。水库长时间低水位运用，使得水库冲淤的年内分配发生了变化。小浪底水库的通常淤积模式是汛期发生大量淤积、非汛期发生少量冲刷。但在2019年和2020年，均出现了汛期冲刷的情况，冲刷量分别为1.59亿、0.59亿m3（见图3）。
干支流冲淤量分布方面，2018年汛前至2020年汛后，小浪底水库总淤积量为-1.05亿m3，其中干流淤积量为-1.95亿m3，大多数支流发生不同程度的淤积，其中淤积量较大的有大峪河、畛水河、石门沟、白马河4条支流，合计淤积量0.63亿m3，占全部支流淤积量（0.91亿m3）的70%，这4条支流均位于距坝17 km范围内。近坝段支流发生较大淤积的主要原因是干流水沙倒灌支流后的泥沙沉淀。冲淤量沿程分布方面，2018年汛前至2020年汛后，小浪底水库干流呈现明显的上冲下淤形态，距坝10 km以内发生淤积，淤积量为0.56亿m3;10 km以外，除个别位置发生少量淤积外，几乎全线冲刷，淤积量为-2.51亿m3（见图4）。库区干流河底高程除近坝段约10 km范围内发生抬高外，其后沿程均有5～15 m的冲深，最大冲深32.7 m，出现在黄河39断面（距坝68 km）处，在其上游河段，发生了剧烈的溯源冲刷，黄河39断面在起点距442 m处冲刷至1999年自然河道河底（见图5）。
4 下游河道冲淤变化
4.1 输沙量差与断面法冲淤量
根据小浪底至利津共8个水文站的输沙量整编结果（见表1），2018—2020年小浪底出库泥沙为13.37亿t，利津站输沙8.84亿t，差值为4.53亿t。
根据下游河道统一性淤积测验的断面法计算结果，2018年4月到2021年4月黄河下游冲淤情况为：小浪底—利津区间冲淤总量为1.085亿m3，小浪底—夹河滩区间发生较大淤积，夹河滩以下均为冲刷（见表2）。重点河段西霞院—花园口区间，除个别断面外，几乎全部表现为淤积。花园口—夹河滩区间，前2/3段以淤积为主，后1/3段发生少量冲刷。高村—孙口区间以冲刷为主，孙口—艾山区间几乎全部断面表现为冲刷，此外冲淤强度有明确的沿程衰减趋势（见图6）。
典型断面冲淤变化以驾部和夏庄为例（见图7）。驾部断面位于桃花峪上游约24 km处，为2018—2021年河南河段淤积面积最大的断面（4 833 m2）。夏庄断面位于高村下游约33 km处，为2018—2021年山东河段冲刷面积最大的断面（1 737 m2），从夏庄断面的变化可以看到典型的中水河槽形成[2-3]。
4.2 沙量平衡
2018—2020年小浪底站与利津站输沙总量差值为4.53亿t，同期小浪底—利津各区间断面法冲淤量总计为1.085亿m3，对应沙量估算为1.79亿t（容重取1.65 t/m3）。各河段引沙量见表3，3 a总量为0.86亿t。另根据调查结果，山东东明河段堤防加固取沙0.08亿m3，高村段村民安置建设抽沙0.78亿m3，合计0.86亿m3，按容重1.65 t/m3换算成质量约为1.42亿t。山东鄄城县村台建设取沙估算为0.67亿m3，按容重2 t/m3换算成质量约为0.14亿t。以上合计为4.21亿t，与输沙量差法计算结果基本吻合。
输沙量差法主要是过程监测，而断面法是结果监测，综合两者结果及沙量平衡分析，我们认为小浪底水库“一低”调度策略运用3 a来，出库的13.37亿t泥沙，约三分之二（8.84亿t）输送到了利津以下，剩余三分之一由区间淤积、取水引沙、河道取沙分配，对黄河下游河道造成的冲淤影响应采用河道统一性淤积测验结果来评价，即上段（小浪底—夹河滩区间）淤积1.66亿m3，折算为2.74亿t，下段（夹河滩—利津区间）冲刷0.57亿m3，折算为0.94亿t，或者说“淤河南，冲山东”[4-5]。
4.3 下游各站同流量水位变化
2018—2020年黄河下游各水文站3 000 m3/s流量相应水位见表4，可以看到除高村站同流量水位略有升高外，其余各站均有所下降，表明长时间的稳定大流量，在顺直河道上（水文站通常的选址位置）会造成以冲刷为主的趋势性效果。
5 结 论
在2018—2020年黄河水量偏丰的有利条件下，上游利用龙羊峡水库多年调节库容，有效存蓄了水资源，保障了供水安全，防止洪旱急转，为下游工农业生产及生态保护提供了充足水源;对小浪底水库采用汛期低水位运行和大流量下泄，挖掘水沙调控潜力，打开了下游防洪调度空间，为完善水沙调控体系赢得了时间，为保障滩区群众安全增加了保险系数。小浪底水库在低水位运行时，排沙效果显著，改变了库区淤积形态，延长了水库的使用寿命。持续的大流量下泄也为黄河下游河道泥沙输移提供了强劲动力，使得山东段主槽冲刷，对提高下游河道卡口河段过洪能力起到了显著作用。
参考文献：
[1] 魏向阳，杨会颖，孔纯胜，等.小浪底水库汛期低水位排沙调度实践分析[J].人民黄河，2020，42（7）：19-22，111.
[2] 申冠卿，李勇，张原锋，等.小浪底水库拦沙对黄河下游河道的减淤作用[J].人民黄河，2020，42（6）：1-6.
[3] 孙赞盈，尚红霞，彭红.2018年汛期黄河下游河道排洪能力分析[J].人民黄河，2019，41（12）：8-12.
[4] 郭庆超，郑钊，陆琴，等.黄河下游河道洪水期输沙规律研究[J].人民黄河，2019，41（10）：64-69.
[5] 王远见，江恩慧，张翎，等.黄河流域全河水沙调控的可行性与模式探索[J].人民黄河，2020，42（9）：46-51.
【责任编辑 张 帅】