论三峡水库“蓄清排浑”运用方式及其优化

泥沙问题是三峡工程的关键技术问题之一,在三峡工程论证和初步设计阶段提出水库采取"蓄清排浑"的运用方式,可以解决泥沙问题。2003年水库蓄水运用以来的实践表明,水库基本遵循了"蓄清排浑"调度运用原则,并根据上游来水来沙减少等新情况对水库运用方式进行了优化调整。本文系统分析了三峡水库"蓄清排浑"运行方式及其优化调整的利弊,包括提前5年实施175 m试验性蓄水、汛期水位动态变化、汛末提前蓄水等对水库淤积和坝下游河道演变的影响,提出了进一步优化水库调度方式,形成"蓄清排浑"运用的新模式,保持水库长期使用的建议,试图为三峡水库科学高效安全运用提供科技支撑。

三门峡水库蓄清排浑运用以来库区冲淤演变初步分析

水库蓄清排浑运用以来 ,黄河潼关 1974～ 1986、1987～ 1995、1996～ 2 0 0 2年均水量较 195 0～ 195 9年减少9 1% ,35 5 %、5 5 5 % ,沙量减少 4 0 9%、4 9 6 %、6 6 2 %。潼关以下三个时段年均淤积量为 0 0 4 2、0 16 1、0 2 0 8亿m3。呈水沙量递减 ,淤积量递增趋势。潼关同流量水位 2 9年升高 2 31m ,受上游冲淤下延影响升高 1 0 5m占 4 5 5 % ,其他因素影响升高 1 2 6m占 5 4 5 %。小北干流非汛期冲刷、汛期淤积格局未变 ,反映了水库运用对小北干流没有明显影响。渭河华县站 1974～ 1986年水量较大 ,渭淤 1～ 10断面仅淤积 0 0 6 5亿m3,华县同流量水位升高 0 0 3m。以 1974～ 1986年为准 ,1987～ 1995年、1996～ 2 0 0 2年华县年均水量减少 2 2 8%、5 6 2 % ,年均沙量减少 11 6 %、34 4 %。渭淤 1～ 10断面 1987～ 1995年淤积 1 72亿m3,特别是 1994和 1995年的中小洪水 ,汛期淤积 0 85亿m3主河槽萎缩 ,华县同流量水位升高 1 0 7m。

三峡水库库区沙峰输移特性研究

近年来,三峡水库入库泥沙大幅减少,水库泥沙淤积大为减轻。受局部暴雨影响,入库泥沙主要集中在典型洪水期间,为水库的沙峰调度提供了有利条件。三峡水库在2012年和2013年汛期成功实施了沙峰调度,取得了较好的排沙减淤效果。利用实测资料分析和数值模拟等方法,对库区沙峰的输移特性和衰减规律进行了系统分析与研究。结果表明:三峡水库蓄水后,库水位抬高,库区水流流速减慢,沙峰输移时间较蓄水前大幅增加;库区沙峰衰减主要与河段长度、流量和泥沙颗粒有关。研究结果可为进一步掌握更精准的沙峰调度时机、制订更科学合理的沙峰排沙调度方案提供技术支撑。

三门峡水库蓄清排浑控制运用对库区及下游河道冲淤的影响

1973年后三门峡水库进入蓄清排浑控制运用时期．1986年以来，进入三门峡水库的水沙量发生了明显的变化，不仅年入库总水沙量有大幅度减少．而且水沙量在年内的分配也变化很大．主要原因不是流域降雨的影响，而是上中游工农业用水量增加和龙羊峡、刘家峡等大型水库调蓄的结果．这些变化对保持库区冲淤年平衡十分不利，下游河道的冲淤也直接受入库水沙量的影响．分析结果表明，三门峡水电站汛期发电是必要的和可行的，应扩大装机容量，并建议打开#11、#12底扎，在大坝左岸再增建一条隧洞，以提高其综合效益．

关于三门峡水库若干问题认识与思考

对三门峡水利枢纽工程四十年来的原建、增建、改建过程做了系统回顾和合理划分 ,对枢纽工程运用探索中有关重点问题进行了综合分析 ,认为经过增、改建过程和按“蓄清排浑”控制运用后 ,基本上实现了 196 9年“四省会议”原定目标。并就小浪底工程投运引起的条件变化、来水来沙变化和三门峡水利枢纽自身运用条件变化 ,对三门峡水库今后运用提出了几点参考意见。

长江流域梯级枢纽泥沙调控关键技术

通过将水沙动力学与水库调度优化理论相结合,围绕长江流域梯级枢纽泥沙调控关键技术开展研究。在改进恢复饱和系数、非均匀沙挟沙力等关键计算模式的基础上,完善并集成长江上游梯级水库群水沙数学模型、长江中下游复杂江湖河网水沙数学模型和典型河段平面二维水沙数学模型,构建了江河湖库水沙输移模拟模块。基于泥沙对防洪、发电、航运和长期使用4个主要目标的影响,构建了长江泥沙优化调控目标函数,进而集成水沙输移模拟模块构建了长江泥沙优化调度模型,并提出了基于预构泥沙信息库、结合BP神经网络的模型求解方法和非劣解集的改进灰靶评价方法。在此基础上,以三峡水库为例,提出了汛期"蓄清排浑"动态运用方案以及长期分阶段泥沙调控策略。

三门峡水库的功过与经验教训

三门峡水库是黄河上建设最早的大型水利枢纽工程,分析其功过与经验教训对今后黄河治理开发具有重要意义。分析认为:三门峡水利枢纽规划是错误的,没有考虑水库淤积的"翘尾巴"问题,坝址选择不当;改建是成功的,经过数次改进,摸索和总结出了使水库长期运行的蓄清排浑调度模式,1974—1985年三门峡水库冲淤已达到平衡;三门峡水库对黄河下游发挥了巨大防洪效益,其防洪效益不在于水库调洪,而在于拦沙92亿t、为下游河道减淤约64亿t,平均减淤厚度为3.30 m。三门峡水库成功的运用实践证实了多沙河流水库长期使用的可行性,由于黄河泥沙多,因此除调水调沙增强输沙能力外,还需要通过水库和放淤等措施拦蓄、利用一部分泥沙。

微滤膜处理长江重庆段原水的初步研究

不进行预处理,用两种不同数量级孔径的微滤膜处理长江上游重庆段原水,发现4～10μm孔径聚乙烯微滤管浊度去除率低,出水浊度高,0.2～0.9μm孔径超高分子量聚乙烯微滤管浊度去除率高,出水浊度小于3NTU。采用2m高位水箱进水方式,大流量有压空气反吹辅以原水排污的在线物理清洗能使0.2～0.9μm孔径膜保持长时间稳定通量运行。通过该试验,确定了0.2～0.9μm孔径微滤膜处理长江上游重庆段原水的设计运行参数。

考虑排沙运用的巴家咀水库兴利调度研究

巴家咀水库位于甘肃黄土地貌地区,天然来水含沙量大,库区泥沙淤积严重,是典型的承担排沙任务的供水水库,亟需编制综合考虑排沙与供水运用的调度规程。为此分析了巴家咀水库来沙与排沙特性,提出一种基于实测排沙数据采用线性回归分析拟合的排沙能力反正切函数,确定了7、8月份为主要排沙期,提出敞泄排沙与蓄清排浑两种排沙方案,分别采用迭代方程试算蓄水指示线,绘制水库兴利、排沙综合调度图,结合排沙能力函数模拟多年排沙调度过程,通过比较排沙与兴利之间的衔接及排沙能力对供水保障的影响,最终确定排沙期采用蓄清排浑方式排沙,并制定综合调度方案。

多沙河流水库“蓄清调浑”运用方式及其设计技术

系统总结了1950年代以来我国多沙河流水库运用方式发展历程,阐释了不同时期水库运用方式及其设计技术的发展变化,详细剖析了"蓄清调浑"运用方式及其设计技术。"蓄清调浑"运用将以往低壅水"拦粗排细"传统拦沙模式发展为"小水拦沙,大水排沙,适时造峰,淤滩塑槽"滩槽同步塑造运用和拦沙库容多元化利用,改变了只淤不冲的传统拦沙模式,正常运用期采用水沙分级分类调度辅以非常规排沙调度,实现协调水沙关系和拦沙库容再生利用,能在长期保持水库有效库容的基础上,进一步兼顾水库调水调沙需要,有效避免了泥沙淤积占用水库有效库容,减少了水库强迫排沙对下游水沙关系的不利影响,是对"蓄清排浑"运用的继承和对"调水调沙"的全面发展。在设计技术上,为了更好地满足调沙需要,要求科学合理设计调沙库容和排沙水位相应泄流规模,考虑调沙过程中的不同淤积状态,按照"深槽调沙、中槽兴利、高槽调洪"的库容分布规则进行水库库容配置;超高含沙量河流要在正常泄流排沙孔以下增设非常排沙底孔,形成"正常+非常"双泥沙侵蚀基准面;特高含沙量河流水库有效库容保持和供水调节之间难以协调,要采用水沙分置开发方式。研究成果将为当前和今后一段时期内多沙河流水库工程设计与运行提供指导和参考。

多泥沙河流水库汛期水沙调控度研究

汛期是多沙河流水库调控水沙的关键时期,以往研究和实践中,多以定性或宽泛指标描述水沙调控。因此,建立度量指标体系,研究多沙河流水库汛期水沙调控度对科学认知水库调控能力、指导水库设计运用具有重要意义。根据黄河水沙调度实践,分别定义多沙河流水库汛期径流调控度和泥沙调控度指标,并给出相应的计算公式;采用1986年以后汛期来水来沙条件,分析黄河中游干支流水库汛期水沙调控度大小,发现现状已建水库调控度较小、调控能力不足,规划和在建水库调控度较大;进一步采用数学模型对比分析不同水库运用方式对汛期水沙调控度的影响,结果表明:"蓄清调浑"运用方式相比"蓄清排浑"运用方式,不仅可以有效减小不同时期库区泥沙淤积量,而且能够实现部分拦沙库容再生利用,从而增大水库汛期水沙调控度。

多沙河流水库“蓄清调浑”设计运用研究进展

从理论研究、技术应用和工程实践3个层面系统梳理了多沙河流水库设计运用的发展历程,其发展先后经历了“蓄水拦沙”“蓄清排浑”“蓄清调浑”3个阶段。进入“蓄清调浑”阶段以来,在理论研究层面,揭示了泄水建筑物布设与水库排沙及有效库容保持的互馈机制、高含沙水流能耗机理、输沙能量转换机理,为多沙河流水库设计运用提供了理论基础;在技术应用上,水库拦沙库容再生利用与多元化利用、淤积形态与库容分布耦合设计技术及水沙分置开发技术均得到了创新发展,为超高、特高含沙河流上重大水利枢纽工程开发建设提供行之有效的途径;在工程实践中,以小浪底水库为代表的运用实践,以及黄河古贤、泾河东庄和马莲河等重大水利工程为代表的规划设计,为“蓄清调浑”设计运用提供了丰富的理论与技术支撑,未来结合工程建设运行可进一步验证完善“蓄清调浑”运用理论及设计技术。

高浓度调沙是减缓黄河下游河道淤积的有效途径

在浅析黄河下游河道淤积原因的基础上,指出高浓度调沙是减缓下游河道淤积的有效途径。为实现高浓度调沙,小浪底水库应该采用“蓄浑排清,清水刷槽;加沙造浓,高浓度输沙”的调水调沙方式,并通过“横向冲蚀”技术,来源源不断地形成高含沙水流出库。

三门峡水库泥沙问题

三门峡枢纽建成后，库区泥沙淤积十分严重，经过２次改建，工程的泄流规模增大，３１５ｍ高程泄量近１００００ｍ３／ｓ，水库运行方式改为蓄清排浑运用。恢复了１０亿ｍ３的槽库容，潼关高程升降变化稳定，基本控制住了泥沙淤积的上延。由于枢纽上下游兴建了大型水利枢纽，改变了三门峡水库的入库水沙条件和运行条件，库区泥沙冲淤变化出现新问题，有必要进一步改善水库运行调度，适当调整非汛期和汛期的运用水位，缓解库区泥沙冲淤变化的不利影响，控制潼关高程继续上升，提高枢纽的综合利用效益。

从“蓄水拦沙”到“蓄清排浑”:三门峡水库建设的历史考察

中华人民共和国成立后,国家尝试通过建设三门峡水库“蓄水拦沙”根治黄河水患,造福人民。由于对黄河泥沙运动规律认识不足,过于信赖苏联专家,又缺乏科学论证,三门峡水库修建规划8个月内被草率地编制;随后在赶超心理的驱动下,水库工程仓促上马并提前完成;蓄水之后不到两年,库区淤积大量泥沙,关中平原大片良田被浸没,西安的安全受到威胁。针对这些问题,中国共产党从实际出发,采用“蓄清排浑”的方式对水库进行了改建。三门峡水库利用方式从规划建设阶段的“蓄水拦沙”变为改建后的“蓄清排浑”,表明中国共产党在黄河治理实践中善于总结经验,不断创新,治水能力愈来愈成熟。

我国多沙河流水库“蓄清排浑”运用方式的发展与实践

在多沙河流上修建水库将产生泥沙淤积,直接影响水库的寿命及防洪、发电、航运、供水等综合效益的发挥。20世纪70年代初,针对三门峡水库严重的泥沙淤积问题,我国水利科技工作者创新性地提出了水库"蓄清排浑"运用方式,并在黄河小浪底水库和长江三峡水库等水利枢纽工程中得到了应用和发展,成功解决了多沙河流水库泥沙淤积与水库效益之间的矛盾,减少了水库淤积,保持了水库有效库容长期使用,充分发挥了水库的综合效益,为多沙河流水库泥沙问题处理找到了一条行之有效的新途径。随着对水库泥沙问题认识的深化,"蓄清排浑"运用方式在实践中还将得到不断优化和完善。结合江河水沙变化的实际情况,本文提出了长江三峡水库和黄河小浪底水库等工程运行方式进一步优化的建议,为更好地保障水利枢纽工程的安全和综合效益的发挥,促进水库泥沙理论与技术的发展提供科技支撑。