当前位置: 节能环保 » 环境治理 » 流域治理 » 正文

“蓄清调浑”:多沙河流治理的新探索

日期:2021-04-13    来源:科技日报

国际节能环保网

2021
04/13
14:54
文章二维码

手机扫码看新闻

关键词: 河流治理 水资源 蓄清排浑

在永定河,新中国修建的第一座大型骨干水库官厅水库,1955年投运,1985年被迫改建;在黄河中游,1960年9月下闸运用的三门峡水库,也在1965-1973年间被迫进行两次增改建……

“这到底是怎么回事?”河南省工程泥沙创新团队负责人、黄河勘测规划设计研究院有限公司董事长张金良4月12日告诉记者,这主要是因为我国水土流失严重地区的多沙河流,水少沙多、输沙量大、含沙量高,把库容淤积死了。

他说,为了控制水库泥沙淤积,我国水利科技工作者在早期“蓄水拦沙”运用的基础上,独创了“蓄清排浑”方式,近年又正在探索“蓄清调浑”设计理论技术及其运用方式。

小浪底水库调水调沙

从“蓄水拦沙”到“蓄清排浑”再到“蓄清调浑”,我国多沙河流建水库的三个阶段

张金良介绍,从20世纪50-60年代开始,我国在多沙河流建水库,走过了三个阶段:

第一阶段是“蓄水拦沙”。我国大规模的水库建设始于20世纪50-60年代,在多沙河流建水库,也多参考清水河流水库设计,运用方式上多采用“蓄水拦沙”。张金良说,当时也考虑到泥沙淤积对水库运用寿命的影响,曾提出在水库上游加强水土保持、修建拦沙坝等减少入库泥沙,但泥沙处理思路仍局限于“拦”,即设置拦沙库容从时间上换取水库使用寿命。

第二阶段是“蓄清排浑”。针对“蓄水拦沙”出现的诸多问题,逐渐认识到对多沙河流水库以“拦”为主不可行,创新性地提出了水库“蓄清排浑”的运行方式,并在三门峡、小浪底、三峡水库运用。

张金良说,所谓“蓄清排浑”,就是以保持水库长期有效库容为核心,要求水库死水位具有较大的泄流规模,同时设置专门的排沙期和适宜的排沙设施,在水库冲淤平衡形态上进行库容配置和回水计算,水库有效库容是相应于冲淤平衡形态的库容。

“但是,这仍存在一些问题需要进一步解决。”张金良以小浪底水库为例解释,首先,水库库容分布和回水设计是基于冲淤平衡形态,而实际上水库进入冲淤平衡状态后,水库主汛期调水调沙运用、非汛期蓄水运用,随着来水来沙的丰平枯变化,库区会有冲淤,存在泥沙淤积短期侵占防洪库容的风险,对正常运用期“调沙”的影响考虑不足;其次,水库设计调水调沙库容较小,水库处于拦沙期,调控库容大,可较好地发挥调水调沙减淤效益,但进入正常运用期后,调水调沙运用泥沙淤积不可避免地占用调水调沙库容,遇不利水沙条件或淤积严重时,必须进行强迫排沙以保证足够的有效库容,而强迫排沙时“小水带大沙”等现象不可避免,加剧进入下游的水沙关系不协调程度,面临水库有效库容保持和下游水沙关系协调有机统一的矛盾,影响水库减淤效益的长期发挥。第三,水库的拦沙库容和调水调沙库容、其他库容相对独立,“水库容”和“沙库容”互换程度低,对泥沙多年调节和场次洪水泥沙统筹调节能力不足。第四是在一些超高、特高含沙量河流上修建的水库,即使采用“蓄清排浑”方式,也难以保持有效库容,比如巴家嘴水库年平均入库含沙量高达220千克每立方米,先后进行了三次加高改建,水库有效库容长期保持和供水调节之间的矛盾仍难以协调。

为解决这些问题,科学家正在探索一条“蓄清调浑”新思路。

第二次改建后的三门峡水库(图片说明)

“蓄清调浑”新思路的提出

张金良介绍,1999年小浪底水库投入运用以来,在“蓄清排浑”“拦”“排”处理泥沙的基础上,全面发展了调水调沙理念,对水库群人工塑造异重流排沙技术、水库群联合调水调沙调度模式、多沙河流水库滩槽同步塑造、拦沙库容再生与多元化利用等进行了深入研究,提出了水沙关系协调度的定义和计算方法,逐步形成了以水库长期有效库容保持和尽可能长期提高下游水沙关系协调度为核心的“蓄清调浑”运用技术。

张金良说,所谓“蓄清调浑”,就是根据水库开发任务要求,充分考虑多沙河流来水来沙过程中场次洪水和年际间丰、平、枯变化,统筹调节泥沙对水库淤积形态和有效库容的影响,尽可能提高下游河道水沙关系协调度为核心,设置合适的拦沙和调水调沙库容,通过“拦、调、排”全方位协同调控,实现有效库容长期保持和部分拦沙库容的再生利用、拦沙库容与调水调沙库容一体化使用,即实现部分“水库容”和“沙库容”在一定时段内互换,发挥水库对泥沙的 “内”调节作用,并通过水库群调度和天然洪水泥沙过程衔接,更好地协调进入下游的水沙关系,以充分发挥水库综合利用效益。

他强调,“蓄清调浑”不仅考虑水库的“拦”“排”,更加注重“调”,要求水库结合开发任务、运用阶段和入库水沙条件等,灵活确定调度方式,在“调”中“拦”“排”,“拦”“排”中“调”。拦沙期水库按照“小水拦沙,大水排沙,适时造峰,淤滩塑槽”滩槽同步塑造和拦沙库容多元化利用,有利水沙条件下尽快降低库水位进行低水位排沙,正常运用期水库按照水沙分级分类调度辅以非常规排沙调度,实现协调水沙关系再造和拦沙库容再生利用。

同时,为更好满足“调”,“蓄清调浑”在水库设计上也有不同要求,首先要设置足够的调水调沙库容,调水库容主要满足大流量过程塑造的需要,调沙库容主要满足水沙过程丰平枯变化以及水沙关系不协调带来的泥沙年际和年内调节的需要。其次,库容分布设计要考虑水库“调”沙过程中水库淤积形态动态变化。水库正常运用期调水调沙运用,库区泥沙冲淤具有死滩活槽的特点,存在“高滩深槽、高滩中槽、高滩高槽”三种淤积状态,拦沙库容、调水调沙库容、兴利库容、防洪库容、生态库容分布设计,要考虑和淤积形态变化的耦合,按照“深槽调沙、中槽兴利、高槽调洪”规则进行水库库容配置,减免正常运用期泥沙动态调节侵占有效库容进而带来的水库强迫排沙的风险。再次,对超高含沙量河流水库,采用“正常+非常”双泥沙侵蚀基准面设计理论和非常规排沙技术,在水库正常泄流排沙孔以下增设非常排沙底孔,结合非常规排沙调度方式,可在长期保持有效库容前提下,进一步实现部分淤“死”拦沙库容的复活并和调水调沙库容一体化永续利用。最后,对特高含沙量河流水库的有效库容保持和供水调节之间的矛盾,要采用水沙分置方式。

官厅水库

“蓄清调浑”应注意三个问题

张金良透露,目前,“蓄清调浑”设计理论技术与运用方式已经在小浪底等水库进行了应用,古贤、泾河东庄以及甘肃马莲河等重大水利工程枢纽论证设计中已全面应用。

他表示,今后对“蓄清调浑”运用及设计技术,应注意三个问题:

一是在多沙河流上建设水库,必须紧紧抓住水沙关系调节的“牛鼻子”。“蓄清调浑”在“蓄清排浑”基础上更注重“调”,实现了时间上、空间上对泥沙的统筹处理。

二是“蓄清调浑”运用是对“蓄清排浑”运用的继承和对“调水调沙”的发展。拦沙期水库按照“小水拦沙,大水排沙,适时造峰,淤滩塑槽”滩槽同步塑造和拦沙库容多元化利用,正常运用期水库按照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。

三是在未来运行中,“蓄清调浑”设计理论技术与运用方式需进一步完善提升。

张金良认为,如果说“蓄清排浑”奠定了多泥沙河流水库成功建设和运行的技术基础,支撑了多泥沙河流防洪工程、水沙调控、水资源配置等工程体系的成功建设和运行,那么,“蓄清调浑”必将为多沙河流的保护和治理提供高质量技术支撑。

返回 国际节能环保网 首页

能源资讯一手掌握,关注 "国际能源网" 微信公众号

看资讯 / 读政策 / 找项目 / 推品牌 / 卖产品 / 招投标 / 招代理 / 发新闻

扫码关注

0条 [查看全部]   相关评论

国际能源网站群

国际能源网 国际新能源网 国际太阳能光伏网 国际电力网 国际风电网 国际储能网 国际节能环保网 国际煤炭网 国际石油网 国际燃气网 国际氢能网 国际充换电网