何宏谋  张国兰  杨立彬

（规划处  水工设计处）

〔摘要〕本文从当地的水资源特点出发，结合小浪底水库不同时期、不同阶段的运用方式，分别分析了水库运用水位、坝前含沙量等对供水的影响，并进一步提出了对汛期供水的补充措施。从水源条件的角度论证了小浪底南岸引水口工程的可行性。

〔关键词〕南岸引水口  蓄清排浑  调水调沙  正常运用期

1  水源条件  

    小浪底南岸灌区地处邙岭，周围虽有黄河、洛河过境，但因地高水低，受工程条件制约难以利用，区内虽有涧河等支流，但均属季节性河流。在扣除过境水的情况下，灌区主要有当地地表水、地下水二种水资源，多年平均水资源量为12577万m3,75%保证率为9340万m3。

当地径流是灌区主要水源。由于降水存在着较大的随机性，即时间和空间分布的不均匀性，严重影响了对降水资源的利用；灌区当地地表水由降雨产生，汛期主要以洪水形式出现，枯季径流很小，甚至断流，因此降水和当地径流利用困难，利用率很低。采用《河南省水文图集》估算灌区内当地径流多年平均径流深为100mm，折合径流总量为7515万m3，75%年径流深为64mm，折合径流总量5066万m3。

    灌区浅层地下水贫乏，富水性差，不能满足农业灌溉用水，仅可供人畜饮用。主要储存于黄土、黄土状亚粘土裂隙及粉细砂、砂卵石空隙中，水位埋深一般为lOm～40m。灌区深层承压水富水性较好，且厚度较大，300m深度以内有含水层10～15层，累计厚度为l00～200m。按降水补给量法估算，承压水多年平均补给量为5062万m3，75%保证率补给量为4274万m3，可以供给有限的农田灌溉。在地下水均衡情况下，承压水的允许开采量应等于补给量，则多年平均承压水开采量为5062万m3,75%保证率承压水开采量为4274万m3。

    黄河小浪底水利枢纽是以防洪(包括防凌)、减淤为主，兼顾供水、灌溉、发电，除害兴利，综合利用的特大型水库。坝址断面多年平均实测径流量为405.5亿m3（1919.7～1995.6），多年平均输沙量为13.51亿t。水库坝高154m，坝顶高程281m，最高蓄水位275m，相应原始库容126.5亿m3，淤积平衡后有效库容约为51亿m3，其中41亿m3供防洪和调节期(11～6月)防凌及兴利调节，10亿m3供主汛期(7～9月)调水调沙运用。水库正常死水位230m，主汛期限制水位254m，设计坝前河底高程226.3m。考虑调水调沙的需要，主汛期(7～9月)运用水位在230m～254m之间变化，汛期必要时死水位可降低至220m。

2  水库运用方式

小浪底水库研究了调水为主和调沙为主两种运用方式，两种运用方式的区别是初期运用时逐步抬高水位和形成高滩深槽阶段的调节方式不同。调水为主运用方式逐步抬高水位运用阶段历时19年，形成高滩深槽阶段历时10年；调沙为主运用方式逐步提高水位运用阶段历时27年，形成高滩深槽阶段历时仅2年，两种运用方式的总拦沙期均为32年，这里仅介绍调沙为主运用方式各阶段的水位特征。

小浪底水库运用方式分为两个阶段，即初期为拦沙运用，称调水调沙拦沙运用期；后期为蓄清排浑运用期，也可以称为正常运用期。

(1)初期阶段:水库起调水位205m，蓄水拦沙，然后逐步提高汛期(7～9月)水位，调水调沙及逐步形成高滩深槽。初期运用阶段的最高汛期限制水位为254m，待坝前滩面高程至254m，河底高程降至226.3m时，此时形成高滩深槽，初期运用结束。这一阶段历时约30年。根据水库运用方式不同，又可具体分为蓄水拦沙、逐步抬高运用水位、高滩深槽形成三个阶段。

    (2)正常运用期:也称蓄清排浑期、调水调沙期，正常运用期限制水位254m，利用254m以下10亿m3槽库容调水调沙，使水库槽库容多年内冲淤平衡，水库排沙时汛期水位可降至230m；调节期允许库水位最高达到275m，进行综合利用。

3  坝前河段河势分析

小浪底水库在初期运用阶段过程中，坝前河段在泥沙淤积面上，通过水流自身的动力作用，重新塑造出新的河道。这一过程受到水库运用方式，各泄流建筑物进口底坎高程的侵蚀基准面、泄流量的大小等众多因素的影响和控制，坝前河段的河势演变极为复杂，需要经历较长时期分汊的游荡摆动，到形成单一主流的过程，直至形成高滩深槽，才能形成相对稳定的坝前河势。

（1）初期低水位运用阶段:根据模型试验的有关试验成果，初期水库205m起调后，坝区水面几乎是静止状态，泥沙大量沉积，随着蓄水位稳定时间延长，泥沙淤积不断向坝前发展，上段水面开始流动，下段仍处于静止状态。动静水的分界面即异重流潜入点不断下移。其后坝区上段淤出边滩和心滩，水流散乱分汊，呈现多股水流并存，主流游荡移动，这一过程随着坝区下段水流由静止到流动的变化，这种游荡性河势也逐渐向坝前河段发展。直至滩地逐渐淤高，多股水流合并，才能形成单一主流。此后，河势大幅度游荡虽己停止，但随着流量和含沙量的改变，主流靠流部位不断上移上错，在平面上摆动幅度仍可以达到数百米。

(2)高滩深槽形成阶段:在水库蓄水位逐渐提高的过程中，每次升高后河床将普遍发生淤积，其中滩地淤积较快，并很快淤至水面，从而经过一段时间后，又形成一条深槽，深槽位置在平面上摆动幅度较大。在形成高滩后的蓄水位下降过程中，滩面基本不冲，河床的冲刷主要表现在深槽的下切和展开上，并通过一侧冲刷另一侧淤积，深槽在平面上摆动幅度较小。该阶段完成后，形成的河势为单一河槽。

(3)正常运用期:高滩深槽形成后，水库即转入正常运用期。主汛期蓄水位将恢复在230m～254m之间调度运用，一般不上滩，水库淤积主要发生在主槽中，因此形成的高滩深槽相对稳定。但随着蓄水位在230m～254m升降变化，尤其是蓄水排沙运用时，存在着滩地坍塌展宽和靠流点小幅度上移下错的河势变化过程，但该情况一般发展比较缓慢。

4 水库运用水位的影响

根据对小浪底水库分阶段运用情况的分析，南岸取水口应采取灵活的取水方式，以适应水库运用的特点，并保证取水口在调节期的正常取水和主汛期“相机”取水的需要。据此研究了两级取水和叠梁式取水两种取水方式。两级取水口进口底坎高程分别定为240m和252m。叠梁式取水方式根据水工布置要求选用4级叠梁，单级叠梁高度为4m，进口底坎高程仍采用240m。两种取水方式相比，叠梁式较能适应水库坝前滩面逐渐淤积抬高的变化，避免了取水口前形成过厚的淤积，防止泥沙淤堵进水口，保证取水口尽可能取水库表层水。

4.1水库调节期

在研究水库运用可能出现的情况时，根据黄河来水的丰枯进行不同时段组合，提出了六种组合运用系列。每种组合的第一年为水库开始运用水平年2000年。根据灌区施工安排初步意见，暂定2005年(即水库运用第六年)为灌区及城市供水工程开始发挥效益的第一年。根据初步选定的叠梁式4级取水高程，对各种系列的库水位进行统计分析。灌区运用前4年影响较大，从第5年开始基本上可正常供水。240m取水高程的取水保证率除系列l仅有89%外，其它为98-100%，但大多在95%以上，因此调节期的供水保证率较高。

4.2  主汛期

    小浪底水库主汛期初始起调水位为205m，在高滩深槽形成后，一般水位为230～254m之间，平均水位大约为245.5m，在245m～246m之间变化，机率为50%左右。242m～252m水位机率约为80%左右。灌区建成前4年基本无引水可能，第5年以后机会逐渐增加。据系列1、2、4、6正常运用期资料统计，月平均水位大于245m出现的机率为82～88%。

5 坝前含沙量对灌溉的影晌

5.1 渠道可引含沙量分析

渠道可引含沙量按渠道挟沙能力分析确定，选用以下计算公式进行估算。

式中  ——水流的挟沙能力（kg/m³）；

V——渠道断面平均流速(m/s)；

R——水力半径(m)；

H——平均水深(m)；

B——水面宽度(m)；

G——重力加速度，g=9.81m²/s；

 ——泥沙沉降速度(cm/s)。

 值采用黄河小浪底站1980年～1983年15组试样群体沉速平均值4.175px/s。平均中数粒径为0.0255mm，平均粒径0.0329mm，水温13.6℃～25℃。

综合分析，选用含沙量小于15kg/m³，作为引水考虑的范围。在操作时，根据实际出现的情况相机引水，但在特别干旱时，可控制引水含沙量不大于2Okg/m³进行引水。对于清浑水两用的渠道，在浑水时可能稍有淤积，但在清水时会稍有冲刷，而在一年之内，基本可保持冲淤平衡。另外，因高含沙量造成渠道淤积时，可在非灌溉期内进行清淤。

5.2 坝前含沙量对引水的影响

坝前含沙量是对灌溉引水的主要影响因素，分析各个时段含沙量出现的机率，是主汛期相机引水的主要依据。在对六种水位组合运用情况的分析中，将50年系列划分为5个时段，即1～3年，4～10年，11～l4年，15～28年及29～50年，进行统计分析。资料表明，水库运用前期，坝前含沙量较小，可引天数相对较多，随着时段延长，坝前含沙量逐年增大，可引天数相对减少，根据渠道挟沙能力确定的含沙量引水范围，换算为灌区发挥效益水平年，含沙小于lOkg/m³～2Okg/m³可引天数1～5年为52～69天，6～9年为43～57天，10～23年为20～30天，24～45年为18～27天。以“1958＋19777～1960～1974＋1919～1951”运用系列为例，汛期需要灌两次水，即7月上旬(棉花现蕾水)、7月下旬(玉米抽穗水)，共计需水量3240万m³。在灌区建成前8年(2005～2012年)，第一水机率较高为94%～99%，第二水较低为54%～85%。第9年(2013年)以后灌水机率均较低。

6 汛期供水的缓解措施

通过对小浪底水库库水位及坝前含沙量的分析，可以得出如下结论：水库调节期(非汛期)，坝前含沙量对灌溉引水基本无影响；库水位在灌区建成前几年虽有影响，但考虑工程不配套因素，实际影响不大；正常运用后，保证率较高。主汛期库水位在灌区建成前几年影响较大，正常运用时，影响逐渐减小。坝前含沙量对灌溉影响较大的时段发生在第9年以后，可能影响一部分面积的用水，如果扣除含沙量15kg/m³以下可引水量118O万m³左右，仍有缺水量2060万m³左右。

解决汛期用水问题的措施，首先应遵循“主汛期相机引水”原则，抓住机遇，最大限度地使小浪底水库多供水，以降低用水成本。为此，汛期要加强对库水位及含沙量的观测，在符合引水条件时，不失时机地早供水，加大供水流量。灌水时间本着宁早勿晚的原则，灵活机动掌握。根据可引含沙量持续时间的长短，能一次浇一遍的更好，不能普浇一遍的，可分别轻重缓急，一次浇一片，保住多少是多少。在特别干旱时，如果将引水含沙量放宽到2Okg/m³以内，引水量还可增加到156O万m³，缺水量可减少为1680万m³。

其次是利用蓄水工程补充供水。结合灌区内地形条件和工程的可能性，兴建调蓄工程补充小浪底水库主汛期不能引水时的灌溉缺水量，主要有:

(1)在小浪底水库大坝上游支沟小清河修建小清河水库，利用调节期清水充库，主汛期调节灌溉供水。小清河水库坝址以上流域面积42km²，规划坝顶高程256m，最大坝高58m。200年一遇校核洪水位254.2m，相应总库容1956万m³，死水位233.62m，相应死库容500万m³。兴利水位255m，兴利库容1400万m³。

(2)对灌区内现有4座小型水库加高大坝，扩建规模，可增加蓄水量约350万m³。

上述两项共可解决汛期供水量1750万m³。

7 结语

   小浪底南岸引水口工程是解决小浪底南岸灌区灌溉用水和洛阳市城市用水的重要供水工程，本文结合小浪底水库不同时期、不同阶段的运用方式，分别分析了水库运用水位、坝前含沙量等对供水的影响，并进一步提出了对汛期供水的补充措施。多角度论证了小浪底南岸引水口工程的水源条件的可行性，为该工程的顺利实施提供了强有力的支持。

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