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大坝认知 | 小浪底:平湖出激浪,千里无漫滩

小浪底,调水调沙
三峡小微

说到黄河上的调水调沙,不得不提到小浪底水库;而要了解小浪底水库,首先要了解黄河。

性情多变的母亲河

黄河是仅次于长江的中国第二大河,全长5464千米,流域面积75万多平方千米。它发源于青藏高原巴颜喀拉山北麓海拔4500米的约古宗列盆地,流经青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、山西、陕西、河南、山东九个省、自治区,最后注入渤海。黄河一路走来,孕育了悠久灿烂的区域民族文化,是华夏民族的发祥地。不过,黄河的性格是多变的,在养育中华儿女的同时,她也时常肆意改道、决口,吞噬村庄,淹没庄稼。

黄河干流主要水利枢纽分布(资料提供/蔺生睿 绘图/李雨潇)

黄河的中游为黄土台塬区,因长期干旱,地表植被稀疏,抗雨水侵蚀能力差。夏季暴雨洪水冲刷,将大量裸露的表层黄土裹夹进河里。到了下游,黄河河道宽浅、流速减缓,进而导致水流挟沙能力减低,部分粗颗粒泥沙沉淀下来,造成河道逐年淤积,形成了河床远高于堤外地面的“悬河”,同时由于河床乃至大部分堤防由松软的泥沙构成,难以约束凶猛咆哮的洪水,导致历史上的黄河下游决口、改道频仍,每次决口都会造成“水漫金山、赤地千里”的旷世灾难。

上古大禹治水,劈三门,疏河道,引水东流入海。大禹因此被载入史册,传说小浪底村也因“夜失丹阳”获得大禹赐名的殊荣,被誉为舍小家顾大家之典范。但几千年过去了,黄河依旧水患频出。历代治水名家一直在努力,但是收效甚微。新中国成立以来,为了根治历史上黄河下游频繁决口的这一“痼疾”,不但加高加宽了黄河大堤,也先后建成了龙羊峡、刘家峡、万家寨、三门峡等大型水库。2001年建成的小浪底水库更是把黄河下游防洪标准提高到了千年一遇。

泄洪中的小浪底水利枢纽工程(图片来源:图虫创意)

小浪底工程的前世与今生

小浪底水库的构想早在二十世纪三十年代便被提出。当时有水利专家提出在黄河上修建大坝来为黄河蛟龙戴上锁链,其中三处坝址是三门峡、大龙门和小浪底。但因当时战乱频繁,时局动荡,这种构想只能是空想。新中国成立后,在1955 年 7 月召开的第一届全国人民大表大会二次会议上,时任国务院副总理邓子恢作了“关于根治黄河水害和开发黄河水利的综合规划的报告”,其中治理黄河水沙的一揽子工程项目中就包括三门峡水利工程和小浪底水利枢纽工程。

“万里黄河第一坝”三门峡工程(图片来源:图虫创意)

1957 年 4 月13 日,三门峡水利枢纽工程开工兴建。它是在黄河干流上兴建的第一座以防洪为主、综合利用的大型水利枢纽工程。1960 年 9 月,工程基本完工。但是伊洛河、沁河等黄河支流的防洪问题依旧没有解决。小浪底水利枢纽工程的建设迫在眉睫。

1954 年秋,黄河水利委员会地质勘探队 500 余人陆续进驻小浪底,开始对黄河小浪底区域进行长期详细的勘察钻探工作。随后,黄河水利委员会地质队、山地队、物探队、测绘队次第进驻。黄河水利委员会宝山水文站也搬迁至小浪底村,旨在掌握黄河小浪底的第一手水文资料。1991 年 4 月 9 日,小浪底水利枢纽工程正式列入国家计划,确定“八五”期间开工修建。1994 年 9 月 12 日,时任国务院总理李鹏庄严宣布:“黄河小浪底水利枢纽工程开工!”小浪底工程进入了长达11年的建设期。其后的1997年 10 月 28 日,黄河截流成功;2000 年 1 月 9 日,首台机组发电;2001年12月,工程全部竣工。2007 年 4 月 7 日,小浪底水利枢纽工程顺利通过国家的全面竣工验收。

小浪底工程与国际惯例接轨,全面实行了项目法人责任制、招标投标制、建设监理制和合同管理制,4 个国家的 14 个公司和建设单位组成的 3 个国际联营体中标承建大坝工程、泄洪系统工程和引水发电系统三个土建工程,引入了国外的资金、技术、人才和先进的管理经验,形成了具有中国特色的国际工程管理模式。小浪底工程拦河大坝采用斜心墙堆石坝,设计最大坝高 154 米,坝顶长度为 1667 米,坝顶宽度 15 米,坝底最大宽度 864 米。坝体启、填筑量 51.85 万立方米、基础混凝土防渗墙厚1.2米、深 80 米。其填筑量和混凝土防渗墙均为国内之最。小浪底水利枢纽战略地位重要,工程规模宏大,地质条件复杂,水沙条件特殊,运用要求严格,被中外水利专家称为世界上最复杂的水利工程之一。

小浪底水库的斜心墙堆石坝模型(摄影 王立力/Fotoe

小浪底水库两岸分别为秦岭山系的崤山、韶山和邙山;中条山系、太行山系的王屋山。它的建成可有效地控制黄河洪水,可使黄河下游花园口的防洪标准由六十年一遇提高到千年一遇,基本解除黄河下游凌汛的威胁,减缓下游河道的淤积,小浪底水库还可以长期有效库容调节非汛期径流,增加水量用于城市及工业供水、灌溉和发电。它处在承上启下控制下游水沙的关键部位,控制黄河输沙量的100%。

小浪底工程的调水调沙实践

为了确保小浪底水库有更多的防洪库容,每年汛前,“黄河防总”会下令水库提前排放大量前期蓄滞的库水。为了使这些排出的水流能发挥更大的作用,黄河水利委员会组织黄河水科院、设计院、河务局、水文局等有关部门的专家,经过黄河模型的试验论证研究制定出了一整套治黄实践方案,名曰:调水调沙。意在利用有限的水资源,把三门峡水库淤积的泥沙尽可能地输送到渤海。自2002年6月开始,在三门峡水库上游冲沙扰沙(意在降低“潼关高程”——指黄河潼关水文站6号断面洪水流量在1000 立方米每秒时的相应水位,其变化揭示渭河下游河道淤积状况),经三门峡水库排沙洞排出,利用小浪底水库“异重流”(不同比重的水体,在基本恒定均匀的流体里分层流动,从“潜入点”开始,库水变成上清下浑,浑水在水体中间流动)原理,排出小浪底水库。

异重流示意图(图片来源:黄河水利委员会水文水资源局)

2018至2021年,黄河决策者采用汛前腾空小浪底水库的大胆尝试(前提是确保汛后有足够的水量,提供水库抗旱防下游断流的功能,这需要精确的中长期预报做支持),利用万家寨、三门峡水库联合调度和中游产生的洪水,冲刷三门峡水库和小浪底水库前期淤积的泥沙。这期间,笔者均在小浪底水文站,亲眼目睹了水文站监测到的最大含沙量,从2017年的不足2千克每立方米逐年提高到2021年的378千克每立方米,水库冲刷效果非常明显。

小浪底水库调水调沙,库区水位下降时细流形成的图案(图片来源:图虫创意)

为了防止排出的泥沙淤积在下游河道里,后期还要利用三门峡、小浪底、陆浑、故县四座水库联合调度,输出大量清水冲刷下游河道,保证下游河道的行洪能力。2020年6月28日,黄河防总为验证黄河下游主槽实际过水能力,将小浪底水库最大下泄流量调整到5680立方米每秒,7月1日,下游艾山卡口的流量达到4800立方米每秒,但下游全程没有一处漫滩。据统计,截至2020年汛前,经过近20年的调水调沙,黄河下游河底平均冲刷深度达到1-2米,增加主河槽过水能力200立方米每秒左右。这样的成绩是可喜的。

小浪底水库,渔舟唱晚(图片来源:图虫创意)

近二十年过去了,小浪底水利枢纽除了发挥防洪、防凌、减淤、供水、灌溉和发电等作用外,库区也已经打造成了风景秀丽、文化厚重的国家 4A级旅游景区,河南省十大旅游热点景区,更被誉为“北方小千岛湖”。国内外游客得以饱览小浪底水利枢纽工程带来的视觉盛宴。

评论
无限探索者
少师级
岁岁安澜,勃勃生机。透过小浪底工程,我们看到了黄河的“成长与蜕变”,也看到了中华民族在这条母亲河的哺育下波澜壮阔雄伟崛起的明天。
2022-11-12
内蒙古四子王旗
太傅级
黄河浪底,旖旎风采。水利枢纽,扬名中外。久闻盛名,心潮澎湃。
2022-11-12
科普科普知识的摇篮!
少傅级
壮观美丽的小浪底水利枢纽,它除了发挥防洪、防凌、减淤、供水、灌溉和发电等作用外,库区也已经打造成了风景秀丽、文化厚重的国家4A级旅游景区,河南省十大旅游热点景区,更被誉为“北方小千岛湖”。国内外游客得以饱览小浪底水利枢纽工程带来的视觉盛宴,真是起到了一举两得的效果。
2022-11-12