當前位置：在永定河，新中國修建的第一座大型骨干水庫官廳水庫，1955年投運，1985年被迫改建；在黃河中游，1960年9月下閘運用的三門(mén)峽水庫，也在1965-1973年間被迫進(jìn)行兩次增改建……
“這到底是怎么回事？”河南省工程泥沙創(chuàng )新團隊負責人、黃河勘測規劃設計研究院有限公司董事長(cháng)張金良4月12日告訴科技日報記者，這主要是因為我國水土流失嚴重地區的多沙河流，水少沙多、輸沙量大、含沙量高，把庫容淤積死了。
他說(shuō)，為了控制水庫泥沙淤積，我國水利科技工作者在早期“蓄水攔沙”運用的基礎上，獨創(chuàng )了“蓄清排渾”方式，近年又正在探索“蓄清調渾”設計理論技術(shù)及其運用方式。
小浪底調水調沙
從“蓄水攔沙”到“蓄清排渾”再到“蓄清調渾”，我國多沙河流建水庫的三個(gè)階段
張金良介紹，從20世紀50-60年代開(kāi)始，我國在多沙河流建水庫，走過(guò)了三個(gè)階段：
第一階段是“蓄水攔沙”。我國大規模的水庫建設始于20世紀50-60年代，在多沙河流建水庫，也多參考清水河流水庫設計，運用方式上多采用“蓄水攔沙”。張金良說(shuō)，當時(shí)也考慮到泥沙淤積對水庫運用壽命的影響，曾提出在水庫上游加強水土保持、修建攔沙壩等減少入庫泥沙，但泥沙處理思路仍局限于“攔”，即設置攔沙庫容從時(shí)間上換取水庫使用壽命。
第二階段是“蓄清排渾”。針對“蓄水攔沙”出現的諸多問(wèn)題，逐漸認識到對多沙河流水庫以“攔”為主不可行，創(chuàng )新性地提出了水庫“蓄清排渾”的運行方式，并在三門(mén)峽、小浪底、三峽水庫運用。
張金良說(shuō)，所謂“蓄清排渾”，就是以保持水庫長(cháng)期有效庫容為核心，要求水庫死水位具有較大的泄流規模，同時(shí)設置專(zhuān)門(mén)的排沙期和適宜的排沙設施，在水庫沖淤平衡形態(tài)上進(jìn)行庫容配置和回水計算，水庫有效庫容是相應于沖淤平衡形態(tài)的庫容。
“但是，這仍存在一些問(wèn)題需要進(jìn)一步解決?！睆埥鹆家孕±说姿畮鞛槔忉?zhuān)紫?，水庫庫容分布和回水設計是基于沖淤平衡形態(tài)，而實(shí)際上水庫進(jìn)入沖淤平衡狀態(tài)后，水庫主汛期調水調沙運用、非汛期蓄水運用，隨著(zhù)來(lái)水來(lái)沙的豐平枯變化，庫區會(huì )有沖淤，存在泥沙淤積短期侵占防洪庫容的風(fēng)險，對正常運用期“調沙”的影響考慮不足；其次，水庫設計調水調沙庫容較小，水庫處于攔沙期，調控庫容大，可較好地發(fā)揮調水調沙減淤效益，但進(jìn)入正常運用期后，調水調沙運用泥沙淤積不可避免地占用調水調沙庫容，遇不利水沙條件或淤積嚴重時(shí)，必須進(jìn)行強迫排沙以保證足夠的有效庫容，而強迫排沙時(shí)“小水帶大沙”等現象不可避免，加劇進(jìn)入下游的水沙關(guān)系不協(xié)調程度，面臨水庫有效庫容保持和下游水沙關(guān)系協(xié)調有機統一的矛盾，影響水庫減淤效益的長(cháng)期發(fā)揮。第三，水庫的攔沙庫容和調水調沙庫容、其他庫容相對獨立，“水庫容”和“沙庫容”互換程度低，對泥沙多年調節和場(chǎng)次洪水泥沙統籌調節能力不足。第四是在一些超高、特高含沙量河流上修建的水庫，即使采用“蓄清排渾”方式，也難以保持有效庫容，比如巴家嘴水庫年平均入庫含沙量高達220千克每立方米，先后進(jìn)行了三次加高改建，水庫有效庫容長(cháng)期保持和供水調節之間的矛盾仍難以協(xié)調。
為解決這些問(wèn)題，科學(xué)家正在探索一條“蓄清調渾”新思路。
第二次改建后的三門(mén)峽水庫（圖片說(shuō)明）
“蓄清調渾”新思路的提出
張金良介紹，1999年小浪底水庫投入運用以來(lái)，在“蓄清排渾”“攔”“排”處理泥沙的基礎上，全面發(fā)展了調水調沙理念，對水庫群人工塑造異重流排沙技術(shù)、水庫群聯(lián)合調水調沙調度模式、多沙河流水庫灘槽同步塑造、攔沙庫容再生與多元化利用等進(jìn)行了深入研究，提出了水沙關(guān)系協(xié)調度的定義和計算方法，逐步形成了以水庫長(cháng)期有效庫容保持和盡可能長(cháng)期提高下游水沙關(guān)系協(xié)調度為核心的“蓄清調渾”運用技術(shù)。
張金良說(shuō)，所謂“蓄清調渾”，就是根據水庫開(kāi)發(fā)任務(wù)要求，充分考慮多沙河流來(lái)水來(lái)沙過(guò)程中場(chǎng)次洪水和年際間豐、平、枯變化，統籌調節泥沙對水庫淤積形態(tài)和有效庫容的影響，盡可能提高下游河道水沙關(guān)系協(xié)調度為核心，設置合適的攔沙和調水調沙庫容，通過(guò)“攔、調、排”全方位協(xié)同調控，實(shí)現有效庫容長(cháng)期保持和部分攔沙庫容的再生利用、攔沙庫容與調水調沙庫容一體化使用，即實(shí)現部分“水庫容”和“沙庫容”在一定時(shí)段內互換，發(fā)揮水庫對泥沙的 “內”調節作用，并通過(guò)水庫群調度和天然洪水泥沙過(guò)程銜接，更好地協(xié)調進(jìn)入下游的水沙關(guān)系，以充分發(fā)揮水庫綜合利用效益。
他強調，“蓄清調渾”不僅考慮水庫的“攔”“排”，更加注重“調”，要求水庫結合開(kāi)發(fā)任務(wù)、運用階段和入庫水沙條件等，靈活確定調度方式，在“調”中“攔”“排”，“攔”“排”中“調”。攔沙期水庫按照“小水攔沙，大水排沙，適時(shí)造峰，淤灘塑槽”灘槽同步塑造和攔沙庫容多元化利用，有利水沙條件下盡快降低庫水位進(jìn)行低水位排沙，正常運用期水庫按照水沙分級分類(lèi)調度輔以非常規排沙調度，實(shí)現協(xié)調水沙關(guān)系再造和攔沙庫容再生利用。
同時(shí)，為更好滿(mǎn)足“調”，“蓄清調渾”在水庫設計上也有不同要求，首先要設置足夠的調水調沙庫容，調水庫容主要滿(mǎn)足大流量過(guò)程塑造的需要，調沙庫容主要滿(mǎn)足水沙過(guò)程豐平枯變化以及水沙關(guān)系不協(xié)調帶來(lái)的泥沙年際和年內調節的需要。其次，庫容分布設計要考慮水庫“調”沙過(guò)程中水庫淤積形態(tài)動(dòng)態(tài)變化。水庫正常運用期調水調沙運用，庫區泥沙沖淤具有死灘活槽的特點(diǎn)，存在“高灘深槽、高灘中槽、高灘高槽”三種淤積狀態(tài)，攔沙庫容、調水調沙庫容、興利庫容、防洪庫容、生態(tài)庫容分布設計，要考慮和淤積形態(tài)變化的耦合，按照“深槽調沙、中槽興利、高槽調洪”規則進(jìn)行水庫庫容配置，減免正常運用期泥沙動(dòng)態(tài)調節侵占有效庫容進(jìn)而帶來(lái)的水庫強迫排沙的風(fēng)險。再次，對超高含沙量河流水庫，采用“正常+非?！彪p泥沙侵蝕基準面設計理論和非常規排沙技術(shù)，在水庫正常泄流排沙孔以下增設非常排沙底孔，結合非常規排沙調度方式，可在長(cháng)期保持有效庫容前提下，進(jìn)一步實(shí)現部分淤“死”攔沙庫容的復活并和調水調沙庫容一體化永續利用。最后，對特高含沙量河流水庫的有效庫容保持和供水調節之間的矛盾，要采用水沙分置方式。
官廳水庫
“蓄清調渾”應注意三個(gè)問(wèn)題
張金良透露，目前，“蓄清調渾”設計理論技術(shù)與運用方式已經(jīng)在小浪底等水庫進(jìn)行了應用，古賢、涇河東莊以及甘肅馬蓮河等重大水利工程樞紐論證設計中已全面應用。
他表示，今后對“蓄清調渾”運用及設計技術(shù)，應注意三個(gè)問(wèn)題：
一是在多沙河流上建設水庫，必須緊緊抓住水沙關(guān)系調節的“牛鼻子”?！靶钋逭{渾”在“蓄清排渾”基礎上更注重“調”，實(shí)現了時(shí)間上、空間上對泥沙的統籌處理。
二是“蓄清調渾”運用是對“蓄清排渾”運用的繼承和對“調水調沙”的發(fā)展。攔沙期水庫按照“小水攔沙，大水排沙，適時(shí)造峰，淤灘塑槽”灘槽同步塑造和攔沙庫容多元化利用，正常運用期水庫按照水沙分級分類(lèi)調度輔以非常規排沙調度，實(shí)現協(xié)調水沙關(guān)系和攔沙庫容再生利用。
三是在未來(lái)運行中，“蓄清調渾”設計理論技術(shù)與運用方式需進(jìn)一步完善提升。
張金良認為，如果說(shuō)“蓄清排渾”奠定了多泥沙河流水庫成功建設和運行的技術(shù)基礎，支撐了多泥沙河流防洪工程、水沙調控、水資源配置等工程體系的成功建設和運行，那么，“蓄清調渾”必將為多沙河流的保護和治理提供高質(zhì)量技術(shù)支撐。（科技日報）
