黄河三门峡水库全年以高水位蓄水发电可行性分析.doc

黄河三门峡水库全年以高水位蓄水发电可行性分析-工程设计摘要：渭河是一个泥沙动态平衡的河流，三门峡水库建成后，打破了这个平衡。由于没有处理好与潼关的接口问题，造成潼关处河道升高4米，溯源淤积，使渭河河床抬高，成了地上河，是渭河的洪涝灾害难以解决的主要原因。实行一些不大的工程，既可以彻底解决渭河的洪涝问题，又可以使三门峡水库全年以高水位蓄水发电。工程的费用不多，经济效益很好。关键词：黄河三门峡水库渭河潼关主客水分流切弯取直束水攻沙2003年的一场不太大的洪水，造成了渭河流域大面积的洪涝灾害，损失巨大，由此暴露出渭河的洪涝灾害问题远没有解决。对此，有些专家学者认为：由于建三门峡水库，造成潼关高程升高4米，溯源淤积，使渭河河床抬高，河床过水断面减小，使渭河成了地上河，造成渭河洪涝灾害问题无法解决的局面。只有废掉三门峡水库，从源头上解决问题，渭河的洪涝灾害问题才能解决。这些学者的看法，无疑是有其一定道理的。但是，我们也应看到，面对潼关上升4米，渭河的泥沙动态平衡已被打破的现实，如果能有针对性的采用一定的工程，渭河的洪涝灾害问题并不难解决，而三门峡水库全年可以以高水位蓄水发电。一、三门峡水库背负责难40年 三门峡水库于1957年开始建设，1960年9月建成运用，到1962年3月，潼关高程抬高4.5米，从1962年3月，水库运用方式改为滞洪排沙运用，但由于泄流规模不足，汛期排沙不畅，库区继续淤积，潼关高程相应抬升，水库被迫于1964年底至1968年8月进行第一期改建，改建效果不理想，被迫进行第二次改建，1971年底，二期改建完成。由于加大了水库的泄流规模，潼关高程才得以控制。从1973年9月，水库运用方式改为蓄清排浑全年控制运用。全年控制运用期，三门峡水库非汛期蓄水，汛期低水位运行，大沙期空库排沙。从1973年以来，潼关的高程基本处于冲淤平衡状态，在327米左右浮动。由于潼关高程没有降回到三门峡水库建库前的323米高程，致使渭河的洪涝问题一直得不到解决，给陕西省造成了巨大的损失，责任自然归结到三门峡水库。三门峡水库已背负责难40多年。二、建三门峡水库对渭河的影响分析渭河是一个泥沙动态平衡的河流，三门峡水库建成后，打破了这个平衡。由于没有处理好与潼关的接口问题，造成潼关处河道升高4米，溯源淤积，使渭河河床抬高，成了地上河，是渭河的洪涝灾害难以解决的主要原因。渭河的洪涝灾害主要发生在下游，汛期，渭河上中游的洪水下来，一旦排泄不及破堤，就造成洪灾。而渭河发生大洪水时水位高，两岸低洼地区的水无法汇入渭河，一旦潴留多了，就形成涝灾。渭河下游的河道，一方面要承担上中游下来的洪水，另一方面，又受潼关处河道的堵滞，同时，下游河道的河型也不好，河道弯曲，河床浅窄，造成排洪不畅。这三方面的原因是造成渭河洪涝灾害的主要原因。二、解决渭河洪涝灾害的方略 针对造成渭河洪涝灾害的三大原因，采用“主客水分流”的方法解决上中游来的洪水问题。采用“切弯取直”的方法解决渭河下游河道河型不好的问题。采用“束水攻沙”的方法解决潼关高程升高的问题。采用这三个方法，工程量不大，代价不高。既可以彻底解决渭河的洪涝灾害问题，又可以实现三门峡水库在汛期以320米的水位蓄水发电，在非汛期以330米的水位蓄水发电。可行性分析如下：1、主客水分流方法渭河下游河道的两岸地面低洼，在汛期，渭河下游接受中游下来的洪水，造成渭河下游河道高水位，这样下游两岸低洼区的水无法汇入高水位的渭河，形成涝灾。要解决这些低洼区的自流排水问题，就要求渭河的水位低，必须低。而渭河保持高水位，才能高效率的大量排洪，所以水位不能降低。如何妥善的解决排洪需要高水位，而排涝需要低水位这一矛盾，成了治渭的一大难题。采用主客水分流的方法，可以解决这个问题。主客水分流方法是，新开一条河道，将渭河中游下来的客水截走，另外下排。渭河下游的河道将只排泄本地产生的主水，这样通过渭河下游河道的洪水量就要少的多。水量少，水位就低，从而可以实现以低水位排涝。水位低，自然不存在洪灾问题。 新河道的路线是：在渭河的泾河口马东庄子处建坝建闸截断渭河，将渭河改道，新河道向北偏，路经地势较高的地区，在雨林村（南）处直接入黄，入黄点在潼关以北10公里处。且称这条改道的新河道为渭河马雨段或称马雨河。马雨河中间经新市（西）、相桥（北）、田市镇（北）、故市镇（北）、交斜镇（北）、官池镇（南）、梁家园（南）、打鱼坑等地。马雨河总长110公里，加上渭河从咸阳到泾河口的34公里，改道后的渭河从咸阳到黄河长144公里，较原河道长度缩短54公里。假如设定咸阳处的最高水位为383米，入黄点的最高水位为333米，总落差为50米，全河段平均纵比降为万分之3.47，这么大的纵比降，水的流速可达每秒5米以上。马雨河过洪量按每秒4000--7000立方米计算，过水断面为800--1400平方米，如水深为8米，河岸边坡为1:1，那么河底宽92--167米，水面宽108--183米，占地面积约2.4万亩。河道开挖按深9米全开挖计算，开挖断面平均为1240平方米，土方量约1.36亿立方米。开挖马雨河，约需搬迁2万人，每人搬迁费1万元，合计需2亿元。新开凿的马雨河，有很多优越性：①马雨河两岸的地势较高，所以它可以以高水位排洪，排洪效率高，相对工程量较小，投资较少。②马雨河全线基本是地面河，其全线几乎没有大堤，所以其全线几乎没有防洪任务，基本不会有洪灾。同样，由于其沿线两岸的地势高，也不会有涝灾问题。③马雨河由于是新开的河道，比较顺直。相对于弯曲的河道，顺直的河道对水流的阻力较小，水流的速度较快。同时，河道缩短了，纵比降就增大，水的流速就增加。由于马雨河河道断面窄深，河型好，可增加水的流速。下泄一定的洪水，流速快，河道断面就可以小一点，工程量就可以少一点，投资可以少一些。④全河段可以平均分配纵比降，相对于现渭河河道越到下游纵坡降越小，马雨河全线保持较大流速的能力明显要强的多。⑤由于马雨河河道窄短，所以占用土地少，搬迁费用少，移民安置相对容易。如果是将现在的渭河河道拓宽，由于河道弯曲，占用的土地肯定要多一些。⑥从渭河上中游下来的水量将从马雨河下泄，这样渭河下游河段的洪水量将很小，其宽广的河滩地，将不再用于过水，均可以成为耕地，数量可观，价值可观。 渭河在泾河口处改道后，改道点以下的现渭河河道从北田镇处向灞河西堡村处开一条河道，连接灞河，灞河不再入渭河。且称从西堡村到潼关的河道为西潼河。灞河和西潼河连接成一条新河，且称之为为灞潼河，灞潼河所涉及的来水区域将很小，洪水将不多，排洪压力不大。由于洪水量小，水位将比较低，灞潼河两岸低洼区的水可以自流进入灞潼河，涝灾问题由此获得解决。由于水位低，洪灾自然也就不存在了。2、将渭河下游河道切弯取直渭河下游从泾河口处改道，通过马雨河直接入黄，已经实现了切弯取直。灞潼河虽然排洪量很小，不切弯取直也不会发生洪灾，但是，一些低洼区产生涝灾的可能性肯定是存在的，为了可靠的解决涝灾问题，这段河道应该切弯取直。切弯取直，将使河道变短变窄，从而可以新产生出大量的土地，付出一定的工程费用非常值得。切弯取直后，从灞潼河西堡村处到潼关，河道长约127.5公里。假如这段河道流量按最大1500立方米/秒计算，最大流速按3.5米/秒计算，那么河道水面宽为62米，堤距64米，河底宽48米，水深8米，河深9米。灞潼河在西堡村、临潼、谓南、华县、华阴、潼关各处的河床高程分别是340.91米、338.45米、332.30米、328.36米、323.28米、320米。如此低的河底，如此低的水位，西安的排水问题获得彻底的解决。灞潼河是地面河，基本不需要大堤。由于流域内地势低洼的地区不多，这些低洼区可设法引淤抬高，所以流域内的涝灾问题可获得彻底解决。参看下附的马雨河和西潼河路线示意图：screen.width-333)this.style.width=screen.width-333;”border=“0” />开挖马雨河土方约1.36亿立方米，开挖西潼河土方约0.64亿立方米。如采用机械开挖搬运，每立方米费用6元，开挖两条河需费用12亿元。如果采用专用机械在水中开挖，挖出的土方立即被水冲走，利用水流搬运，冲到下游的低洼区淤垫地面，每立方米土方的综合费用约为0.3元（不包括水价），开挖两条河需费用0.6亿元。另外，为了引水到达工作面，还需一定的费用。渭河缩窄后，原渭河大堤及大片的河滩地可以成为可靠的耕地，减去渭河改道占用的2万多亩，尚有10多万亩，价值可观。3、束水攻沙，将潼关高程降低到海拔320米潼关现在是渭河的入黄口，将来潼关是灞潼河的入黄通道，由于渭河大部分的水量都从马雨河入黄了，灞潼河的水量将很小，解决潼关的高程的工程将比较简单。现在潼关的高程是327米左右，可否降到320米呢？人工开挖是肯定不行的，那样很快就会给泥沙填满。降低潼关高程的工程，应是一劳永逸的，即永远不会再升高。我们知道，河道中水流对泥沙的冲刷主要不是受河道的纵坡降所决定，而主要是受水的流速所决定。水的流速在窄深顺直的河床断面下，主要不是受河道的纵坡降所决定，而主要是受水面的纵坡降所决定。所以，排沙，水的流速是关键，而决定水的流速的是窄深顺直的河床和水面的纵坡降。设法形成窄深顺直的河床和保持尽量高的水面纵坡降，是排沙的关键，这正是束水攻沙的理论根据。设计从潼关到三门峡水库库区，在黄河河道中纵向建一道大堤，且称之为潼三大堤，潼三大堤长约50公里，将这一段黄河河道纵向一分为二，潼三大堤与这一段黄河河道的南岸构成一条窄深顺直的新河道，且称之为潼三河。潼三河将灞潼河出潼关的水量直接送进三门峡水库，不与黄河及马雨河的来水在潼关合流下泄。 设计潼三河最大流量为1500立方米/秒，最大流速3米/秒，河道汛期过水断面面积为500平方米。河道底宽55米，水面宽70米，汛期水深8米。潼三河起点的水位在汛期为328米（流量为1500立方米/秒时），终点的水位不高于320米。当潼三河水的流量为1500立方米/秒时，水面纵坡降是万分之1.6，水的流速可达3米/秒。这么高的流速，会迅速席卷河道中的泥沙，河道会迅速下切，如果河底不衬砌，河底将会下切到海拔320米以下。为使潼三河有效的与黄河隔离，设计潼三大堤堤顶高为331-330米，选择合适的路线，大堤只需堆高4米，堤顶宽按10米计算，大堤约有土方量280万立方米，约需费用0.14亿元。大堤北坡平均宽度（堤顶至河底）为12米，南坡平均宽度为20米。潼三大堤和河底全部衬砌，每米河道衬砌面积为108米。衬砌按每平方米50元计算，50公里的衬砌费用是2.7亿元。在汛期，三门峡水库以320米水位蓄水时，潼三河的水可以直冲入库，由于流速大，在入库的口门正向不会产生淤积，这在黄河、钱塘江和长江口都有实证。如果能形成异重流，泥沙可以直抵大坝，发电的同时排出或直接通过排沙孔排出。在非汛期，三门峡水库以330米水位蓄水时，库尾将达到华县。由于非汛期灞潼河的水量小，流速慢，泥沙会有一定的淤积。但非汛期总含沙量少，淤积量不多，在汛期可以很快冲光。在小水年的汛期，可以将部分渭河的水放入灞潼河，以增加灞潼河及潼三河的冲沙能力。三、三门峡水库汛期发电淤积问题的解决办法 三门峡水库汛期发电，如不采取一定的措施，洪水夹带的大量泥沙，将会使库区迅速淤积，这个问题采用河库分离的方法解决。从库尾高程320米处到水库大坝，纵向建一条大坝，该大坝与黄河北岸形成一条新河道，且称该河道为浑水河。浑水河的终点设置沉淀池，沉淀池的下面是大坝排沙孔。黄河及潼三河的含高泥沙的水流通过浑水河到达库前，既可以直接发电下排，又可以沉淀变清后入库，沉淀的泥沙从排沙孔排出。这样，三门峡水库的库尾就不会淤积，而库前淤积很容易排掉。四、三门峡水库的未来分析由于黄河花园口以下将来可以用从长江三峡水库调来的水，水量充足。所以，黄河下游不再需要黄河上中游下泄水量，黄河上中游的水将可以留在上中游地区使用，黄河上中游将基本不向下游下泄水量。将来，在黄河万家寨水库以下再建天桥、碛口、古贤、禹门口四个大水库后，可以确保黄河在汛期无洪水下泄。渭河再增建一批大中型水库后，汛期的洪水也将大幅减少。三门峡水库汛期蓄水量将十分有限。非汛期水量会有所增加，但增加量不会很大。三门峡水库即便采用高水位发电，其发电量也相当有限。将来，黄河上中游不下泄水量，渭河、黄河汛期的水量也不大，所以，三门峡水库的库容可以减小，大部分库容可以淤填成陆，开发成耕地，让建水库搬走的移民返回。那时，三门峡水库就不再需要排浑蓄清，可以全年以高水位发电，任水库淤填，不必考虑排沙问题。然而，三门峡水库不会被全部淤填，达到冲淤平衡，就不会再淤积，库区将会保留约20公里长。三门峡水库及其电站将会长期存在下去。五、结论综上所述，建三门峡水库给渭河流域带来了灾难，而解决渭河流域的洪涝灾害工程的费用只需5.44亿元或16.84亿元。如果四十年前就采用这些方法，渭河流域就不会受到那么多的洪涝淹没损失。而三门峡水库40年前如果就实现汛期以高水位发电，可以多收入120 多亿元。建三门峡水库并不错，错就错在后续措施跟不上。现在即便三门峡水库全年敞泄，潼关的高程及渭河河道的高程也是无法自然降低的，所以这些后续措施的工程还是要做，做这些工程并不晚，越早做越好。而做这些工程有很好的经济效益，利国利民，何乐而不为呢？主要参考文献：赵克玉.三门峡水库运用方式对潼关高程的影响.西北水资源与水工程，2001(1):32-36.李文学等4人.潼关高程变化及其对渭河下游淤积的影响.泥沙研究，2003(3):24-29周文浩等3人.潼关高程及遏制渭河下游淤积的对策.泥沙研究，2001(3):1-9周建军等2人.对潼关高程问题的认识.中国水利，2003(6):47—49，44姚文广.渭河流域综合治理迫在眉睫.水利水电技术，1994(6):45--47林玲侠.渭河下游防洪体系及防洪工程建设.地下水，2001(3):155-157张翠萍等5人.渭河下游防洪形势分析及对策.人民黄河，2003(1):20-21