大壩認知 | 小浪底:平湖出激浪,千里無(wú)漫灘
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說(shuō)到黃河上的調水調沙,不得不提到小浪底水庫;而要了解小浪底水庫,首先要了解黃河。
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性情多變的母親河
黃河是僅次于長(cháng)江的中國第二大河,全長(cháng)5464千米,流域面積75萬(wàn)多平方千米。它發(fā)源于青藏高原巴顏喀拉山北麓海拔4500米的約古宗列盆地,流經(jīng)青海、四川、甘肅、寧夏、內蒙古、山西、陜西、河南、山東九個(gè)省、自治區,最后注入渤海。黃河一路走來(lái),孕育了悠久燦爛的區域民族文化,是華夏民族的發(fā)祥地。不過(guò),黃河的性格是多變的,在養育中華兒女的同時(shí),她也時(shí)常肆意改道、決口,吞噬村莊,淹沒(méi)莊稼。
黃河干流主要水利樞紐分布
資料提供/藺生睿 繪圖/李雨瀟
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黃河的中游為黃土臺塬區,因長(cháng)期干旱,地表植被稀疏,抗雨水侵蝕能力差。夏季暴雨洪水沖刷,將大量裸露的表層黃土裹夾進(jìn)河里。到了下游,黃河河道寬淺、流速減緩,進(jìn)而導致水流挾沙能力減低,部分粗顆粒泥沙沉淀下來(lái),造成河道逐年淤積,形成了河床遠高于堤外地面的“懸河”,同時(shí)由于河床乃至大部分堤防由松軟的泥沙構成,難以約束兇猛咆哮的洪水,導致歷史上的黃河下游決口、改道頻仍,每次決口都會(huì )造成“水漫金山、赤地千里”的曠世災難。
穿越黃土高原的黃河
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上古大禹治水,劈三門(mén),疏河道,引水東流入海。大禹因此被載入史冊,傳說(shuō)小浪底村也因“夜失丹陽(yáng)”獲得大禹賜名的殊榮,被譽(yù)為舍小家顧大家之典范。但幾千年過(guò)去了,黃河依舊水患頻出。歷代治水名家一直在努力,但是收效甚微。新中國成立以來(lái),為了根治歷史上黃河下游頻繁決口的這一“痼疾”,不但加高加寬了黃河大堤,也先后建成了龍羊峽、劉家峽、萬(wàn)家寨、三門(mén)峽等大型水庫。2001年建成的小浪底水庫更是把黃河下游防洪標準提高到了千年一遇。
泄洪中的小浪底水利樞紐工程
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小浪底工程的前世與今生
小浪底水庫的構想早在二十世紀三十年代便被提出。當時(shí)有水利專(zhuān)家提出在黃河上修建大壩來(lái)為黃河蛟龍戴上鎖鏈,其中三處壩址是三門(mén)峽、大龍門(mén)和小浪底。但因當時(shí)戰亂頻繁,時(shí)局動(dòng)蕩,這種構想只能是空想。
新中國成立后,在1955 年 7 月召開(kāi)的第一屆全國人民大表大會(huì )二次會(huì )議上,時(shí)任國務(wù)院副總理鄧子恢作了“關(guān)于根治黃河水害和開(kāi)發(fā)黃河水利的綜合規劃的報告”,其中治理黃河水沙的一攬子工程項目中就包括三門(mén)峽水利工程和小浪底水利樞紐工程。
“萬(wàn)里黃河第一壩”三門(mén)峽工程
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1957 年 4 月13 日,三門(mén)峽水利樞紐工程開(kāi)工興建。它是在黃河干流上興建的第一座以防洪為主、綜合利用的大型水利樞紐工程。1960 年 9 月,工程基本完工。但是伊洛河、沁河等黃河支流的防洪問(wèn)題依舊沒(méi)有解決。小浪底水利樞紐工程的建設迫在眉睫。
1954 年秋,黃河水利委員會(huì )地質(zhì)勘探隊 500 余人陸續進(jìn)駐小浪底,開(kāi)始對黃河小浪底區域進(jìn)行長(cháng)期詳細的勘察鉆探工作。隨后,黃河水利委員會(huì )地質(zhì)隊、山地隊、物探隊、測繪隊次第進(jìn)駐。黃河水利委員會(huì )寶山水文站也搬遷至小浪底村,旨在掌握黃河小浪底的第一手水文資料。1991 年 4 月 9 日,小浪底水利樞紐工程正式列入國家計劃,確定“八五”期間開(kāi)工修建。1994 年 9 月 12 日,時(shí)任國務(wù)院總理李鵬莊嚴宣布:“黃河小浪底水利樞紐工程開(kāi)工!”小浪底工程進(jìn)入了長(cháng)達11年的建設期。其后的1997年 10 月 28 日,黃河截流成功;2000 年 1 月 9 日,首臺機組發(fā)電;2001年12月,工程全部竣工。2007 年 4 月 7 日,小浪底水利樞紐工程順利通過(guò)國家的全面竣工驗收。
小浪底水庫俯瞰
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小浪底工程與國際慣例接軌,全面實(shí)行了項目法人責任制、招標投標制、建設監理制和合同管理制,4 個(gè)國家的 14 個(gè)公司和建設單位組成的 3 個(gè)國際聯(lián)營(yíng)體中標承建大壩工程、泄洪系統工程和引水發(fā)電系統三個(gè)土建工程,引入了國外的資金、技術(shù)、人才和先進(jìn)的管理經(jīng)驗,形成了具有中國特色的國際工程管理模式。
小浪底工程攔河大壩采用斜心墻堆石壩,設計最大壩高 154 米,壩頂長(cháng)度為 1667 米,壩頂寬度 15 米,壩底最大寬度 864 米。壩體啟、填筑量 51.85 萬(wàn)立方米、基礎混凝土防滲墻厚1.2米、深 80 米。其填筑量和混凝土防滲墻均為國內之最。小浪底水利樞紐戰略地位重要,工程規模宏大,地質(zhì)條件復雜,水沙條件特殊,運用要求嚴格,被中外水利專(zhuān)家稱(chēng)為世界上最復雜的水利工程之一。
小浪底水庫的斜心墻堆石壩模型
攝影 王立力/Fotoe
小浪底水庫兩岸分別為秦嶺山系的崤山、韶山和邙山;中條山系、太行山系的王屋山。它的建成可有效地控制黃河洪水,可使黃河下游花園口的防洪標準由六十年一遇提高到千年一遇,基本解除黃河下游凌汛的威脅,減緩下游河道的淤積,小浪底水庫還可以長(cháng)期有效庫容調節非汛期徑流,增加水量用于城市及工業(yè)供水、灌溉和發(fā)電。它處在承上啟下控制下游水沙的關(guān)鍵部位,控制黃河輸沙量的100%。
太行山脈秋意正濃
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小浪底工程的調水調沙實(shí)踐
為了確保小浪底水庫有更多的防洪庫容,每年汛前,“黃河防總”會(huì )下令水庫提前排放大量前期蓄滯的庫水。
為了使這些排出的水流能發(fā)揮更大的作用,黃河水利委員會(huì )組織黃河水科院、設計院、河務(wù)局、水文局等有關(guān)部門(mén)的專(zhuān)家,經(jīng)過(guò)黃河模型的試驗論證研究制定出了一整套治黃實(shí)踐方案,名曰:調水調沙。意在利用有限的水資源,把三門(mén)峽水庫淤積的泥沙盡可能地輸送到渤海。
自2002年6月開(kāi)始,在三門(mén)峽水庫上游沖沙擾沙(意在降低“潼關(guān)高程”——指黃河潼關(guān)水文站6號斷面洪水流量在1000 立方米每秒時(shí)的相應水位,其變化揭示渭河下游河道淤積狀況),經(jīng)三門(mén)峽水庫排沙洞排出,利用小浪底水庫“異重流”(不同比重的水體,在基本恒定均勻的流體里分層流動(dòng),從“潛入點(diǎn)”開(kāi)始,庫水變成上清下渾,渾水在水體中間流動(dòng))原理,排出小浪底水庫。
異重流示意圖
圖片來(lái)源:黃河水利委員會(huì )水文水資源局
2018至2021年,黃河決策者采用汛前騰空小浪底水庫的大膽嘗試(前提是確保汛后有足夠的水量,提供水庫抗旱防下游斷流的功能,這需要精確的中長(cháng)期預報做支持),利用萬(wàn)家寨、三門(mén)峽水庫聯(lián)合調度和中游產(chǎn)生的洪水,沖刷三門(mén)峽水庫和小浪底水庫前期淤積的泥沙。這期間,筆者均在小浪底水文站,親眼目睹了水文站監測到的最大含沙量,從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,水庫沖刷效果非常明顯。
小浪底水庫調水調沙,庫區水位下降時(shí)細流形成的圖案
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為了防止排出的泥沙淤積在下游河道里,后期還要利用三門(mén)峽、小浪底、陸渾、故縣四座水庫聯(lián)合調度,輸出大量清水沖刷下游河道,保證下游河道的行洪能力。2020年6月28日,黃河防總為驗證黃河下游主槽實(shí)際過(guò)水能力,將小浪底水庫最大下泄流量調整到5680立方米每秒,7月1日,下游艾山卡口的流量達到4800立方米每秒,但下游全程沒(méi)有一處漫灘。
據統計,截至2020年汛前,經(jīng)過(guò)近20年的調水調沙,黃河下游河底平均沖刷深度達到1-2米,增加主河槽過(guò)水能力200立方米每秒左右。這樣的成績(jì)是可喜的。
小浪底水庫,漁舟唱晚
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近二十年過(guò)去了,小浪底水利樞紐除了發(fā)揮防洪、防凌、減淤、供水、灌溉和發(fā)電等作用外,庫區也已經(jīng)打造成了風(fēng)景秀麗、文化厚重的國家 4A級旅游景區,河南省十大旅游熱點(diǎn)景區,更被譽(yù)為“北方小千島湖”。國內外游客得以飽覽小浪底水利樞紐工程帶來(lái)的視覺(jué)盛宴。
來(lái)源:三峽小微
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