International Network on Erosion and Sedimentation 

三门峡潼关高程可能降低的幅度研究[1]

周建军1   林秉南2

（1. 清华大学水利系，北京100084，2. 中国水科院，国际泥沙研究中心，北京100044）

摘要：本文根据三门峡水库长期运行和水库冲淤的资料对潼关高程可以降低的幅度进行了分析。若现在起完全敞泄三门峡水库，在较枯的水沙条件下（如1986-1993年系列），可以将潼关高程降低到326m附近；在近年极枯的水沙条件下（1994-1999年），将潼关高程降低到327m以下也是可能的。所以，小浪底水库建成后，放弃三门峡水库发电等任务就可以降低潼关高程，一定程度上消除三门峡水库长期以来对于渭河造成的不利影响,为渭河流域的持续发展创造条件。

关键词：三门峡水库，潼关高程，泥沙淤积，可能性，生态恢复。

中图分类号          文献标示码：

1  前言

    三门峡水库从1960年蓄水后，由于水库泥沙淤积,导致渭、洛河出口的潼关断面水位大幅度抬高，潼关1000m³/s流量水位（称潼关高程）较建库前抬高约5米。由于潼关断面是渭河的侵蚀基准面，所以，潼关抬高导致渭、洛河下游发生严重溯源淤积，河床抬高，河流功能受到严重损害。

    三门峡水库对渭河下游的影响是不可否认的事实。然而，随着黄河上游建库和水资源的扩大利用，黄河和渭河水量减少又加重了渭河下游的泥沙灾害。特别是进入90年代以来，持续水量锐减，使渭河下游河道持续萎缩，防洪形势更加严峻。

    2000年投入运行的小浪底工程为降低潼关高程提供了机遇。现在，三门峡水库在防洪、防凌、蓄水灌溉和下游河道减淤等方面的作用将主要由小浪底工程承担^[1]。钱正英副主席率领中国工程院西北水资源项目组在“关于渭河流域综合治理问题的调研报告”中建议“抓住小浪底水库建成的有利时机，下决心消除长期以来三门峡工程对渭河下游的不利影响”A。但是，降低潼关高程首先需要冲刷水库，在短期内需增加下泄泥沙量。在没有小浪底水库或当小浪底水库的拦沙库容大量消耗之后，三门峡大量排泄泥沙将对黄河下游会造成严重的淤积，是不可行的。只有在目前小浪底水库尚有较大拦沙库容的时机，利用其本来就会淤积占用的拦沙库容来消化三门峡水库冲刷排泄的粗沙是合理的。所以，应当抓住当前难得的机会。

    冲刷水库，需要三门峡电厂进一步减少或放弃发电效益，这涉及各个方面的利益，是非常复杂的问题。需要从大局出发，综合平衡三门峡电厂收益、渭河与小北干流综合治理支出，以及三门峡电厂职工就业、库区移民和周围群众生活以及生命财产安全等多方面的矛盾加以解决。而近年来入库水量减少为潼关高程降低也带来一定的困难。减少或放弃发电是否可以降低潼关高程成为问题的核心和焦点。作者在文献[2，3，4]中，已经分别从水沙变化、历史条件和水库运行的角度对于能否降低潼关高程进行了分析和研究。本文拟从多种方式出发，对潼关高程可以降低的饿幅度进行研究，讨论在现有水沙条件下，降低潼关高程的可能性。

2  入库水沙条件变化

    近年来入库水量大量减少，特别是汛期水量减少，对降低潼关高程带来了相当大的困难。但是，同时需要注意到，入库泥沙数量、粒径以及淤积物的粒径也大量减小^[2]。

在过去40年的时间里，三门峡入库水量和洪水都有较大程度的减小。1969年刘家峡水库投入前，入库水量较多。1961-1968年平均年水量是491亿立方米，其中汛期291亿立方米；1969年以后，入库水量明显减少，69-85年，年入库水量减小到373亿立方米，其中汛期209亿立方米。1986年龙羊峡水库蓄水后，除年水量减小外，三门峡汛期入库水量减少更加明显，1986-1993年，平均年入库水量减少到291亿立方米，而汛期水量减小到134亿立方米；1994-99年入库水量减少到236亿立方米，汛期减小为109亿立方米。

相应于水量变化，入库沙量的减少也非常明显。对应于刘家峡和龙羊峡投入时间统计，1961-1968年，平均年入库沙量为15.3亿吨，1969-1985年为11.23亿吨, 1986-1999年减少到7.86亿吨。

从水沙减少的比例看，1986年以后年水量只有60年代的54%，而年沙量减少到60年代的51.3%。水沙减少的比例大致相当，减沙比例略大于减水比例。

还应该注意到，在这一过程中，进入三门峡水库的泥沙粒径明显变细。根据各年入库水量沙量和月平均粒径级配资料，计算出各年平均入库泥沙粒径情况（图1）看，进入80年代以来，平均粒径已经减小到0.03毫米。而60和70年代，入库泥沙平均粒径一般粗于0.04毫米。

图1  潼关入库泥沙平均粒径变化（平均粒径=（å月平均粒径·月输沙量）/全年沙量）

Fig.1 Fining trend of suspended sediment particles

库区河床淤积物粒径也有较大细化。目前（1987-1995年）和60年代后期、70年代初期相比，各个河段细于0.05mm的床沙比例增加了大约1倍；现在淤积物D₅₀都已经远小于0.05毫米，近70%的床沙细于0.05毫米，比60和70年代绝对增加30%。

入库泥沙平均粒径减少1/4，颗粒沉降速度将减少约44%，同流量水流挟沙能力可提高55%。在相同水力条件下，单位水量增加很大的输沙能力。同时，库区淤积物的平均干容重也有较大幅度减小。1986年以后，库区淤积物平均干容重只有1.37吨/立方米，而1973年以前为1.49吨/立方米。

库区淤积物粒径减小表明，现在水库淤积泥沙的粒径范围在增大。除水量减少原因外，库区河槽比降变缓是重要的原因。现在，库区平均坡降已经减小到2⁰/₀₀₀，潼关到古夺段的坡降只有1.9⁰/₀₀₀^[2]。

1986年以后，床沙细化、干容重减少同时也表明，淤积物的密实程度不会比70年代初更大。

上述条件都有助于增加水流挟沙能力，有利于冲刷。这些条件对目前水量相对较小条件下，降低坝前水位冲刷水库、降低潼关高程是有利的。

3  目前条件下，潼关高程可能降低的幅度

    下面根据三门峡水库的实际资料，从水沙条件类比、冲刷能量近似方法等方面对与目前情况下潼关高程可以降低的幅度进行研究。

3.1根据历史资料类比

在潼关高程实际升降过程^[4]中，1969-1973年水沙条件并不好。然而，由于水库较大幅度的敞泄运行，潼关高程从328.65米降低到326.6米，降低幅度达到2米。在现在水沙条件下，如果水库完全敞泄，潼关降低的幅度可以和当时的条件类比，看是否还可重演当时的过程。

水库全年敞泄，使全年水量都和低坝前水位组合、发挥冲沙作用。从这个意义上讲，冲沙水量可以大大增加。1986-1993年的入库水量和1969-1973年相当^[2]。根据黄委会的研究B，1986-1993年水沙系列较枯，基本上代表了近期三门峡入库水沙情况。所以，可以以1986-1993年和1969-1973年水沙条件比较，加上水库完全敞泄的条件，看潼关高程可以降低多少。

表1是1986-1993和1969-1973年水量比较。1986-1993总水量和汛期水量略少于后者。但是，1969-1973年汛期较大流量下的水量并不比1986-1993年大。而且，由于1969-1973年泄流规模较小，汛期滞洪，非汛期坝前水位较高，真正发挥冲沙作用的水量（比如坝前水位低于310米的水量）小于1986-1993年。从这个意义上讲，如果1986-1993年完全敞泄，有效冲沙水量甚至大于1969-1973年。进一步计算表明，1969-1973年的平均有效冲沙水量只略大于最枯的1989-1999年☼¹。

表1  1969-73与1986-93水量及其分布比较（单位：亿立方米）

Table 1 Comparison of annual runoff and its distribution between 1968-1973 and 1986-1993

表2 1969-73年与1986-93年入库泥沙条件综合比较

Table 2 Comparison of annual sediment load and its distribution between 1968-1973 and 1986-1993

入库沙量和各级流量泥沙浓度分布见表2。分布于各级流量的输沙量和泥沙浓度及其全年平均值比较，1986-93年都只是1969-73年的50-60%。

尽管1969-73年坝前水位已经很低，但是，毕竟没有完全敞泄。按1986-93年的水流条件，在完全敞泄条件下，汛期水位还可较当时多降低10米以上（表3）。这样，三门峡库区河床可以在当时的基础上再可增加1/4的附加比降。这对增加冲刷非常有利。

表3 1969-73年实际坝前水位和1986-93年按完全敞泄的坝前水位比较

Table 3 Pool levels in 1969-1973 and that anticipated by drawdown for hydro-condition of 1986-1993

综合而言，1986-93年和1969-73年比较，来水条件相当，来沙条件和库区水位条件更有利于冲刷水库。

1969-73年与1986-93年水库冲刷和降低潼关高程条件综合比较见表4。目前，如果通过全年敞泄来降低潼关高程，三门峡能提供的条件都较1969-73年更好或者相当。现在三门峡大坝的泄流规模较1969-73更大。1969-71年305米水位的泄流能力只有1854立方米每秒☼²；1972年10月汛期开始，同水位泄流能力才增加到4611立方米每秒。而现在，按已有的规模305米以下的泄量就达到5502立方米每秒。汛期坝前水位和洪水期滞洪水位可以较当时更大地降低。

表4 用1986-93年水沙过程、完全敞泄冲刷水库与1969-73年条件的比较

Table 4 Comparison of conditions between 1986-1993 by fully-drawdown and that in 1969-1973

不但如此，而且由于全年敞泄，非汛期平均水位更可降低到285m以下。在这样的条件下全年总水量都可发挥冲沙的作用。现在水沙条件改变后，非汛期水量占全年的比例大于汛期水量。这时相当于有290亿m³的冲沙水量，其效果当大于1969-73年汛期平均145亿m³的作用。

1969-72年三门峡水库连续部分敞泄4年，1973年汛期敞泄、汛后蓄水位较高（长）；1974年开始发电，坝前水位已经抬高。由图2可见随着当时水位升降，水库冲刷的发展过程。水库下段的深泓高程（靠坝前段）在1973年达到最低，1974年已开始回淤；而上段在1974年才明显降低，再经75、76两年大水冲刷降低到最低。但是，1973年后由于运行水位抬高，到1975年下段已经淤积恢复到接近1969年的水平。1969-73年间，共计降低潼关高程2.01米，潼关以下共冲刷3.7亿立方米，316/320m以下增加库容3.19/3.97亿立方米（表5）^[6]。

图2 三门峡水库69-76年溯源冲刷（淤积）过程中深泓变化

Fig.2 The lowering process of the reservoir thalweg by drawdown erosion in 1969-1970

表4  1969-73年三门峡水库的溯源冲刷效果