摘要：作者对潼关高程从三门峡水库“蓄清排浑"运用以来的变化进行了分析，指出潼关高程近年来不断上升的主要原因是由于汛期来水量大幅度减少所致。要控制和降低潼关高程，必须调整三门峡水库的运用方式来适应新的来水来沙条件。建议非汛期最高运用水位控制在316～318m，汛期敞泄排沙流量减小到1 000～1 500m3/s，桃汛起调水位313m，6月上旬运用水位降至310m。
关键词：潼关高程；三门峡水库；泥沙淤积
前言
三门峡水利枢纽是黄河干流上兴建的第一座以防洪为主的综合性大型水利工程，1960年9月开始蓄水运用，分别控制黄河总来水、来沙量的89%和98%。潼关位于黄河三门峡水库大坝上游113.5km处，黄河与渭河在其上邻交汇。潼关高程（潼关（六）断面1 000m3/s流量时水位）的变化对黄河小北干流和渭河下游河道纵剖面的调整 和冲淤起着重要作用，特别对渭河下游防洪的影响较大。因此，潼关高程一直是三门峡水库运用中令人关注的一个问题[1～3]。三门峡水库投入运用后，由于库区泥沙淤积严重，潼关高程快速上升。1962年3月潼关高程达到328.07m，较蓄水前抬高了4.67m。为解决淤积及潼关高程问题，三门峡水库经历了蓄水拦沙、滞洪排沙和蓄清排浑三个运用阶段，并进行了两次改建，使淤积问题在一定程度上得到了解决。1973年汛末潼关高程降至326.64m。
1 “蓄清排浑”运用后库区冲淤和潼关高程变化
三门峡水库从1973年11月开始以“蓄清排浑"方式控制运用，非汛期抬高运用水位进行防凌、春灌和发电，汛期降低运用水位进行排沙。潼关以下库区表现为非汛期淤积、汛期冲刷，潼关高程也具有非汛期抬升、汛期下降的规律［4］。
1973年11月～1985年10月，潼关以下库区仅淤积泥沙0.59亿m3，年均淤积0.05亿m3，冲淤基本平衡；1985年10月～2000年10月，潼关以下库区共淤积泥沙2.40亿m3，年均淤积0.16亿m3，淤积显著。
潼关高程1974～1985年经历了一个先上升后下降的变化过程，至1985年汛末为326.64m，与1973年汛末相同。1986～1995年阶段，除1992年有较大下降外，潼关高程基本呈持续抬升状态，1995年汛末为328.28m。1996～2000年潼关高程基本保持稳定，2000年汛末为328.33m 。
2 水库运用对潼关高程的影响
三门峡水库“蓄清排浑"运用以后，非汛期运用水位的高低对潼关高程非汛期的上升幅度有着较大的影响，同时，汛期控制运用水位对全年库区的冲淤平衡也起着一定的作用。
由图1可见，在一定范围内，非汛期最高控制水位越高、高水位运用时间越长，潼关高程的上升幅度越大。表1表明, 超过322m水位运用的时间越长，库区淤积部位越偏上，潼关高程的上升幅度越大。1980年以来，非汛期最高运用水位不断下调，高水位持续时间缩短，潼关高程上升幅度不断减小。1974～1979年非汛期潼关高程平均上升0.70m，1980～1985年平均上升0.40m，1986～1995年平均上升0.37m，1996～2000年平均上升0.27m。显然，随着水库非汛期运用方式的不断改善，其对潼关高程的影响越来越小。近年来，潼关高程非汛期的上升值已接近建库前的平均水平［5］，表明水库在非汛期对潼关高程的直接影响已很小。
研究表明，潼关高程非汛期的上升幅度与潼土古河段的淤积密切相关［6］，因而应当关注非汛期水库运用对潼土古河段的淤积作用。图2为非汛期始末潼土古水位差变化过程（11月1日～10日潼土古水位差平均值减去次年6月5日～15日潼土古水位差平均值），在一定程度上可以反映水库非汛期运用对潼土古河段淤积的影响。由图可见，80年代中期以来，非汛期始末潼土古水位差的差值较前段有很大减小，有些年甚至接近于0，说明水库对潼土古河段的淤积作用已大大减轻；但同时也可以看出,近年来溯源淤积的影响仍然存在,表明水库非汛期运用水位仍然偏高。
从非汛期泥沙的纵向淤积分布（图3）来看，尽管淤积重心在向下移，但尾端的不均匀淤积仍可发展到黄淤38断面，也说明潼土古河段非汛期在近年水库运用的条件下还没有完全脱离了水库溯源淤积的影响。
3 来水来沙对潼关高程的影响
潼关高程与潼关站的年来水量关系密切，遇连续丰水年，潼关高程呈下降趋势；遇连续枯水年，潼关高程则呈上升趋势（图4）。 汛期来水量大小对潼关高程的影响尤其明显，由图5可见，汛期水量越大，潼关高程的下降幅度也越大。从统计资料来看，当汛期水量为100亿m3左右时，潼关高程大致平衡；水量每增加100亿m3，潼关高程可多冲刷下降0.2～0.6m左右。1992年由于渭河发生高含沙洪水，潼关河床发生剧烈冲刷。
汛期潼关高程的下降又主要取决于洪水期潼关高程变化。由表2可知，洪水期潼关高程的冲刷幅度均大于整个汛期的下降幅度。
1986年以来，潼关站汛期来水量大幅度减少，洪水发生频率降低，大流量时间缩短，平水期增加，回淤量加大，因而汛期潼关高程下降值减小。1974～1985年潼关高程汛期下降值平均达0.55m；1986～2000年，潼关高程汛期平均下降值减小到0.22m。
4 调整三门峡水库运用方式
三门峡水库非汛期淤积的泥沙和汛期的来沙主要靠汛期降低水位和洪水的动力排出库外，黄河来沙集中的特性和过去的运用经验都表明“蓄清排浑"的运用方式对三门峡水库是合适的。但水库能否达到年内冲淤平衡则要看汛期的来水来沙条件和三门峡水库运用方式之间的适应程度。
1974～1985年三门峡水库非汛期运用水位较高，非汛期潼关高程上升幅度较大，但由于汛期来水较丰，潼关高程冲刷幅度较大，因而此阶段潼关高程仍然能够保持相对稳定。1986年以来，虽然非汛期最高运用水位有较大降低，潼关高程上升幅度减小，但由于汛期来水量大大减少，潼关高程在汛期的冲刷下降不足以平衡非汛期的淤积抬升，因而潼关高程呈上升趋势。显然，汛期水动力条件减弱是造成潼关高程上升的主要原因。同时也说明，目前三门峡水库的运用方式已不能适应改变了的来水来沙条件。
小浪底水库投入运用后，三门峡水库依然承担有防洪、防凌任务，但其运用机率大大降低，而春灌任务可全部由小浪底水库承担。因此，三门峡水库运用方式有条件围绕着解决潼关高程问题进行适当调整。
土古土夺站直接受回水影响的库水位约为320m［6］。当水库回水超过土古土夺以后，潼土古河段就会直接产生淤积，从而增加潼关高程在非汛期的自然上升幅度。所以，三门峡水库非汛期最高运用水位不应超过320m。但由于320m水位回水末端即在土古土夺附近，如按320m进行控制，溯源淤积仍会超过土古土夺，当汛期又冲刷不利时，部分淤积的泥沙就会滞留下来而产生累积性淤积，潼关高程仍可能受到影响。近几年水库的最高运用水位实际上基本是按320m控制的，但非汛期潼土古河段因水库运用造成的淤积仍然存在，而且达不到年内冲淤平衡。所以，依据目前汛期的水力条件，最高运用水位应降低到316～318m，从而将由于水库运用所造成的溯源淤积限制在土古土夺以下。2002年11月～2003年6月非汛期三门峡水库最高运用水位已经按318m控制，由图6淤积分布可见，水库淤积重心前移至黄淤22断面附近，潼土古河段的淤积已明显不受水库的影响。
大禹渡站直接受回水影响的库水位约为315m［6］。根据研究结果，汛期溯源冲刷的范围一般可以发展到大禹渡附近，当平均流量大于1 500m3/s时，溯源冲刷可以发展到土古土夺断面［7］。因而，对于大禹渡～土古土夺河段的淤积，是可以通过溯源冲刷和沿程冲刷的衔接将泥沙冲刷出库的。
汛期水库的冲刷状况决定着水库全年的冲淤平衡，因此，对三门峡水库运用方式的调整只着眼于非汛期是不够的。如果把降低潼关高程作为当前的目标，则更必须充分利用汛期的洪水冲刷作用和降低基面所带来的溯源冲刷效应。
“蓄清排浑"运用以后至80年代末，三门峡水库汛期平水时按305m控制运用，当洪水流量大于3 000m3/s时进行敞泄排沙。90年代以后，汛期平水时仍按305m控制运用，敞泄排沙流量减为2 500m3/s。近年来，洪水发生的次数和持续时间减少，库区冲刷力度减弱，水库敞泄的时间也大大减少。由表3可见，大于流量2 500m3/s的洪水，在1974～1985年期间年均发生5～6次，天数占汛期的34%；1986～1995年期间，年均发生2～3次，天数占汛期的9. 3%；到1996～2002年，年均减少到发生1～2次，天数仅占汛期的0.8%。显然，除了洪水减少使水库得不到有效冲刷以外，敞泄排沙时间的大大缩短也不利于库区的冲刷。
汛期潼关站平均流量1974～1985年为2 220m3/s，1986～1996年减小到了1 240m3/s，19 96～2000年仅为751m3/s。90年代前1 000m3/s的流量只是基流，而当前已成为洪水。由表3可见，1996～2000年汛期大于1 000m3/s流量的天数甚至少于1974～1985年大于2 500m3/s流量的天数。因此，三门峡水库汛期的运用方式应当随着对洪水的重新界定而进行调整。在目前汛期来水情况下，应当将敞泄排沙流量由2 500m3/s减小为1 000～1 500m3/s，这样既可以充分利用洪水的冲刷作用，又可以通过降低控制基面来增加溯源冲刷的效果。根据对以往各级流量排沙效果的统计，1 000～2 000m3/s这一级流量在主汛期的排沙比可以超过130%［8］。因此，1 000～2 000m3/s这一级流量是有冲刷能力的，而且可以预见，降低敞泄排沙流量后，排沙比将会更大，这将有助于改善目前库区年内冲淤不平衡的状态。
桃汛洪水流量较大，含沙量较小，对潼关高程有较明显的冲刷作用。在汛期洪水不断减少的情况下，应充分利用桃汛洪水对潼关高程的冲刷作用。桃汛前水库的起调水位对洪水的冲刷作用影响很大，由图7可见，如果桃汛起调水位能控制在313～314m，则洪水对潼关高程冲刷力度是较大的。
另外，6月份渭河经常发生高含沙小洪水，且近年来有增多的趋势。高含沙小洪水易造成淤积，对潼关高程往往不利，如果此时水库运用水位较高，则淤积部位靠上，对汛期的冲刷会产生较大影响。因此，6月上旬时就应将运用水位降至310m。
需要指出的是，在目前的来水来沙条件下，单靠调整三门峡水库运用方式是不能完全解决潼关高程问题的，还必须采取其它工程措施。
5 结论
1986年以来，潼关高程不断上升的主要原因是由于汛期来水量大幅度减少而使得冲刷能力减弱，因此必须调整三门峡水库的运用方式来适应新的来水来沙条件。非汛期最高运用水位应控制在316～318m。汛期敞泄排沙流量应由2 500m3/s减小到1 000～1 500m3/s。桃汛起调水位313m。6月上旬运用水位降至310m。
参考文献：
[1] 郭庆超, 何明民, 韩其为. 三门峡水库（潼关至大坝）泥沙冲淤规律分析［J］.泥沙研究, 1995, (1):48-58.
[2］曹如轩, 雷福州之, 冯普林, 等. 三门峡水库淤积上延机理的研究［J］.泥沙研究, 2001, (2):37-40.
[3］ 钱意颖, 程秀文, 曲少军, 等.2001年，近期三门峡水库运用的几个问题讨论［J］.泥沙研究，2001, (2):41-44.
[4］姜乃迁，侯素珍，李文学，等. 来水来沙对潼关高程的影响［J］.泥沙研究，2001,(2):45-48.
[5］程龙渊，刘拴明，肖俊发，等. 三门峡水库水文泥沙实验研究［M］.黄河人民出版社，1999.9.
[6］黄河水利科学研究院.潼关河段清淤关键技术研究［R］，2001.10.
[7］侯素珍，焦恩泽，姜乃迁，等.潼关以下黄河三门峡库区汛期冲刷规律分析［J］.泥沙研究，2002,(3):9-13.
[8］黄河水利科学研究院.小浪底水库初期运用条件下三门峡水库运用方式研究［R］.2002.11.
作者简介：姜乃迁（1957-），男，余姚人，黄科院高工，主要从事黄河泥沙研究。
作者单位：黄委会黄河水利科学研究院
[责任编辑:net_studio]
