黃河三門峽水庫全年以高水位蓄水發(fā)電可行性分析

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摘要：渭河是一個泥沙動態(tài)平衡的河流，三門峽水庫建成后，打破了這個平衡。由于沒有處理好與潼關(guān)的接口問題，造成潼關(guān)處河道升高4米，溯源淤積，使渭河河床抬高，成了地上河，是渭河的洪澇災(zāi)害難以解決的主要原因。實行一些不大的工程，既可以徹底解決渭河的洪澇問題，又可以使三門峽水庫全年以高水位蓄水發(fā)電。工程的費用不多，經(jīng)濟效益很好。
關(guān)鍵詞：黃河 三門峽水庫 渭河 潼關(guān) 主客水分流 切彎取直 束水攻沙

2003年的一場不太大的洪水，造成了渭河流域大面積的洪澇災(zāi)害，損失巨大，由此暴露出渭河的洪澇災(zāi)害問題遠沒有解決。對此，有些專家學(xué)者認為：由于建三門峽水庫，造成潼關(guān)高程升高4米，溯源淤積，使渭河河床抬高，河床過水斷面減小，使渭河成了地上河，造成渭河洪澇災(zāi)害問題無法解決的局面。只有廢掉三門峽水庫，從源頭上解決問題，渭河的洪澇災(zāi)害問題才能解決。這些學(xué)者的看法，無疑是有其一定道理的。但是，我們也應(yīng)看到，面對潼關(guān)上升4米，渭河的泥沙動態(tài)平衡已被打破的現(xiàn)實，如果能有針對性的采用一定的工程，渭河的洪澇災(zāi)害問題并不難解決，而三門峽水庫全年可以以高水位蓄水發(fā)電。

一、三門峽水庫背負責難40年
三門峽水庫于1957年開始建設(shè)，1960年9月建成運用，到1962年3月，潼關(guān)高程抬高4.5米，從1962年3月，水庫運用方式改為滯洪排沙運用，但由于泄流規(guī)模不足，汛期排沙不暢，庫區(qū)繼續(xù)淤積，潼關(guān)高程相應(yīng)抬升，水庫被迫于1964年底至1968年8月進行第一期改建，改建效果不理想，被迫進行第二次改建，1971年底，二期改建完成。由于加大了水庫的泄流規(guī)模，潼關(guān)高程才得以控制。從 1973年 9月，水庫運用方式改為蓄清排渾全年控制運用。全年控制運用期，三門峽水庫非汛期蓄水，汛期低水位運行，大沙期空庫排沙。從1973年以來，潼關(guān)的高程基本處于沖淤平衡狀態(tài)，在327米左右浮動。由于潼關(guān)高程沒有降回到三門峽水庫建庫前的323米高程，致使渭河的洪澇問題一直得不到解決，給陜西省造成了巨大的損失，責任自然歸結(jié)到三門峽水庫。三門峽水庫已背負責難40多年。

二、建三門峽水庫對渭河的影響分析
渭河是一個泥沙動態(tài)平衡的河流，三門峽水庫建成后，打破了這個平衡。由于沒有處理好與潼關(guān)的接口問題，造成潼關(guān)處河道升高4米，溯源淤積，使渭河河床抬高，成了地上河，是渭河的洪澇災(zāi)害難以解決的主要原因。渭河的洪澇災(zāi)害主要發(fā)生在下游，汛期，渭河上中游的洪水下來，一旦排泄不及破堤，就造成洪災(zāi)。而渭河發(fā)生大洪水時水位高，兩岸低洼地區(qū)的水無法匯入渭河，一旦潴留多了，就形成澇災(zāi)。
渭河下游的河道，一方面要承擔上中游下來的洪水，另一方面，又受潼關(guān)處河道的堵滯，同時，下游河道的河型也不好，河道彎曲，河床淺窄，造成排洪不暢。這三方面的原因是造成渭河洪澇災(zāi)害的主要原因。

二、解決渭河洪澇災(zāi)害的方略
針對造成渭河洪澇災(zāi)害的三大原因，采用“主客水分流”的方法解決上中游來的洪水問題。采用“切彎取直”的方法解決渭河下游河道河型不好的問題。采用“束水攻沙”的方法解決潼關(guān)高程升高的問題。采用這三個方法，工程量不大，代價不高。既可以徹底解決渭河的洪澇災(zāi)害問題，又可以實現(xiàn)三門峽水庫在汛期以320米的水位蓄水發(fā)電，在非汛期以330米的水位蓄水發(fā)電。可行性分析如下：
1、主客水分流方法
渭河下游河道的兩岸地面低洼，在汛期，渭河下游接受中游下來的洪水，造成渭河下游河道高水位，這樣下游兩岸低洼區(qū)的水無法匯入高水位的渭河，形成澇災(zāi)。要解決這些低洼區(qū)的自流排水問題，就要求渭河的水位低，必須低。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。如何妥善的解決排洪需要高水位，而排澇需要低水位這一矛盾，成了治渭的一大難題。采用主客水分流的方法，可以解決這個問題。
主客水分流方法是，新開一條河道，將渭河中游下來的客水截走，另外下排。渭河下游的河道將只排泄本地產(chǎn)生的主水，這樣通過渭河下游河道的洪水量就要少的多。水量少，水位就低，從而可以實現(xiàn)以低水位排澇。水位低，自然不存在洪災(zāi)問題。
新河道的路線是：在渭河的涇河口馬東莊子處建壩建閘截斷渭河，將渭河改道，新河道向北偏，路經(jīng)地勢較高的地區(qū)，在雨林村（南）處直接入黃，入黃點在潼關(guān)以北10公里處。且稱這條改道的新河道為渭河馬雨段或稱馬雨河。馬雨河中間經(jīng)新市（西）、相橋（北）、田市鎮(zhèn)（北）、故市鎮(zhèn)（北）、交斜鎮(zhèn)（北）、官池鎮(zhèn)（南）、梁家園（南）、打魚坑等地。馬雨河總長110公里，加上渭河從咸陽到?jīng)芎涌诘?4公里，改道后的渭河從咸陽到黃河長144公里，較原河道長度縮短54公里。假如設(shè)定咸陽處的最高水位為383米，入黃點的最高水位為333米，總落差為50米，全河段平均縱比降為萬分之3.47，這么大的縱比降，水的流速可達每秒5米以上。馬雨河過洪量按每秒4000--7000立方米計算，過水斷面為800--1400平方米，如水深為8米，河岸邊坡為1:1，那么河底寬92--167米，水面寬108--183米，占地面積約2.4萬畝。河道開挖按深9米全開挖計算，開挖斷面平均為1240平方米，土方量約1.36億立方米。開挖馬雨河，約需搬遷2萬人，每人搬遷費1萬元，合計需2億元。新開鑿的馬雨河，有很多優(yōu)越性：
①馬雨河兩岸的地勢較高，所以它可以以高水位排洪，排洪效率高，相對工程量較小，投資較少。
②馬雨河全線基本是地面河，其全線幾乎沒有大堤，所以其全線幾乎沒有防洪任務(wù)，基本不會有洪災(zāi)。同樣，由于其沿線兩岸的地勢高，也不會有澇災(zāi)問題。
③馬雨河由于是新開的河道，比較順直。相對于彎曲的河道，順直的河道對水流的阻力較小，水流的速度較快。同時，河道縮短了，縱比降就增大，水的流速就增加。由于馬雨河河道斷面窄深，河型好，可增加水的流速。下泄一定的洪水，流速快，河道斷面就可以小一點，工程量就可以少一點，投資可以少一些。
④全河段可以平均分配縱比降，相對于現(xiàn)渭河河道越到下游縱坡降越小，馬雨河全線保持較大流速的能力明顯要強的多。
⑤由于馬雨河河道窄短，所以占用土地少，搬遷費用少，移民安置相對容易。如果是將現(xiàn)在的渭河河道拓寬，由于河道彎曲，占用的土地肯定要多一些。
⑥從渭河上中游下來的水量將從馬雨河下泄，這樣渭河下游河段的洪水量將很小，其寬廣的河灘地，將不再用于過水，均可以成為耕地，數(shù)量可觀，價值可觀。
渭河在涇河口處改道后，改道點以下的現(xiàn)渭河河道從北田鎮(zhèn)處向灞河西堡村處開一條河道，連接灞河，灞河不再入渭河。且稱從西堡村到潼關(guān)的河道為西潼河。灞河和西潼河連接成一條新河，且稱之為為灞潼河，灞潼河所涉及的來水區(qū)域?qū)⒑苄?，洪水將不多，排洪壓力不大。由于洪水量小，水位將比較低，灞潼河兩岸低洼區(qū)的水可以自流進入灞潼河，澇災(zāi)問題由此獲得解決。由于水位低，洪災(zāi)自然也就不存在了。
2、將渭河下游河道切彎取直
渭河下游從涇河口處改道，通過馬雨河直接入黃，已經(jīng)實現(xiàn)了切彎取直。灞潼河雖然排洪量很小，不切彎取直也不會發(fā)生洪災(zāi)，但是，一些低洼區(qū)產(chǎn)生澇災(zāi)的可能性肯定是存在的，為了可靠的解決澇災(zāi)問題，這段河道應(yīng)該切彎取直。切彎取直，將使河道變短變窄，從而可以新產(chǎn)生出大量的土地，付出一定的工程費用非常值得。切彎取直后，從灞潼河西堡村處到潼關(guān)，河道長約127.5公里。假如這段河道流量按最大1500立方米/秒計算，最大流速按3.5米/秒計算，那么河道水面寬為62米，堤距64米，河底寬48米，水深8米，河深9米。灞潼河在西堡村、臨潼、謂南、華縣、華陰、潼關(guān)各處的河床高程分別是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，西安的排水問題獲得徹底的解決。灞潼河是地面河，基本不需要大堤。由于流域內(nèi)地勢低洼的地區(qū)不多，這些低洼區(qū)可設(shè)法引淤抬高，所以流域內(nèi)的澇災(zāi)問題可獲得徹底解決。參看下附的馬雨河和西潼河路線示意圖：

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開挖馬雨河土方約1.36億立方米，開挖西潼河土方約0.64億立方米。如采用機械開挖搬運，每立方米費用6元，開挖兩條河需費用12億元。如果采用專用機械在水中開挖，挖出的土方立即被水沖走，利用水流搬運，沖到下游的低洼區(qū)淤墊地面，每立方米土方的綜合費用約為0.3元（不包括水價），開挖兩條河需費用0.6億元。另外，為了引水到達工作面，還需一定的費用。
渭河縮窄后，原渭河大堤及大片的河灘地可以成為可靠的耕地，減去渭河改道占用的2萬多畝，尚有10多萬畝，價值可觀。
3、束水攻沙，將潼關(guān)高程降低到海拔320米
潼關(guān)現(xiàn)在是渭河的入黃口，將來潼關(guān)是灞潼河的入黃通道，由于渭河大部分的水量都從馬雨河入黃了，灞潼河的水量將很小，解決潼關(guān)的高程的工程將比較簡單?，F(xiàn)在潼關(guān)的高程是327米左右，可否降到320米呢？人工開挖是肯定不行的，那樣很快就會給泥沙填滿。降低潼關(guān)高程的工程，應(yīng)是一勞永逸的，即永遠不會再升高。
我們知道，河道中水流對泥沙的沖刷主要不是受河道的縱坡降所決定，而主要是受水的流速所決定。水的流速在窄深順直的河床斷面下，主要不是受河道的縱坡降所決定，而主要是受水面的縱坡降所決定。所以，排沙，水的流速是關(guān)鍵， 而決定水的流速的是窄深順直的河床和水面的縱坡降。設(shè)法形成窄深順直的河床和保持盡量高的水面縱坡降，是排沙的關(guān)鍵，這正是束水攻沙的理論根據(jù)。
設(shè)計從潼關(guān)到三門峽水庫庫區(qū)，在黃河河道中縱向建一道大堤，且稱之為潼三大堤，潼三大堤長約50公里，將這一段黃河河道縱向一分為二，潼三大堤與這一段黃河河道的南岸構(gòu)成一條窄深順直的新河道，且稱之為潼三河。潼三河將灞潼河出潼關(guān)的水量直接送進三門峽水庫，不與黃河及馬雨河的來水在潼關(guān)合流下泄。
設(shè)計潼三河最大流量為1500立方米/秒，最大流速3米/秒，河道汛期過水斷面面積為500平方米。河道底寬55米，水面寬70米，汛期水深8米。潼三河起點的水位在汛期為328米（流量為1500立方米/秒時），終點的水位不高于320米。當潼三河水的流量為1500立方米/秒時，水面縱坡降是萬分之1.6，水的流速可達3米/秒。這么高的流速，會迅速席卷河道中的泥沙，河道會迅速下切，如果河底不襯砌，河底將會下切到海拔320米以下。
為使潼三河有效的與黃河隔離，設(shè)計潼三大堤堤頂高為331-330米，選擇合適的路線，大堤只需堆高4米，堤頂寬按10米計算，大堤約有土方量280萬立方米，約需費用0.14億元。大堤北坡平均寬度（堤頂至河底）為12米，南坡平均寬度為20米。潼三大堤和河底全部襯砌，每米河道襯砌面積為108米。襯砌按每平方米50元計算，50公里的襯砌費用是2.7億元。
在汛期，三門峽水庫以320米水位蓄水時，潼三河的水可以直沖入庫，由于流速大，在入庫的口門正向不會產(chǎn)生淤積，這在黃河、錢塘江和長江口都有實證。如果能形成異重流，泥沙可以直抵大壩，發(fā)電的同時排出或直接通過排沙孔排出。
在非汛期，三門峽水庫以330米水位蓄水時，庫尾將達到華縣。由于非汛期灞潼河的水量小，流速慢，泥沙會有一定的淤積。但非汛期總含沙量少，淤積量不多，在汛期可以很快沖光。在小水年的汛期，可以將部分渭河的水放入灞潼河，以增加灞潼河及潼三河的沖沙能力。
三、三門峽水庫汛期發(fā)電淤積問題的解決辦法
三門峽水庫汛期發(fā)電，如不采取一定的措施，洪水夾帶的大量泥沙，將會使庫區(qū)迅速淤積，這個問題采用河庫分離的方法解決。從庫尾高程320米處到水庫大壩，縱向建一條大壩，該大壩與黃河北岸形成一條新河道，且稱該河道為渾水河。渾水河的終點設(shè)置沉淀池，沉淀池的下面是大壩排沙孔。黃河及潼三河的含高泥沙的水流通過渾水河到達庫前，既可以直接發(fā)電下排，又可以沉淀變清后入庫，沉淀的泥沙從排沙孔排出。這樣，三門峽水庫的庫尾就不會淤積，而庫前淤積很容易排掉。

四、三門峽水庫的未來分析
由于黃河花園口以下將來可以用從長江三峽水庫調(diào)來的水，水量充足。所以，黃河下游不再需要黃河上中游下泄水量，黃河上中游的水將可以留在上中游地區(qū)使用，黃河上中游將基本不向下游下泄水量。
將來，在黃河萬家寨水庫以下再建天橋、磧口、古賢、禹門口四個大水庫后，可以確保黃河在汛期無洪水下泄。渭河再增建一批大中型水庫后，汛期的洪水也將大幅減少。三門峽水庫汛期蓄水量將十分有限。非汛期水量會有所增加，但增加量不會很大。三門峽水庫即便采用高水位發(fā)電，其發(fā)電量也相當有限。
將來，黃河上中游不下泄水量，渭河、黃河汛期的水量也不大，所以，三門峽水庫的庫容可以減小，大部分庫容可以淤填成陸，開發(fā)成耕地，讓建水庫搬走的移民返回。那時，三門峽水庫就不再需要排渾蓄清，可以全年以高水位發(fā)電，任水庫淤填，不必考慮排沙問題。然而，三門峽水庫不會被全部淤填，達到?jīng)_淤平衡，就不會再淤積，庫區(qū)將會保留約20公里長。三門峽水庫及其電站將會長期存在下去。

五、結(jié)論
綜上所述，建三門峽水庫給渭河流域帶來了災(zāi)難，而解決渭河流域的洪澇災(zāi)害工程的費用只需5.44億元或16.84億元。如果四十年前就采用這些方法，渭河流域就不會受到那么多的洪澇淹沒損失。而三門峽水庫40年前如果就實現(xiàn)汛期以高水位發(fā)電，可以多收入120 多億元。建三門峽水庫并不錯，錯就錯在后續(xù)措施跟不上?，F(xiàn)在即便三門峽水庫全年敞泄，潼關(guān)的高程及渭河河道的高程也是無法自然降低的，所以這些后續(xù)措施的工程還是要做，做這些工程并不晚，越早做越好。而做這些工程有很好的經(jīng)濟效益，利國利民，何樂而不為呢？
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