为了防止小浪底水库运用不当，人为造成洪峰流量在黄河下游河道的沿程增大，影响防洪安全，也必须改变其运用方式。要充分利用洪水排沙，水库应有充足的淤积量，在排沙时应先放空水库，把泥沙加到洪水涨水期，利用洪水“涨冲落淤”的特性，不要再放平头峰。要防止在造峰落水时排沙，造成洪峰流量的沿程增大。
经过半个多世纪的治理开发，黄河已经从一条灾害频繁的害河变为一条效益巨大的利河。但是，黄河泥沙问题还没有根本解决，水利部提出“堤防不决口、河道不断流、水质不超标、河床不抬高”宏观治理目标。其中最难的是河床不抬高。泥沙随洪水而来，随洪水而去是最好的归宿。在目前我们要改变传靠统拦沙治理下游思想为调沙为主，充分利用洪水排沙入海为主导的治河方略[1、2]。
黄河下游的治理目标应是形成窄深河槽，通过小浪底水库的泥沙多年调节，形成利用于泄洪输沙入海。
1、小浪底水库投入运用以来取得很大成绩与前景展望
小浪底水库投入运用以后，由于黄委会运用得比较好，使得河南河道、山东河道都发生了冲刷。从1999年10月至2008年10月，小浪底库区淤积量为24亿m3，表明水库仍处于拦沙运用初期。因近期入库沙量明显偏小，导致水库实际淤积程度比原先预计的要轻。根据下游淤积大断面测量成果计算，1999年11月～2009年10月黄河下游小浪底～利津河段共冲刷13.4亿m3（合18亿t），图1给出的各河段过水面积的变化。
黄河下游年平均冲刷1.30亿m3。高村以上冲刷总量为9.572亿m3，占冲刷总量的74％。特别是夹河滩以上河段冲刷量，占冲刷总量的64％，河道过流面积增加了3000至4000m2；夹河滩～高村河段冲刷总量1.391亿m3，占冲刷总量的10.7％，河道过流面积增加了1700 m2，高村～艾山冲刷量1.785亿m3，占冲刷总量的13.7％，河道过流面积增加了800 m2；艾山～利津河段冲刷1.688亿m3，占冲刷总量的12.9％，河道过流面积增加了600 m2。黄河9次调水造峰期共计冲刷3.4亿t.占9年总冲刷量的28.5％。
图1 1999年10月～2008年10月各河段主槽断面法冲淤面积(m2)
小浪底水库运用后下游水位全程降低，与1999年汛后相比（见表1）2009年汛后同流量（2000m3/s）水位降低1.91～0.96米，水位下降幅度沿程变化同样具有两头大，中间小的特点，花园口、夹河滩、高村、流量（2000 m3/s）水位分别下降1.91米。1.85米，1.85米，艾山下降0.96米、利津下降1.23米。下游河道经过9年冲刷，河道排洪能力得以恢复，与小浪底水库运用前相比平滩流量增加了900～2800 m3/s。2010年汛后下游各站平滩流量达到4000～6500 m3/s，其中花园口站最大、孙口站最小。
表1 小浪底水库运用以来（2000至2009年）下游河道河床冲淤变化
目前花园口站以上河段平滩流量大于7000m3/s, 夹河滩站以上河段平滩流量大于6000m3/s，高村站以上平滩流量达5300 m3/s，加上高1.2-2.5m生产堤的作用可过7000-9000m3/s，平滩流量最小的孙口河段也有4000 m3/s，加上高1.5-2.5m生产堤的作用也可过5000m3/s，目前艾山到利津河段平滩流量也达到4000-4300 m3/s。今后小浪底水库还要进行调水调沙，河段平滩流量还会增大。
黄河的泥沙随中游洪水而来，输沙入海也要利用洪水。当小浪底水库初期拦沙库容淤满后，通过小浪底水库泥沙多年调节，把泥沙调节到洪水时输送，可以控制主槽不抬高，甚至下切。因为每当发生高含沙量洪水时，主河槽都是冲的，洪水存在“涨冲落淤”的输沙特性。小浪底水库初期运用下泄清水，淤满拦沙库容以后，进行泥沙多年调节，相机利用洪水排沙，这两个组合起来，有可能使下游河床不抬高。如果黄河不抬高，或者平滩流量逐渐增大，漫滩机会少了，滩区人民的生活也就稳定了，黄河泥沙与洪水问题可以得到根本解决。
2、小浪底水库汛期的运用原则应以调为核心
三门峡水库近年平水发电，利用洪水排沙的经验，为小浪底水库泥沙多年调节，相机利用洪水排沙,优化来水来沙条件提供了科学根据,小浪底水库进行泥沙多年调节运用的作用，会有更多的泥沙调节到洪水期输送，远大于三门峡水库的调节作用，为进一步整治游荡性河道创造了条件。在“拦、排、调、放、挖”，以调为核心的治河方略，也为下游形成窄深河槽提供了技术支撑。
在洪水期水库主动泄空，库水位迅速大幅降低，随着主槽强烈冲刷，河床高程降低，滩槽高差的增大，土体荷重增加。随之土体内发生超孔隙水压力，引发土体向主槽坍塌,为利用洪水排沙，高含沙水流形成创造了有利条件[4]。
小浪底水利枢纽的设计防洪库容40.5亿m3，相应的防洪限制水位为254m。水库调水调沙可控制在库水位为200～254m进行。小浪底水利枢纽运用从1997年10月截流，其中1999年10月至2008年10月，小浪底库区淤积量为24亿m3，表明水库仍处于拦沙运用初期。
衡量水库调水调沙运用方式的优劣主要标准有二条，其一是有多少泥沙能够调到洪水期输送，其二是有多少水量通过水库的调节得到利用。
3、水库应有足够多淤积量才能提高洪水期泄空冲刷效率
小浪底水库的条件比三门峡好得多，首先是没有潼关问题，由于库水位变幅大，库区可利用的冲刷比降也比三门峡库区大的多，淤在库容内的泥沙会很容易冲刷。进入下游的水沙为供兴利的大小流量清水流和挟带泥沙的洪水;由水库主动空库泄洪排沙,淤土滑塌所形成的调沙库容可以长期重复使用。通过对小浪底水库泥沙多年调节系列年的计算,可以使更多（70%-90%）的泥沙调节到洪水期输送。为保证黄河下游河槽长期不淤创造了有利的来水来沙条件【2、3】。
在黄河下游水资源十分紧张的情况下，利用丰水年洪水输沙将从根本解决输沙用水量与下游河道工农业用水之间的尖锐矛盾，使平水年、枯水年小浪底水库不排沙，全部水量用于兴利和环境用水。
表2给出小浪底水库干支流原始库容分配情况，220m以下库容为29.6亿m3，在254m以下，支沟总库容为22亿m3，占总库容的1/4，高程265m时，支沟库容占1/3。水库在蓄水拦沙运用时，在支沟中的淤积，都是倒灌形成的，淤的都是细沙，粗沙很难淤在支沟库容。如支沟库容最大的畛水，距坝址仅18km，总库容达17亿m3，更难用于拦粗沙。水库要想拦粗排细运用则与水库兴利无法结合。
表2 小浪底水库干支流原始库容分配 （亿m3）
表3给出的小浪底水库泄流能力表明，库水位在200米时泄流能力达到4468m3/s，具备了排沙条件，但相应的干流库容很小，只有水库淤积量较多时才能提高有排沙效率。相同的来水来沙条件，库区淤积量小，水库冲刷机会多，但冲刷效率低；当首次起冲量大时，库区淤积量多，冲刷效率高，但冲刷机会少。根据今后的来水条件分析，只有在水库淤积量大时，冲刷效率高，水库的调节能力强。
表3 小浪底水库的泄流能力
由小浪底水库分析计算结果可知，水库的淤积量大于30亿m3后，才能利用洪水冲刷排沙，目前水库淤积只有24亿立米还不具备利用洪水排沙的条件。水库的运用方式应本着有洪水就排沙的原则，通过水情预报，当入库洪水流量大于2300m3/s，并有上涨趋势时，水库开始泄空，为洪水排沙创造条件。当预报入库洪水流量小于2600m3/s，并有下降的趋势时，停止冲刷转入正常运用。
表4给出小浪底水库单独运用不同起冲库容条件下，利津站的单位输沙用水量和小浪底水库出库的水沙特征。可以看出，随着水库起冲淤积量增大，出库平均含沙量增加,单位输沙用水量减小。在现状河道条件下，出库的含沙量比输送到利津站的含沙量要大30kg/m3。若将游荡河道整治成多来多排的窄深河槽，入海的含沙量可大幅度提高，出库的含沙量洪水可直接输送入海而不淤。此外，通过与三门峡水库联合运用，小浪底水库出库含沙量进一步提高，可增加20-50 kg/m3，起冲淤积量大时增加的幅度大，泥沙更加集中到大洪水期排放，为进一步节省输沙用水创造条件。
表4 小浪底单独运用和与三门峡联合运用输沙用水量
(实测1970-1996年系列)
因此，从上述调沙思路出发，当遇到连续枯水少沙系列，无利用洪水排沙机会时，水库则应蓄水拦沙运用，兴利发电，可把全部泥沙拦在库内，取消输沙用水。甚至可以淤满254m以下的全部库容；当来水较丰时，受小浪底水库调水库容限制，不泄空排沙，水量也无法调节利用时，应充分利用洪水排沙，此时库区淤积量的多少只关系到水库的排沙效率。为了保库容，强迫利用小水排沙将会增加下游河道的淤积量。由此可见，小浪底水库的运用原则应是明确的：充分利用洪水排沙，无排沙条件时则蓄水拦沙运用，兴利发电。
今后洪水发生机会越来越少，所以要珍惜黄河洪水，充分利用它调沙，使其挟带更多泥沙入海。要增大出库洪水的含沙量，节省输沙用水量。水库要多淤积泥沙才能提高洪水的出库含沙量和排沙效率【4】。从此考虑也不要低水位运用，有水量留在库内比较主动，什么时间都可以放水造峰冲刷下游河道。应根据洪水预报确定水库是否要排沙，小浪底水库淤积量再大，如遇到2003年“华西秋雨”类似的洪水，水库及时泄空可将数年内淤积数十亿t泥沙排出，以高含沙洪水的形式输沙入海。
4、调水造峰应充分利用洪水“涨冲落淤”的特性，不要再放平头峰
从图2和表5给出的2002年调水造峰期间艾山站河床冲淤变化过程可知，在A区为涨水期，河床的强烈冲刷发生期，流量756增大到2260m3/s，6天的水量9.7亿立米，河床冲深1.52米；而在平水B区，流量在2260到2360m3/s变化，4.3天的水量8.5亿立米，与涨水期水量基本相同，河床不仅不冲刷反而发生淤高0.02米；在A（2）涨水期,流量由2360增大到2670m3/s时，水量为3亿立米,河床冲刷厚度0.08米。在C落水期河床淤积0.33m。这场洪水共冲深1.25m。由此可见河床在涨水期的冲刷较平水冲刷强烈的多。
图2 2002年艾山站在调水调造峰间河床“涨冲落淤”过程
表5 2002年艾山站在调水造峰期间河床冲淤用水量统计表
从图3给出的利津站1982年洪水涨冲落淤过程可知，在涨水期河床强烈冲刷，每小时的冲刷深度达7厘米，平水时段每小时的冲刷强度为0.2厘米或淤积0.06厘米，在落水期为1,4厘米。可见河床冲刷在涨水期特别强烈。
图3 利津站1982年洪水涨冲落淤过程
在其它年份，如1973，1976， 1983,1985年的长历时洪水期，在艾山，洛口，利津三站洪水期河床的“涨冲落淤”特性与上述情况相同。调水造峰期含沙量沿程增大主要高村以上是河段河床发生冲刷与滩地坍塌所致，对艾山至利津河段冲刷作用不太明显，在300公里长的河道上含沙量增大近年来不足10%，含沙浓度也只增大1kg/m3,有的年份的测次还发生了淤积。
造成上述平水期河床冲淤变化不大的原因，应从洪水输沙的非恒定性上分析。己有的研究成果表明【6】，洪水过程中河床冲淤变化过程是取决于底沙的运动状态。作用在河床面上的剪力变化是造成河床洪水期“涨冲落淤”的原因。其底沙运动强度取决于作用在床面上的剪力 =rhj 或功率Φ=rhju 。当作用在床面上的剪力或功率增大时，河段的底沙输沙强度逐渐增加，河床产生冲刷，否则河床发生淤积（见图4，图5）。因此：
(1)当作用在床面上的剪力或功率为常数时，Φ1＝Φ2时，河床处于输沙平衡;
(2)当作用在床面上的剪力或功率逐渐增大时，既Φ1＜Φ2时，河床发生冲刷;
(3)当作用在床面上的剪力或功率逐渐减小时，既Φ1＞Φ2时，河床发生淤积。
造成平水期冲刷效率低或不冲刷的原因，是流量为常数，作用在床面上的剪力和功率为常数，不变化，河床处于Φ1＝Φ2状态，此时河床处在输沙平衡状态。
图4 河床底沙输沙状态判断图
图5 河床面上的剪力变化与河床“涨冲落淤”间关系
图6给出利津站1973年高含沙洪水期间的洪水过程与河床冲淤过程之间的关系表明，河床的洪水期具有“涨冲落淤”的特性。在涨水期，含沙量在150至200kg/m3时河床还发生冲刷，在落水时只有几十公斤，河床发生淤积。在流量大于1500m3/s时河道进入“多来多排”输沙状态。在平水期，流量在2500-3500m3/s时，从平均与最深点河底高程变化不大可知，河道处于“多来多排”的输沙平衡状态。
图6 利津站1973年8月高含沙洪水过程与河床冲淤过程
调水造峰的洪水经过长距离的冲刷，在艾山以下河段冲刷效率低的主要原因，是作用在床面上的剪力或功率没有变化，河床床面输沙处于“多来多排”的动平整状态，在河床中运动的底沙处于输沙平衡状态，进入艾山以下的沙量与出利津沙量基本平衡，只有作用在床面上剪力变化时，才能造成河床洪水期的强烈冲刷或淤积。沿程含沙量略有增大的原因是河岸坍塌。
5、造成2010年7月洪水流量增大的原因
黄河干支流河道大量实测资料表明，高含沙洪水在窄深河槽中输送不仅输沙能力极强，且没有发生过洪峰流量沿程增大的情况【1】。高含沙洪水只有在游荡性河道是输送时，因河槽形态迅速调整，宽浅河道塑成窄深河槽，会引起洪水过程中传播速度的变化，形成后浪赶前浪，引起流量沿程增大，如1973，1977,1992年洪水。二是泥沙强烈冲刷引起流量增大，如1977年8月6日龙门到潼关高含沙量洪水峰值的增大。
小浪底水库在201年7月4日12:00左右开始排沙，在这之前的7月1日～4日期间，将出库流量由3860m3/s减小到2830～2550m3/s。在7月4日小浪底水文站出现较大流量3490m3/s，7月4日19:00小浪底水文站出现第一次沙峰含沙量288kg/m3；这期间小浪底至花园口间加水的流量不超过86m3/s，则排沙时段小、黑、武的总洪峰流量为3575m3/s，洪水在小浪底至花园口间演进过程中发生流量沿程增大，在花园口水文站时出现6680m3/s洪峰，流量增大了3100m3/s，洪峰流量增值超过100%。排沙时段小黑武和花园口的流量及含沙量过程线见图7。
图7 小黑武和花园口流量、含沙量过程线
洪峰流量增大现象仅发生在小花间。花园口水文站出现6680m3/s的洪峰流量后，在花园口以下演进的过程中洪峰不断明显坦化，相应夹河滩、高村、孙口、艾山、泺口和利津的洪峰流量分别为5290m3/s、4700 m3/s、4510 m3/s、4450 m3/s、4370 m3/s和3900 m3/s。也就是说，花园口以下河段未发生洪峰流量增大现象。
在小浪底水库下泄清水下游河道床沙变粗，花园口以上河段河槽阻力n值将由0.01增大到0.03～0.04，在小浪底水库排高含沙洪水[7]，作用在床面上的剪力增加，使得河床形态由前期阻力大的沙浪夷为平整状态，阻力大幅度减小，水流流速突然增大，引起槽蓄量的减小，水量的沿程增大，导致发生洪峰流量突然增大。洪峰流量沿程变化受平滩的过流能力的控制。如2004年8月和2010年7月的两场高含沙洪水，在花园口站出现洪峰流量增大的原因是相同的。花园口以下河段由于河床阻力变化不大，不会因槽蓄量的变化引起流量的沿程增大。
6、小浪底水库泥沙多年调节运用会增加水库效益
设计确定的小浪底水库汛期限制水位在留足防洪库容40亿立米后为254m，目前定的汛限水位225m显然偏低，不能充分发挥水库调节效果。如果在6月底把水库放空，遇到黄河流域7、8月“掐脖旱”，无法满足黄河下游灌溉用水急需，则会造成难以解决的被动局面，同时也不能充分利用洪水排沙入海。
由于来水得到了小浪底水库较充分的调节[5]，且水库运用水位高。经方案计算在运用水位225至254米间变化时，多年平均发电量比目前汛期低水位运用的初步设计年发电量要增加20%，年均发电量由50亿度增加到60亿度。同时有利于黄河水资源的合理利用，最大限度满足华北地区工农业用水的需求。
小浪底水库的防洪运用由消灭高含沙洪水改为利用洪水排沙[5]，水库的运用方式由传统的“蓄清排浑”改为“泥沙多年调节，相机排沙”，明确提出水库在枯水年不排沙，按最大兴利效益进行调度运用。方案计算结果表明，水库的兴利指标大幅增加，输沙用水大量节省，年平均输沙用水量仅为60亿m3左右，节省2/3，且均安排在丰水年小浪底水库无法调节利用的洪水期。
7、在黄河下游游荡河段进行双岸整治
小浪底水库投入运用后黄河下游河道虽然发生强烈冲刷，洪水位有较大幅度的降低，平滩流量明显增大，但河槽还是难于稳定，不断出现横河斜河，造成平工出险，危及滩区和大堤防洪安全；同时，河槽宽浅也不利于小浪底水库利用洪水相机排沙入海，减少河道淤积，使黄河下游河槽不淤高。
黄委会曾针对游荡性河道难于治理，进行过双岸整治可行性研究，并进行了动床模型试验。且在模型上，经过百年一遇大洪水的考验，证明可以有效控导河势，形成窄深河槽，提高河道输沙能力。为了减少小浪底水库利用洪水排沙在游荡河道输送时，因河槽形态宽浅而产生的严重淤积，要抓紧游荡河段的双岸整治，形成窄深规顺的高效排洪输沙通道。
8、对今后小浪底水库的运用意见
（1）经过10年调水造峰与清水冲刷，下游河道主槽排洪能力已经得到有效恢复，为利用洪水排沙创造了有利条件。经过连续10次调水调沙，下游河床已有粗化，冲刷效率降低，4000m3/S流量级的人造洪峰冲刷耗水量已高达100m3/t,今后再按以往常规调水造峰可能冲刷效率更低。
（2）洪水输送是的非恒定的，高含沙洪水在游荡性河道上输送，因为河槽形态与河床阻力的迅速变化，均会引起洪水传播速度的变化与河槽槽蓄量变化，从而引起流量沿程的增大！1973年、1977年、1992年是前者，2004年8月与2010年7月花园口发生的6680m3/s洪水属于后者。
（3）要充分利用洪水排沙，水库应有大量淤积，同时应根据洪水预报先放空水库，把泥沙加到洪水涨水期，利用洪水“涨冲落淤”的特性。建议调整小浪底水库运用方式，抬高汛期水位及推迟水库泄空，待预报入库来水较丰时再泄空放水造峰，或遇高含沙量洪水时再降水冲刷输沙，提高下游河道的输沙效率。
（4）千万不要再搞水沙搭接在落水时排沙，人为造成洪峰流量的沿程增大。水库排沙要控制到下游河道流量小于500m3/s。只有这样才不会造成洪峰流量明显增大，影响防洪安全。
参考文献
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