Page 18 - 水利学报2021年第52卷第4期

前期淤积物的冲刷量，库区的冲刷形式包含了溯源冲刷和沿程冲刷，排沙量的多少与坝前水位过
程、入库水沙流过程、库区地形等关系密切，是各因子相互作用的复杂过程。
三门峡水库 1973 年末开始采取“蓄清排浑”控制运用方式，非汛期蓄水运用、汛期降低水位泄洪
排沙，即平水时一般按 305 m 控制、洪水时敞泄排沙运用 ［15］ 。汛期不仅排泄上游来沙，还需冲刷非汛
期的淤积物。三门峡水库运用的主要问题是泥沙淤积，制约水库运用的关键是潼关高程。潼关断面
是渭河下游侵蚀基准面，潼关高程的抬升将会增加渭河下游的洪水风险。因此，长期以来，潼关高
程一直为人们所关注，针对三门峡水库运用方式及潼关高程演变的研究取得了丰硕成果 ［16-20］ 。为减轻
非汛期蓄水运用对潼关高程的影响，最高蓄水位不断降低，从 326 m 降到 322 m，2002 年 11 月以来三
门峡水库实施了非汛期最高运用水位控制在 318 m 的原型试验（简称“318 运用”），汛期平水期仍按
305 m 控制运用，洪水期敞泄排沙。试验运用以来，非汛期最高库水位比试验前降低 2 m 以上，有效
改善了库区淤积部位，汛期敞泄也取得了较好的排沙效果，为控制潼关高程抬升和减轻库区累计淤
积创造了有利条件 ［21-23］ 。
汛期排沙是解决三门峡水库泥沙淤积问题的重要途径，直接影响水库的调度运用和综合效益的
发挥。但是对三门峡水库排沙问题的研究基本停留在 1974 年以前的滞洪排沙期，对溯源冲刷和沿程
冲刷形式和机理研究较多 ［9-13，24-25］ ，之后的研究主要是围绕潼关高程和库区冲淤演变 ［19-20，26-27］ ，寻找降
低潼关高程的措施，而排沙效果是不同冲刷形式的综合反映，是衡量库区冲淤平衡的主要指标，因
此，研究敞泄排沙效果和不同控制水位对排沙的影响，对水库长期有效库容的保持具有重要意义，
可为水库汛期调度运用提供科学依据。本文以三门峡水库蓄清排浑运用以来为研究时段，重点对
2003 年以来的敞泄排沙进行剖析，探讨坝前水位对水库综合排沙效果的影响，为三门峡水库运用方
式的进一步优化提供参考。

2 汛期排沙总量分析

根据三门峡水库进出库水文观测资料，1974—2019 年“蓄清排浑”控制运用期年均入库（潼关站）
沙量为 6.26 亿 t，出库（三门峡站）沙量为 6.63 亿 t，即输沙率法出库沙量略大于入库沙量，为区别与断
面法库区冲淤量的差异，本文将出库沙量与入库沙量的差值称为净排沙量。
考虑到近年水沙变化、水库控制运用水位的调整，以 2003 年为界分两个阶段进行排沙统计（见表
1），1974—2002 年年均入库沙量为 8.471 亿 t，汛期占 79%，7—8 月份沙量均较大占 59%；年均出库
沙量为 8.736 亿 t，汛期和 7—8 月份分别占 95%和 72%，比入库更加集中；汛期年均净排沙量 1.615 亿 t，
7 月份最大占 47%，10 月份仅占 6%。2003—2019 年入库沙量显著减少，年均为 2.219 亿 t，汛期总量
占比与上时段相同，各月集中程度减弱；出库沙量也相应减少，年均为 2.804 亿 t，汛期占 95%；汛
期净排沙量 0.903 亿 t，7 月份最大占 52%，10 月份最小仅占 2%。2003 年后出库含沙量大幅减小，与
入库含沙量低和非汛期淤积量少有关，但 7—9 月、汛期和年总排沙比均大于 1974—2002 年。
水库排沙量由进库沙量和库区冲淤量组成。影响库区河床冲淤的主要因素是来水来沙和河床边
界条件、水库运用方式、坝前水位、水面比降等。水库水位降低至淤积面以下或从控制运用至泄
空运用时，水面比降变陡产生溯源冲刷，向上发展到一定程度，当库水位相对稳定且水面比降渐
趋一致时，溯源冲刷基本结束，入库流量越大溯源冲刷发展范围也越大 ［25］ ，水位越低溯源冲刷效
果越好 ［24］ 。在不受水库影响的河段或者溯源冲刷结束后的库段，当入库含沙量小于水流挟沙能力时
发生沿程冲刷，在水库回水范围内溯源冲刷起主要作用，回水末端附近及以上主要为沿程冲刷。各
因素的变化和影响程度的差异造成不同的冲刷形式，其共同点是产生淤积的库段在冲刷发展到一定
阶段后，水流泥沙运动将接近于天然河道的输移规律。
参考黄河下游多来多排多淤的输沙特性，河流的输沙率不仅是流量的函数，与来水含沙量有
关，写成函数形式为 ［28］ ：
a
Q = kQ S 上 b （1）
s
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