黃河中遊有八大梯級規劃,位置險要,是我國治沙排沙的關鍵利器。在這八大梯級規劃中,萬家寨水庫是“峽谷第一庫”,左岸是山西省的偏關縣,右岸是内蒙古自治區的準格爾旗,兼有供水、防洪、排沙等多種功能。
我們都知道,黃河中遊的泥沙淤積問題非常嚴重,加重了泛濫、漫灘的風險,洪水隐患至今仍未徹底消除。萬家寨水庫自建成以來,累計排沙已有6億多噸,但同時也深陷“黃河病”,水庫安全受到牽連。
黃河中遊為何引發“黃河病”?黃河中遊是指内蒙古托克托縣河口鎮到河南鄭州桃花峪之間的河段,全長約1206km,流域面積34.4萬平方公裡。
中遊河段是“黃河病”的病根所在,其産生原因和與地層結構、水流侵蝕等多種因素相關。
黃河幹流最長的峽谷地形就位于黃河中遊,也就是著名的晉陝大峽谷(也叫秦晉大峽谷)。萬家寨水庫位于大峽谷的開端位置,下遊也已規劃古賢、碛口等骨幹級水庫,建成後将産生巨大的排沙效益。
雖說是峽谷,實際上卻是由黃土組成的丘壑。黃土質地疏松,顆粒細,粒度以0.05~0.005mm的粉砂為主(所占比例達6~7成),抗沖刷能力弱,非常容易滲水。另有數據表明,黃土的孔隙度一般為45%~50%,易溶性礦物質含量較多,被黃河水浸潤後很容易濕陷崩解。
受松散的土質結構影響,峽谷溝壑區每年都會流失大量黃土顆粒,這是黃河粗泥沙的主要來源。不過,多年來我國一直在黃土高原堅持退耕還林還草,水土保持工作取得了明顯成效。據統計,1999年時黃土高原的綠化面積僅占31.6%,2019年時就提高到了63.6%,20年翻了一倍,綠化速度相當驚人!
如今,大峽谷的地表景觀實現了由黃到綠的轉變,“黃河病”也因此大大緩解。據監測,入黃泥沙量已經從70年代的16億噸/年驟減到了現在的2億噸/年,黃河的水質越來越清,“綠水青山”正在逐漸成為現實。
萬家寨水庫排沙23年,為何陷入“黃河病”?
萬家寨水庫在1998年10月下閘蓄水,排沙已有23年。同期建成的水庫還有小浪底水庫,1997年截流黃河,1999年開始發電。有意思的是,萬家寨和小浪底兩座水庫一首一尾,分别位于黃河中遊第一個和最後一個峽谷處,在調水調沙上常常聯合運作。
和小浪底水庫相比,萬家寨水庫的規模要小很多,總庫容為8.96億m³,其中調節庫容為4.45億m³,攔沙庫容(死庫容)為4.51億m³。
萬家寨水庫最初的目标是為了排沙減淤,但其本身也受到了“黃河病”的牽連。從地理位置來看,萬家寨水庫坐落于黃土溝壑地帶,右岸還有部分蓋沙區,庫岸長期面臨着崩塌、滑落的風險。
事實上,庫區坍塌滑坡是一個“老大難”問題,本質上還是和地層結構有關。根據碎石含量的不同,岸線邊坡的抗沖刷能力也有差異:土層中的碎石和砂礫石含量越高,邊坡就越不容易坍塌,反之就容易崩解。由硬黃土和沙壤土構成的邊坡最容易被水流侵蝕,坍塌風險最高,給水庫的安全運行帶來了一定隐患。
蓄水期的萬家寨水庫
除了土壤結構這一内因之外,庫岸塌陷還有以下幾種因素:
第一,庫水的沖刷侵蝕。萬家寨水庫的最高蓄水水位為980m,實際的運行水位一般在966~978m之間,而且運行水位越高,塌陷就越嚴重。
原因也很簡單,首先蓄水越深,水面就越寬廣,波浪的沖擊力也就越大,産生的磨蝕、淘刷作用加速了塌岸滑坡;其次,大面積浸泡改變了土層的力學特性,溶解物質溶失導緻土壤粘合性下降,同樣會引發滑坡。
三峽庫區也存在邊坡塌陷現象
第二,土地凍融和冰塊侵蝕。作為典型的北方水庫,萬家寨庫區在冬季有明顯結冰現象。土地冰凍可破壞土層結構,使之産生縫隙,解凍融化時又會造成土層松軟、脫落。至于水庫表層的浮冰,在風力作用下也會直接撞擊岸壁。
針對這些問題,當地管理單位已經采取措施,比如在預防保護區内培植水生植物,削減水力沖刷作用;還在庫邊設置了灌草護坡帶,播撒草籽,栽種灌木,加強了水土保持能力。庫區還設置了重點治理區,進行工程加固,采用砌石護坡、砂墊護坡等方式提高了邊坡穩定性。
萬家寨水庫的排沙作用2021年12月,黃河水利委員會的專家在《泥沙研究》上發表了一篇研究報告,對萬家寨水庫的實際排沙效果進行了分析。
該報告顯示:自1999年運行以來,萬家寨水庫累計排沙總量已經達到6.4億噸。其中,前10年的排沙量占比僅有19%,2018~2019年的排沙量占比52%,排沙比高達140%。
萬家寨水庫運行以來排沙量
也許有人要問:2年的排沙量就占到了五成以上,那前期的排沙效率為啥這麼低呢?
事實上,這與水庫泥沙的淤積程度、來水量大小有關。回到1998年10月,萬家山水庫開始采取“蓄清排渾”的方式排沙,這種創新性的排沙方式最初是由夏邁定等學者提出,是解救三門峽水庫的關鍵舉措。
三門峽水庫
前期庫容充足,上遊來沙逐漸積累,萬家寨水庫的有效庫容也逐漸損失。到了2010年,局部庫段的高程已經接近最初設計的平衡淤積面高程,“沙患”越來越突出。2011年,庫區加大排沙力度,但淤沙狀況依然不見明顯好轉。2013年,淤沙情況越發引人擔憂,當年汛前的庫容淤損已經超過死庫容,調節庫容低于最初的設計值。
2018~2019年是有轉折意義的兩年,這兩年黃河上遊降雨較多,來水充足,客觀上有利于排沙。汛前,萬家寨水庫的最低水位降到了923m,提高泥沙密度,借助上遊來水大大提高了沖沙量,形成了明顯的出庫沙蜂,甚至還恢複了部分攔沙庫容。
總結萬家寨水庫是黃河中遊的第一座水利要塞,為治理黃河泥沙、保障供水做出了巨大貢獻。該水庫每年供水14億立方米,太原、平朔、大同以及準格爾旗均是直接受益地區,産生的發電效益還接入了山西和蒙西電網,堪稱一座“興利寶庫”。
與此同時,萬家寨水庫也和黃土高原“同病相憐”,水土流失、岸線崩塌的現象時有發生。相信随着岸線加固、綠化項目的有序推進,黃河的泥沙問題終能得到有效遏制。對此,我們共同見證!
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