2004年7月8日13时50分,随着几股由清变浑的冲天水流喷涌而出,一幕旷世壮景出现在众人面前,黄河首次人工塑造异重流出库,黄河再次成为举世瞩目的焦点。
所谓异重流,是指两种密度相差不大但可以相混的流体因为密度的差异而发生的相对运动。水库异重流是黄河等高含沙河流特有的水流形式,当高含沙水流进入水库遇到库区清水后,由于密度差而潜入清水下面形成一股浑水流。当浑水与清水碰头时,会出现上层清水倒流,浑水沿河底向坝前演进的奇特水文现象。
经过多年的潜心研究,黄河人了解到异重流的形成与入库流量、含沙量、泥沙颗粒级配、潜入点断面特征、水库地形等因素有关。它对于减少水库泥沙,尤其是细颗粒泥沙的淤积,延长水库使用寿命具有重要作用。
2004年,经过科学论证,黄河第三次调水调沙开始,主要目的之一就是人工塑造异重流。
试验第一阶段,黄委严格控制万家寨、三门峡水库的水位,小浪底水库按控制花园口水文站流量2600立方米每秒下泄清水,为第二阶段的人工塑造异重流创造有利条件。
从2004年7月2日开始,在万家寨水库下泄水流向三门峡库区演进过程中,实时调度三门峡水库出库流量,实现万家寨、三门峡水沙过程的对接。
7月5日15时至10日13时,三门峡水库出库流量按照“先小后大”的方式泄流,到7月7日8时,万家寨水库下泄的1200立方米每秒的水流与三门峡水库水位降至310.3米时实现准确对接。至此,对接取得成功,人工异重流塑造有了强劲的后续动力和来自三门峡水库的部分沙源。
三门峡水库下泄的人造洪峰强烈冲刷小浪底水库库尾的淤积三角洲,并辅以人工扰沙措施,清除占用小浪底水库长期有效库容的淤积泥沙,合理调整了三角洲淤积形态。
三门峡水库冲出的泥沙和从小浪底水库库尾淤积三角洲冲起的细颗粒泥沙作为沙源,以异重流形式向小浪底水库大坝前运动,借助小浪底水库和三门峡水库泄流的连续动力,将小浪底水库异重流推出库外。7月8日13时50分,小浪底水库库区异重流排沙出库,排沙洞水流平均含沙量约70千克每立方米;9日2时,异重流沙峰出库,异重流水体含沙量最大值达到126千克每立方米,浑水持续时间约80小时,人工异重流塑造成功。
6月19日至7月13日,奔腾的黄河负载着约6071万吨的泥沙,以完美的姿态完成了第三次调水调沙试验历程。以小浪底水库库区人工异重流的成功塑造并排出坝外为主要标志之一,波澜壮阔的黄河第三次调水调沙试验取得圆满成功。
此次试验丰富和发展了调水调沙的运用模式;对人工塑造异重流进行了有益的探索和实践,标志着我国水利科学家基本掌握了水库异重流规律并开始运用到治黄实践中;对小浪底水库的减淤运用取得了新的认识,在小浪底水库拦沙初期乃至中期,相当一部分长期有效库容可以重复利用,做到“侵而不占”,从而增强了小浪底水库运用的灵活性,有效延长了水库使用寿命,让维持黄河健康生命又多了一条有效途径。(胡霞)