(三門峽黃河明珠(集團(tuán))有限公司，河南 三門峽 472000)

三門峽庫(kù)區(qū)污物研究與分析

張健鋒

(三門峽黃河明珠(集團(tuán))有限公司，河南 三門峽 472000)

三門峽水利樞紐是黃河中游重要的水利工程，研究三門峽庫(kù)區(qū)污物的規(guī)律，能有效地保障樞紐效益的發(fā)揮，并為黃河上其他水電站的污物治理提供參考依據(jù)。

三門峽庫(kù)區(qū)；污物；研究

1 三門峽庫(kù)區(qū)概況

三門峽水利樞紐位于黃河中游干流上，兩岸連接豫、晉兩省，是1955年黃河流域規(guī)劃選定的第一期重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，也是黃河上修建的第一座大型水利樞紐工程。工程于1957年4月動(dòng)工興建，1960年9月基本建成投入運(yùn)用，控制黃河流域面積68.80萬(wàn)km2，為全流域面積的91.5%，多年平均水量占全河的89%，控制黃河來(lái)沙量的98%，發(fā)揮著防洪、防凌、灌溉、供水和發(fā)電等綜合效益。

三門峽庫(kù)區(qū)有黃河龍門、渭河臨潼、汾河河津和北洛河狀頭四個(gè)水文站，見(jiàn)圖1。

庫(kù)區(qū)集水面積為29688km2，其中潼關(guān)以上為23408km2，潼關(guān)以下為6280km2，按河道特點(diǎn)分為如下四大區(qū)段。

第一區(qū)段：黃河龍門至潼關(guān)庫(kù)段，長(zhǎng)度為134.40km，寬度為4～19km，穿行于陜西、山西兩省之間，是兩省界河，兩岸為黃土臺(tái)塬，高出河床50～200m。河道總面積為1107km2，其中灘地面積達(dá)696km2，占63%。

第二區(qū)段：黃河潼關(guān)至大壩庫(kù)段，長(zhǎng)度為113.20km，寬度為1～6km，是陜西、山西、河南3省界河。屬峽谷形庫(kù)段，兩岸Ⅲ級(jí)階地上部為第四紀(jì)黃土類土。

第三區(qū)段：從渭河臨潼至匯入黃河處，這一庫(kù)段長(zhǎng)度為127.70km，寬度為3～6km。兩岸是河谷階地，河道兩岸灘地1.77萬(wàn)畝，流經(jīng)陜西省的臨潼、渭南、華縣、大荔、華陰和潼關(guān)6縣。地處關(guān)中平原，土地肥沃，為陜西省糧倉(cāng)之一。

第四區(qū)段：北洛河狀頭至匯入渭河處，庫(kù)段長(zhǎng)度為121.90km，寬度為1～2km。兩岸為黃土臺(tái)塬，高出河床50～100m，土地肥沃，亦為陜西糧倉(cāng)之一，流經(jīng)陜西省的蒲城、大荔兩縣。

圖1 三門峽庫(kù)區(qū)

2 三門峽庫(kù)區(qū)污物產(chǎn)生的原因及污物成分分析

2.1 庫(kù)區(qū)污物成分分析

根據(jù)多年對(duì)庫(kù)區(qū)污染物的清污現(xiàn)場(chǎng)觀察和統(tǒng)計(jì)，三門峽壩前污物以蘆葦根為主，夾雜一定數(shù)量的樹枝、樹根以及生活污物，其他還包括雜草、農(nóng)作物秸稈、樹葉、泡沫、動(dòng)物尸體，還有粗大的樹干和樹根，見(jiàn)表1、圖2。

表1 三門峽庫(kù)區(qū)污物成分

圖2 污物成分比例

蘆葦再生能力極強(qiáng)，多生長(zhǎng)在水邊或沼澤地帶，沿黃河兩岸分布較廣，尤其在夾馬口到風(fēng)陵渡河段，蘆葦生長(zhǎng)茂盛，河道游蕩不定，每遇灘邊沖刷塌方，就有大片蘆葦沖入水中。因此，該河段是庫(kù)區(qū)污物蘆葦根的主要來(lái)源。蘆葦根直徑為10～30mm，80%長(zhǎng)度在2m以上，有極高的韌性和抗拉強(qiáng)度。蘆葦根相互纏繞，隨水流滾動(dòng)，形成團(tuán)狀，特別是在攔污柵前回旋時(shí)積聚成大團(tuán)，像墻一樣堵在柵前，造成攔污柵前后水位差較大，輕者影響機(jī)組發(fā)電，重者損壞攔污柵，給發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行造成極大威脅。

2.2 污物產(chǎn)生原因

2.2.1 河道地質(zhì)情況復(fù)雜

黃河自陜晉邊境向東流入河南，三門峽以西河道較寬，兩岸是黃土形成的臺(tái)地和渭河下游平原，龍門至潼關(guān)河段(稱小北干流)，穿行于汾河、渭河之間的塬階區(qū)，河道寬闊，兩岸臺(tái)塬高出河水面50～200m，有汾河、淶水河、渭河匯入。從臨猗縣夾馬口到風(fēng)陵渡為淤積游蕩型河道，河寬多為6～10km，最寬19km，河床寬、淺、亂、游蕩劇烈，主流擺動(dòng)不定，素有“三十年河?xùn)|、三十年河西”的說(shuō)法。該河段河床灘地上，以生長(zhǎng)蘆葦為主，河灘沖刷嚴(yán)重，汛期大量蘆葦根流入水中。從潼關(guān)到三門峽壩址，河谷狹窄，山高谷深，兩岸地勢(shì)陡峻，進(jìn)入陜縣河谷寬3～6km，壩址處河寬約300m。

2.2.2 水庫(kù)返庫(kù)移民增多

水庫(kù)原已遷移的農(nóng)民又遷回原址，僅陜西省返庫(kù)移民達(dá)15多萬(wàn)人，開墾地30多萬(wàn)畝。在灘地上主要植物有楊樹、刺槐、酸棗、紅柳、蒿草等，主要作物有蘋果、棗樹、柿樹、葡萄、小麥、玉米、花生等。

2.2.3 冰雪消融與山洪頻發(fā)

每年3月下旬或4月上旬間，上游地區(qū)氣溫升高，冰層融化，黃河流量會(huì)突然增大，農(nóng)作物秸稈、樹枝、樹根、生活垃圾等污物隨水流進(jìn)入庫(kù)區(qū)；夏秋6—10月之間，常有大雨和暴雨出現(xiàn)，一些主要支流汛期山洪頻發(fā)，隨之導(dǎo)致大量動(dòng)物尸體、植物根莖、泡沫塑料、土木材料等污物隨水流沖入河谷；雨后水庫(kù)周圍濕陷性黃土，遇水位變化經(jīng)常發(fā)生塌岸，一些樹木、雜草隨之落入水庫(kù)，造成大量污物。

3 三門峽庫(kù)區(qū)污物特點(diǎn)及規(guī)律

3.1 汛期不同時(shí)期的污物種類不同

第一次洪水來(lái)臨，污物主要以枯蘆根為主，夾雜著樹枝、樹干等各種雜物，還有一種以蘆根和草相互纏繞，夾雜著泥沙呈漂浮狀態(tài)的草團(tuán)，直徑約1～2m，污物成分復(fù)雜且污量大；洪峰過(guò)后，污物主要是當(dāng)年新蘆根，成分單一。在汛期前期污物較少，中期和后期污物較多。汛期不同時(shí)期的污物種類見(jiàn)表2。

表2 汛期不同時(shí)期來(lái)污規(guī)律

3.2 來(lái)污量與水庫(kù)運(yùn)用關(guān)系密切

1960年9月水庫(kù)開始運(yùn)用初期，采用“蓄水?dāng)r沙”運(yùn)用，最高蓄水位332.58m(1961年2月19日)。1962年3月水庫(kù)由“蓄水?dāng)r沙”改為“滯洪排沙”運(yùn)用，汛期閘門全面敞開，只保留防御特大洪水任務(wù)。為充分發(fā)揮樞紐綜合效益，自1973年以來(lái)，水庫(kù)按“蓄清排渾”調(diào)水調(diào)沙方式運(yùn)用，即汛期泄流排沙，汛后蓄水。1994年3月，2號(hào)隧洞出口除險(xiǎn)加固改變了正常水庫(kù)運(yùn)用，水位提高，一夜之間在庫(kù)區(qū)內(nèi)布滿了農(nóng)作物秸稈和蘆葦?shù)任畚?。由此可?jiàn)，水庫(kù)運(yùn)用方式直接影響來(lái)污規(guī)律。

4 三門峽庫(kù)區(qū)的污物分布狀況

4.1 污物平面分布狀況

污物隨水流進(jìn)入庫(kù)區(qū)，受到庫(kù)區(qū)地理結(jié)構(gòu)、水工建筑物的設(shè)置及發(fā)電機(jī)組取水的位置影響，污物在庫(kù)區(qū)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)一定的規(guī)律，見(jiàn)圖3。

圖3 三門峽壩前污物平面分布狀況

大部分河水從左岸入庫(kù)，水流方向與大壩軸線方向成30°的夾角，但由于左岸泄流孔洞關(guān)閉，而機(jī)組進(jìn)水口靠近右岸，污物就隨水流繞過(guò)一個(gè)大圈向右岸流動(dòng)，導(dǎo)致大部分污物堆積在攔污柵前，剩余部分繼續(xù)沿水圈迂回。而右岸河水流速相對(duì)緩慢，污物直接沖向攔污柵，集聚于柵前。

4.2 庫(kù)區(qū)污物深度分布狀況

隨著季節(jié)和水位變化，污物的種類、數(shù)量及其在水下的分布也隨之變化。通常污物在水中呈漂浮狀態(tài)，分布在水下0～2m范圍，樹干、樹枝等污物分布較深，約在水面至水下7～8m范圍內(nèi)漂浮。

4.3 污物在攔污柵前的分布狀況

由于污物70%以上是蘆葦根，在水流穩(wěn)定情況下呈漂浮狀態(tài)。在接近攔污柵前時(shí)，由于機(jī)組進(jìn)水口位置較低，改變了水流方向，使污物向下移動(dòng)，在柵前深度達(dá)0～18m左右，呈三角形分布。蘆葦根、雜草、樹枝、農(nóng)作物秸稈等纏卷在一起，沒(méi)有明顯的層次分布，只有少量的粗大樹干和樹根分布在下面。

4.4 污物時(shí)域分布狀況

對(duì)三門峽水電站而言，每年第1場(chǎng)大雨而形成的洪水是形成污物最嚴(yán)重的時(shí)候，水面和水下集結(jié)物量都很大。若遇暴雨汛期來(lái)污量也很大，汛期前期來(lái)污量大于后期，洪水漲水期大于落水期，平時(shí)來(lái)污量小于汛期。

5 三門峽庫(kù)區(qū)污物危害

5.1 影響到機(jī)組的安全運(yùn)行

大量的污物涌向機(jī)組進(jìn)水口，極易使攔污柵形成密不透水的軟性柵欄，損壞攔污柵，致使一些雜物進(jìn)入機(jī)組，造成機(jī)組在調(diào)節(jié)過(guò)程中水流不均衡，使機(jī)組在運(yùn)行中產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)，直接影響到機(jī)組的安全運(yùn)行；三門峽水電站曾出現(xiàn)過(guò)下節(jié)攔污柵損壞，污物沖入機(jī)組蝸殼的事故。

5.2 增加水頭損失

大量的污物造成最大可達(dá)3m的水頭損失，每年損失電量相當(dāng)驚人。對(duì)于三門峽電站而言，如按全汛期5臺(tái)機(jī)組發(fā)電90天，水頭損失0.50m計(jì)算，則理論損失電量約為8640萬(wàn)kW·h，若考慮水能利用率60%，機(jī)組負(fù)荷率70%，則實(shí)際損失電量約為：8460×60%×70%=3628.8萬(wàn)kW·h。

5.3 惡化庫(kù)區(qū)環(huán)境

大量的污物堆積在壩前，嚴(yán)重影響庫(kù)區(qū)美觀，污染水質(zhì)，惡化庫(kù)區(qū)環(huán)境，對(duì)環(huán)境保護(hù)和發(fā)展壩區(qū)旅游都不利。

6 小 結(jié)

三門峽水利樞紐是黃河中游重要的水利工程，研究三門峽庫(kù)區(qū)污物的成因和規(guī)律，有利于解決因污物帶來(lái)的樞紐工程危害，同時(shí)，對(duì)黃河中游萬(wàn)家寨水利樞紐、小浪底水利樞紐等樞紐污物治理可提供重要參考。

ResearchandanalysisonpollutantinSanmenxiaReservoirarea

ZHANG Jianfeng

(SanmenxiaYellowRiverMingzhu(Group)Co.,Ltd.,Sanmenxia472000,China)

Sanmenxia water conservancy hub is an important water conservancy project in the middle reaches of the Yellow River for studying the rule of pollutants in Sanmenxia Reservoir region, which can effectively guarantee the exertion of hub benefits, thereby providing reference for sewage treatment of other hydropower stations on the Yellow River.

Sanmenxia reservoir area; pollutant; study

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.011.008

TV213.4

A

2096-0131(2017)011-0029-04