改变东平湖运行模式,有效管理大汶河洪水（江恩惠,李军华）

东平湖水库运用中存在的问题

东平湖水库处于黄河与大汶河下游冲积平原相接的洼地上，地跨山东省泰安、济宁、济南三市的东平、梁山、汶上、平阴四县。1855年黄河自铜瓦厢决口夺大清河后，使东平湖与黄河连通，成为调蓄黄河与大汶河洪水的自然滞洪区。黄河水位高于湖水位即倒灌入湖；
黄河水落，湖水泄入黄河，对黄河与大汶河洪水起到削峰作用。1958年汛后，东平湖自然滞洪区被改建为能控制运用的平原水库。1963年经国务院批准改建，东平湖水库功能由原来的综合利用改为“以防洪运用为主”、“有洪蓄洪、无洪生产”的水库。增建了进、出湖闸，在库内加修了二级湖堤，将水库分为老湖区和新湖区，实行二级运用。

大汶河是黄河干流洪水主要来源区之一，全长208千米，流域面积8536平方千米。大汶河也是黄河下游最末的一条支流，汇入东平湖，经陈山口闸出湖，在艾山以上14千米汇入黄河。东平湖滞洪区是处理黄河下游大洪水的关键工程，对确保济南市、京沪铁路、胜利油田和艾山以下黄河两岸广大地区人民生命财产安全起着举足轻重的作用。

1993年以来，国家和地方政府对东平湖治理分别投入资金4.76亿元和1.33亿元。尤其是大汶河“01.8”洪水后，国家通过各种渠道加大了对东平湖的投资力度，进一步完善了东平湖防洪体系，对东平湖防洪安全起到很大作用。尽管如此，由于东平湖滞洪区地理位置特殊、工程布局复杂、功能设置强大，其防洪运用、管理维护等都称得上是一个庞大的系统工程，加之历史遗留问题和国家投资所限，东平湖防洪仍存在不少新的问题。例如，受庞口闸泄流能力严重不足的影响，东平湖北排流路不畅；
受流域区划和历史原因等，东平湖南排流路不通；
二级湖堤堤顶高度偏低，抗风能力不足；
围坝石护坡老化严重，难以起到护坡作用；
进出湖闸机电设施老化严重；
金山坝问题也是当前影响老湖防洪安全的焦点问题；
等等。这些问题受到黄委、国内有关水利专家及科研工作者的高度重视，黄委科技委于2005年11月22~25日进行了现场专题调研，黄委规计局于2008年6月30日在郑州专门召开了“东平湖滞洪区管理”专家研讨会。

在此，作者不想对上述问题老生常谈，只是希望通过这篇短文，引起人们从全国水利大格局及黄河治理战略上重新思考东平湖问题。从全国水利格局上讲，东平湖在南水北调东线工程投入运行后，将由单一滞蓄洪水水库转变为滞蓄与调蓄双重作用的特大型平原水库，急需研究解决滞蓄洪水、调蓄调水、水环境、运营管理带来的矛盾；
从黄河治理的大格局上讲，目前黄委每年汛前都要利用调水调沙冲刷黄河下游河道，调水调沙以来，山东河道不仅得到了持续冲刷，也实现了人们从防御洪水到洪水管理理念的转变。目前，东平湖水库与小浪底等其他水库一样，在汛前必须将汛限水位以上的蓄水泄掉，而汛期大汶河来水也大多仅仅经东平湖水库自然调蓄后直接排入黄河，对这些宝贵的水资源缺乏有效管理，仍处在被动的防御洪水阶段。新形势下，能否通过改造目前的工程布局，改变东平湖目前的防洪格局，优化东平湖水库运用模式，结合南水北调东线工程，有效地管理大汶河洪水，实现真正意义上的洪水资源化，冲刷山东河道、减轻山东河道的防洪压力？同时，降低孙口至艾山河道“驼峰河段”的相对侵蚀基准面，提高黄河下游河道的整体泄洪能力？

基于对这些问题的综合思考，作者拟通过资料初步分析、数学模型初步计算，探讨新形势下利用东平湖管理大汶河来水的可行性。本文仅是初步研究成果，加之研究水平有限，认识不足，不当之处敬请各位同仁批评指正。

东平湖滞洪区及东平湖水库现状运用方式

东平湖滞洪区位于黄河由宽河道进入窄河道的连接处，滞洪区总面积627平方千米，由二级湖堤将东平湖滞洪区分为新、老两个滞洪区。

东平湖滞洪区的主要防洪工程有大湖围坝、二级湖堤、进湖闸、出湖闸、退水闸、大清河工程等，其中进湖闸5座，设计总分洪流量11340立方米每秒，出湖闸3座，泄水能力约1800立方米每秒，库区排灌工程11座，总排灌能力151.3立方米每秒。

东平湖滞洪区的主要作用：一是分滞黄河洪水，即当黄河孙口站洪峰流量大于10000立方米每秒时，为保证其下游的防洪安全，需要向东平湖分洪，以控制黄河艾山站下泄流量不超过10000立方米每秒，2000年小浪底水库建成后，黄河运用东平湖分洪的机遇约30年一遇。二是接纳大汶河来水，即大汶河流域发生降雨过程，径流通过大清河首先进入东平湖，再由东平湖进入黄河，东平湖起到蓄洪滞洪的作用，蓄滞大汶河洪水的运用几率较大。

因此，东平湖滞洪区是黄河下游防洪工程体系的重要组成部分。其运用原则是：分滞黄河、大汶河洪水时，应充分发挥老湖的调蓄能力。当仅用老湖，其水位不超过46米时，不用新湖。当老湖不能满足分滞洪水要求，需新老湖并用时，应先用新湖分滞黄河洪水，以减少老湖淤积；
当遇特大洪水时，新、老湖并用。东平湖水库设计最高蓄水位46.0米，蓄水量39.79亿立方米。东平湖水库的水位库容关系见表1所示。

目前，老湖设计防洪运用水位为46.0米，相应库容11.94亿立方米；
7~9月汛限水位42.0米，汛限水位42.0~46.0米相应的水库库容约为8亿立方米；
10月份可抬高至42.5米；
二级湖堤的警戒水位为43.0米。

大汶河洪水特性及东平湖对大汶河洪水的自然调蓄作用

大汶河流域由于石山区所占比重较大（66.2%），产汇流条件较好。洪水特点是：洪峰形状尖瘦，含沙量小。一次洪水历时2~4天。历史实测大汶河最大洪水发生在1964年9月13日，戴村坝（东平湖入库站）流量为6930立方米每秒，当年年来水量为60.73亿立方米，东平湖老湖的最高蓄水位为43.54米（大沽高程，下同）；
其他历史较大洪水见表2所示。

据1952~1990年大汶河实测资料统计，戴村坝多年平均年来水量为11.49亿立方米，随着上游治理开发，来水逐渐趋于减少，1971~1990年平均年来水量为7.05亿立方米，1981~1990年气候干旱、降雨量偏少，平均年来水量仅4.8亿立方米，1989年曾出现干湖。

在黄河不分洪情况下，东平湖老湖自然调蓄大汶河来水，每年汛前老湖水位一般降至39.5~40.0米，蓄水量为0.44~0.98亿立方米。汛期大汶河洪水经大清河（戴村坝以下）进入老湖区，当黄河河水不顶托时，即由清河门、陈山口两出湖闸泄入黄河。20世纪80年代老湖蓄水运用情况如表3所示。

1990年大汶河来水较多，全年水量为18.2亿立方米，其中汛期来水17.12亿立方米，老湖最高蓄水位达43.72米，为建库以来最高蓄水位。汛末十月多年平均蓄水位为40.71米，蓄水量1.95亿立方米，面积140平方千米，冬季的四个月继续退水入黄，直至次年3月水位降至40.0米左右，显然是一个典型的“细水长流型”泄放过程。

大汶河来水与山东河道冲淤的承辅关系

1.山东河道冲淤概况

受上中游来水来沙条件变化的影响，黄河进入山东河道以后仍表现为典型的水少沙多特性，河道不断淤积抬高，过洪断面不断萎缩，使得部分河床高出堤外地面5米以上，成为著名的“地上悬河”，防洪任务日趋严峻。1951年至今，黄河下游经历了三门峡水库修建前的自然状态、三门峡水库不同方式运用和小浪底水库运用等几个阶段，不同阶段这一河段的冲淤演变表现也不同。

从1950~1999年不同时期河道的冲淤变化情况（见表4）来看，山东河道仅在1960~1964年三门峡运用初期、1980~1985年的丰水期发生了冲刷，但总体仍属于淤积状况，淤积量总计达到0.3214亿立方米，致使艾山、泺口、利津水文站的平滩流量也发生了相应的调整变化，到1999年，三个水文站的平滩流量已经减小为2800立方米每秒左右。小浪底水库投入运用以后，尽管进入山东河道的水量、洪峰流量均较小，由于水库运用初期下泄清水，山东河道还是发生了持续冲刷。特别是近年的调水调沙，优化了进入下游的洪水过程，冲刷效果相对有明显提高。

2.大汶河来水对山东河道减淤作用明显

由于大汶河来水含沙量小，经东平湖调节后，基本下泄清水入黄，既可以使艾山流量加大，增加河道的输沙能力，又稀释了水流含沙量，减轻了艾山以下河道淤积。刘月兰等人估算了各个时期大汶河入黄水量及对艾山以下河道减淤作用（见表5），指出大汶河入黄水量约100亿立方米，可减少艾山以下河道淤积1亿吨左右。其中，1960年11月~1964年10月大汶河来水对艾山~利津河段的贡献率（大汶河减淤量/实测淤积量）可达57.8%，平均减淤可达30.5%，由此可见，大汶河来水对艾山~利津的减淤作用明显。

3.大汶河来水增加了调水调沙期间山东河道的冲刷效率

截至目前，黄河连续进行了8次调水调沙，实现了黄河下游河道从河南到山东入海口的全线冲刷。值得关注的是，在2004、2005、2006年黄河调水调沙期间大汶河均出现了一定量级的洪水，这些水量的加入与否对山东河道冲淤影响程度如何？作者利用黄科院准二维非恒定流水沙数学模型对大汶河加水的实际水沙过程与假定不加水的水沙过程两种不同情况进行计算。准二维非恒定流水沙数学模型是黄科院多年研究开发，并逐步完善的水动学模型。该模型多次进行过黄河下游洪水演进、河床冲淤演变等方面的计算，为黄河治理开发提供了直接支撑。该模型还通过省部级的鉴定，专家一致认为该模型在多沙河流数值模拟技术方面达到国际领先水平。

通过模型计算，得到了大汶河加水与不加两种情况下下游河道的冲淤结果。作者分析大汶河加水时孙口~利津的冲淤计算结果与实际结果表明，计算值与实测值较为接近，再次验证了该模型的适用性，利用该数学模型开展预测是可行的，同时也将加水时模型的计算值作为比较的基础（见表6）。在不考虑大汶河加水时，汇入点以下艾山~利津河段分别少冲刷0.3501、0.2775和0.0752亿立方米（见表7）。

由此得出，在黄河下游调水调沙期间，大汶河洪水的加入增加了山东河道的冲刷效果，即大汶河来水对黄河调水调沙冲刷山东河道的效果是个正效益，加大了山东河道的冲刷效果。

4.东平湖入黄口河段河道状况影响“驼峰”河段冲淤变化

黄河下游雷口断面附近4.7千米的河段是近年来调水调沙主河槽过流能力相对较低的河段，也是影响下游行洪能力的“驼峰”河段。“驼峰”河段上游附近没有支流汇入黄河。东平湖退水入黄口就位于“驼峰”河段的下游，东平湖加水冲刷山东河道，相当于降低了“驼峰”河段下游过渡型河段与窄河段连接处的相对侵蚀基准面，引起溯源冲刷，对艾山以上河段冲淤也会有益，即东平湖的入黄口河道状况与“驼峰”河段冲淤的变化，一定存在着相应的承辅关系。但影响程度有多大，需要开展相关的分析研究。

受黄河干流的水沙变化以及“驼峰”河段边界条件的持续动态变化，很难通过原型资料分析出东平湖加水对“驼峰”河段的冲淤变化影响。通过大量资料对比分析发现，1982年和1985年黄河干流来水相对较为接近，而大汶河来水差别较大。1982年孙口汛期来水量226.2亿立方米，来沙量4.40亿立方米，1985年孙口汛期来水量231.6亿立方米，来沙量5.84亿立方米；
而这两年大汶河汛期来水量差别较大，1982年戴村坝水量0.55亿立方米，1985年戴村坝水量10.97亿立方米。

从表8可以看出，大汶河入黄河口附近黄河河道发生了较为明显的冲刷，距大汶河入黄口上游约17千米的陶城铺断面，1985年汛期比1982年多冲刷0.7米，距大汶河入黄河口下游约11千米的艾山断面，1985年汛期比1982年多冲刷约0.6米（见图2）。因此，东平湖入黄口河段河道状况与“驼峰”河段冲淤变化的承辅效应是明显的。

改变东平湖运用方式 管理好大汶河来水

1. 新形势下改变东平湖运用方式的可行性与必要性

南水北调东线工程投入运行后，东平湖作为最后一个调蓄水库，将实现第二次功能转换，必然引起库容重新分配。东平湖水库将肩负着沟通黄河、淮河、海河和连接胶东输水干线、鲁北输水工程，以及滞蓄黄河洪水、全部接纳大汶河来水和调蓄长江水的重任。东平湖也将从单一滞洪水库转变为兼具防洪与调蓄调水双重作用的特大型平原水库，急需研究解决防洪与调蓄调水之间的矛盾。

正确处理防洪与兴利之间的关系，合理分配防洪库容与兴利库容，是水资源科学、高效、经济运用的前提和依据。黄河调水调沙不但冲刷了黄河下游河道，而且积累了丰富的洪水调度管理经验；
初步研究表明，调水调沙期间大汶河加水对山东河道的冲刷具有积极作用，对目前“驼峰”河段的改善也有明显的作用。

因此，在南水北调东线工程实施的新机遇下，且随着水文预报技术的提高及人们对洪水管理理念的转变，改变东平湖的运用方式是可行的，对黄河下游河道的改善、东平湖水库的管理及汶河水的管理都是十分有益的。

黄委近期提出的“1493”治河体系中把“河床不抬高”作为维持黄河健康生命的一种主要标志，在目前入黄泥沙没有明显减少的情况下，利用东平湖调蓄汶河来水冲刷山东河道，改善山东河道的淤积是十分必要的。

2. 加高加固东平湖老湖堤确保管理好大汶河来水

东平湖老湖区的水库设计蓄洪水位46 米，库容39.79亿立方米，而老湖区的库容只有11.94亿立方米。近期受湖堤影响，老湖区防洪运用水位只能达到44.5米，库容也只有8.42亿立方米。二级湖堤是决定东平湖老湖调蓄能力的关键工程，设计堤顶高程48米、顶宽6米，防洪水位46米，设计防8级风力，风浪爬高为1.5米，石护坡厚0.3米。而实际上，山东河务局研究表明现状堤顶高程比设计堤顶高程低0.15~0.91米，而且从老湖区多年运行情况看，二级湖堤存在着堤顶高度偏低，石护坡破坏严重等问题，现在的二级湖堤在防洪水位46米时难以保证安全。因此，无论从南水北调东线工程施工后东平湖将转变为滞蓄与调蓄洪水的水库，还是从黄河下游整体防洪角度考虑，必须加高加固东平湖的二级湖堤。

当汶河遭遇超5年一遇洪水时，视黄河与汶河来水情况，若东平湖滞洪区启用新湖区，则损失巨大。如果加高加固东平湖的老湖堤，将大大增大东平湖老湖区的蓄洪能力，为改变东平湖的运用模式，有效管理大汶河来水创造了条件，也正是民生水利的真正体现；
同时，可减少向新湖分洪的几率，也会彻底增加“二级湖堤”的安全系数。

3. 彻底改建入黄闸门，保证东平湖入黄通畅

东平湖蓄滞洪水向北排水退入黄河，要先通过陈山口、清河门出湖闸，再由连接黄河河槽的出湖河道进入黄河。在出湖河道末端建有庞口防倒灌闸，在闸的一侧建有庞口防倒灌围堰。目前，庞口闸泄流能力为450立方米每秒，远小于出湖河道的泄洪能力。根据近几年来的运用情况，每当老湖水位超过43.50米时，地方政府均强烈要求破除围堰以增加泄流。此外，庞口闸底板高程与上下游相比明显偏高，影响了该闸的过流能力。而且，当汶河发生超过5年一遇洪水时需破除围堰，若遇黄、汶河交替来水，则需交替破除堵复，不仅时机难以把握，而且所需要费用高、破除难度大。

若要保证东平湖入黄畅通，建议对庞口闸进行扩建，将围堰全部改为防倒灌闸，解决东平湖入黄的瓶颈问题。

4. 适时人造洪峰冲刷山东河道，改善“驼峰”河段淤积形态

为了进一步说明加高加固“二级湖堤”，提高东平湖的蓄洪能力后，适时利用东平湖水库蓄水冲刷山东河道的效果，黄科院利用非恒定流准二维水沙数学模型，基于2004年调水调沙过程开展了初步的计算。

计算结果表明，东平湖加水对入汇口以下河道冲刷效果明显。与此同时，洪水过后艾山断面1000立方米每秒流量下，水位均有所下降，下降幅度为20~36厘米。不同方案下，各河段冲淤量如图3所示。

同时，再次利用黄科院准二维水沙数学模型，计算高村~艾山河段的冲淤变化。计算方案分为艾山平均河底高程不降低、降低20厘米、降低50厘米三种情况下，经历一场洪水和5年水沙系列的作用之后，“驼峰”河段断面调整情况。

从表9可以看出，在一场洪水过后，艾山断面在降20厘米及50厘米的情况下，比原来艾山断面不降时，河道3000立方米每秒水量可使水位分别下降3厘米、6厘米左右，相当于“驼峰”河段恢复过流60~80 立方米每秒、120~150立方米每秒。

从表10可以看出，在一场洪水过后，艾山断面在降20厘米及50厘米的情况下，比原来艾山断面不降时，河道3000立方米每秒水量可使水位下降17厘米、42厘米左右，相当于“驼峰”河段恢复过流340~400立方米每秒、840~900立方米每秒，显然对“驼峰”河段的改善是非常有利，同时对提升黄河下游整体防洪能力有着十分重大的意义。

5. 利用东平湖水库，调蓄极端天气气候事件下暴雨洪水

2008年7月，我国很多地区都发生了极端的天气气候事件，很多气象要素记录都被打破了，城市中汽车与房屋浸在水中的景象至今还让人记忆犹新。中国气象局研究表明，这种极端天气气候事件的发生，会越来越频繁，会越来越明显。我国水资源分布不均，南方地区水多、北方水少，随着南水北调工程的实施，全国水网系统布局会逐步完成，为水资源的再分配创造了条件。特别是在南水北调东线工程实施的时机下，东平湖水库功能改变，在汛期尤其在极端天气气候条件下，南方地区多余的水量可调到东平湖水库，化害为利。

大汶河流域属于温带季风区，洪水多集中在汛期，而且也是暴雨等极端天气的高发区，造成大汶河洪水陡涨陡落，大大威胁了该流域防洪安全。若东平湖水库运用模式改变后，可以对极端天气条件下洪水进行调蓄，并利用这些水量再冲刷山东河道，可起到化害为利的作用，进一步促进人水和谐发展。

6. 改变东平湖现行运用方式的效益初评

通过加高加固东平湖的老湖堤，增强东平湖的调蓄能力，不仅是新时期下东平湖管理必走之路，而且也为有效地管理大汶河洪水奠定了基础。利用这些洪水合理调度，不但可有效地冲刷山东河道，同时也会降低入黄处河道的相对侵蚀基准面，引起溯源冲刷，改善上游“驼峰”河段的淤积形态，对塑造黄河下游河道有十分积极的作用。同时，东平湖运用模式改变后，还能满足供水、湖区农业灌溉、东平湖蓄水养殖、旅游等方面需求，为该地区的人民的生活和发展带来生机，也正是民生水利的真正体现。

结束语

通过对东平湖的运用模式进行初步研究，认识到：1.从历史资料分析，大汶河来水对艾山~利津河段的贡献率可达30%，对山东河道的减淤有十分积极的作用；
2.在调水调沙期间，利用大汶河洪水可以增加山东河道的冲刷效果，利用东平湖10亿立方米的水，可使孙口~利津河段多冲刷0.45亿立方米的泥沙，相对于1方水冲走15千克左右的泥沙，艾山断面3000立方米每秒水量可使水位降低36厘米；
3.艾山相对侵蚀基准面降低后，将大大改善“驼峰”河段的淤积形态，若艾山降20厘米，经五年的水沙系列计算，“驼峰”河段平均河底高程下降17厘米，相当于过流能力恢复400立方米每秒，若艾山降50厘米，“驼峰”河段平均河底高程降42厘米，相当于“驼峰”河段恢复过流900立方米每秒；
4.改变东平湖运用模式后，可有效地调蓄极端天气气候事件下暴雨洪水，减轻该流域的防洪压力。

因此，改变东平湖现有运用模式，充分利用东平湖水库调蓄能力，不仅有利于东平湖的有效管理，而且对黄河下游冲刷及“驼峰”河段的断面形态调整意义重大。值南水北调东线工程实施的有利时机和国家加大投资力度的大好形势下，希望能够加强前期科学研究的力度，真正改变东平湖面貌，实现人水和谐发展，体现民生水利的真谛。

（江恩惠：黄河水利科学研究院副院长教授级高工）

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