科学网郑州讯 （通讯员王静琳 时爽 记者史俊庭）作为黄河中游规模最大的水利枢纽，小浪底水利枢纽甫一出生就责任重大。它是承上启下控制黄河下游水沙的关键工程，承担着黄河调水调沙的重任。它还是国家4A级旅游景区，有“小三峡”之美誉，在调水调沙期间，游人如织。

观赏人造瀑布的游客或许并不知道，在小浪底水库清澈广阔的水面下面，淤积了厚厚的泥沙，这些泥沙已经侵占了30多亿立方米的库容。

为给小浪底水库“瘦身”，让它长期发挥拦沙减淤效益，科研人员进行了大量研究。在黄河水利科学研究院（简称黄科院），就有一个专业的研究机构——黄河小浪底研究中心，专门“诊治”小浪底水库运用中的各种“疑难杂症”。

黄河科研战线“小年轻”

黄河小浪底研究中心成立于2012年，是黄科院最“年轻”的单列机构，同时也隶属于水利部黄河泥沙重点实验室。说起黄河小浪底研究中心成立的初衷，该中心副主任曲少军告诉记者：“小浪底水利枢纽1999年10月下闸蓄水，到2009年已经运行了10年，发挥了巨大的防洪减淤效益，但水库淤积问题也显得日益突出。在时任黄委主任李国英的提议下，决定筹建黄河小浪底研究中心，专门开展水库泥沙研究。”

“中心现有工程泥沙研究室、水库调度研究室2个业务科室，职工12人，大部分是从黄科院泥沙所工程泥沙一室（小浪底研究室）调过来的，近几年也招了一些研究生。”曲少军说。

这是一个极具朝气与专业精神的团队，既有经验丰富的老专家，也有年富力强、热爱创新的80后，团队成员70%以上具有研究生学历。

虽说是新机构，但他们对水库研究并非从零开始。曲少军说，从小浪底水库论证、设计阶段开始，我们一直是小浪底水库泥沙问题研究的主力军，这为中心的创立提供了宝贵的经验和基础。位于郑州北郊的模型黄河试验基地，有个小浪底模型厅，里面的小浪底水库模型、基础试验水槽，为黄河小浪底研究中心提供了不可多得的试验平台。

“小年轻”的大作为

“我们长期致力于公益性项目的科学研究，先后承担了国家重点科技攻关项目、国家自然科学基金重大项目等多项国家级项目；中心骨干曾荣获国家科技进步一、二等奖，水利部大禹水利科学技术一、二等奖……”听了曲少军的介绍，记者不禁为这个“小年轻”的大作为而感叹。

完成的众多项目中，曲少军最在意的当属“人工塑造异重流”和“水库调度运用方式”这两项研究。

“异重流是中心的一个研究重点。小浪底水库拦沙运用初期，主要靠异重流排沙延长拦沙库容使用年限。2010年至2013年的黄河汛前调水调沙，人工塑造的冲刷型异重流排沙比均超过100%。”曲少军说。

2004年黄河第三次调水调沙试验，首次人工塑造异重流成功，大大提高了小浪底水库的排沙效率，随后的每年汛前调水调沙，将塑造异重流作为重要目标之一。

人工塑造异重流方案每年都由黄科院原副总工程师张俊华带领的团队来做。张俊华告诉记者，黄科院在1997年开展“小浪底水库拦沙初期运用方式研究”课题时，就对人工塑造异重流进行了全面系统地研究，并制作了小浪底水库模型。小浪底水库正式投入运用后，库区多次发生异重流，他们利用水库实测数据，在模型上复演了2001年、2002年异重流排沙出库的整个过程。

异重流是多沙河流水库中非常常见的一种排沙现象，但这仅限于天然洪水，在中小流量情况下，利用有限的水量人工塑造异重流并非易事，找到异重流产生并可排沙出库的临界条件显得尤为关键。

张俊华等人研究提出了异重流潜入条件及潜入位置、异重流持续运行条件及排沙能力等成果，为异重流塑造奠定了理论基础。

“尽管年年人工塑造异重流，但塑造方案并不是一成不变的。”张俊华说，“即便我们在实施之前依据设计的来水来沙条件及实测的水库边界条件编制了周密的异重流塑造预案，在实施时往往还需要调整。”

她举例说，2006年调水调沙时，遇到了“万家寨水库蓄水有限，不能按实施方案调水”的突发状况，意味着塑造异重流没有足够的后续动力，难以成功。他们随即连夜修改塑造方案，终于在万家寨水库仅补水不足0.4亿立方米的情况下，成功塑造出异重流，异重流排沙841万吨，排沙比高达35.8％。

每年调水调沙结束后，黄河小浪底研究中心都会对运行效果进行后评估，为下一阶段的调水调沙及水库调度积累宝贵经验。

同时，黄河小浪底研究中心还从基础理论、运动规律上对异重流作了深入研究，提出了异重流排沙计算模式，构建了数学模型，促进了异重流研究学科发展。

然而，随着异重流排沙方式的持续运用，小浪底水库干流异重流倒灌支流导致的支流拦门沙问题，成了水库减淤的“拦路虎”。曲少军说：“小浪底库区的支流较多，支流库容达52.63亿立方米，占总库容的41.3%。支流无效库容的增多无疑对水库减淤作用发挥极为不利。”

“另外，近年来，随着经济社会快速发展对水资源需求的日益旺盛，小浪底水库设计阶段提出的‘逐步抬高水位拦粗排细’调度方式逐渐显现出一定的缺陷：水库可蓄的水量变得越来越少，没水可用，也没法塑造大洪水过程排走库区的细泥沙。”

“入库水沙条件确定后，水库减淤效果取决于水库的调度方式。”张俊华说。于是，他们开始了小浪底水库运用方式的研究探索。

他们专门建造了一座π型水槽，用以观察异重流倒灌支流、拦门沙淤积过程及分布等情况。并通过录像等辅助手段，让这一在实际中难以被直接观察到的现象得以清晰、直观地展现。

他们提出了“适时延长或拓展相机降水冲刷”的水库优化调度方式，来塑造水库溯源冲刷过程，维持库区三角洲淤积形态，从而延缓水库淤积速度。

这项研究成果为小浪底水库在充分确保黄河下游减淤、供水、防断流的前提下，尽可能延缓水库淤积速度、有效利用支流库容等方面提供技术支撑。成果在黄河防汛调度、水资源管理和小浪底水库运用中得到应用，社会效益与经济效益显著，被水利部鉴定为国际领先水平。

把成果推广出去

曲少军告诉记者，虽然他们部门的名字叫黄河小浪底研究中心，但工作的范围并不局限于小浪底水库。

目前，该中心已经开始着手将小浪底水库运用方式研究成果推广到黄河其他水库的运行管理中，为这些水库的科学调度及综合效益的发挥提供技术支持。他们也期望，这项研究成果可以为古贤、碛口等水利枢纽的建设和运用提供宝贵经验。同时，他们还开展了水库群联合调度研究，为构建黄河水沙调控体系贡献力量。

黄河小浪底研究中心在发展过程中积极寻求与外部单位的合作，学习先进的经验，开阔自己的视野，在合作中实现共赢。除了与沿黄有关单位合作外，还与清华大学、武汉大学、南京水科院等单位建立了合作关系。

中国北方多沙河流很多，许多水库都有排沙清淤、恢复库容的需求。黄河小浪底研究中心正与南京水科院合作，评估中小水库恢复库容的可行性及措施。

在处理水库泥沙的同时，能否为我所用，发挥水库泥沙的资源效益？黄河小浪底研究中心已开展了多次调研活动，正为水库泥沙利用寻求积极的解决方案。

每当黄河调水调沙异重流出库的时候，一条巨大的白色水瀑从大坝上端的明流洞中腾空而出，两条巨大的深黄色水瀑从排沙洞跃出，在坝后约50米处，“白龙”与“黄龙”交汇，形成巨龙奔腾向前的“泥沙瀑布”，吸引着成千上万的游客前来参观。我们欣赏美景的同时，也该为美景背后的探索者——黄河小浪底研究中心的工作人员点赞！