刘家峡水电站使用无人艇搭载水下探测装备探测库底沙情。
新甘肃·甘肃日报记者 王占东
近日，刘家峡水电厂再上新装备——无人艇搭载多波束测深仪泛行库区，测绘水下地形和沙情，为汛期排沙作业打出“提前量”。
国家电网甘肃刘家峡水电厂水工分场副主任晋洁说，相比以前工作人员乘船用仪器测量的办法，这套新的水下探测装备能将测量一次库底地形的时间，从一个半月缩短至半个月，更能辅助精准排沙。
“九曲黄河万里沙。”泥沙，是黄河水电站面临的最大威胁。如果“重电轻水不管沙”，泥沙就会淤满坝前库区，还会导致水轮机过流部件发生磨蚀现象。
据刘家峡水电厂统计，从1978年至2025年底，刘家峡水电站排沙量约3.48亿吨。
作为黄河上游重要的水利枢纽工程，刘家峡是如何排沙的？
春分时节，记者采访了刘家峡水电厂高级工程师李保国。他回忆，在刘家峡水电厂投产之初，曾在坝前建有流量为105立方米/秒的小型排沙洞，在库区水位低、容量大时，放水排沙，但只能排坝前的淤沙。这使得洮河与黄河交汇处的水下，一度形成30多米厚的泥沙淤积层。库区含沙量大，不仅对大坝下的水轮机转轮磨蚀严重，造成五台机组每年轮流大修一次，还影响库区安全。后来，刘家峡水电厂又探索了依托泄水道排沙的办法。这一办法，虽然排沙量提高了，但水也放得多，发电量减少了。这一形势倒逼刘家峡水电厂必须寻找一套灵活、经济的调水调沙方案。
20世纪70年代初，刘家峡水电厂在解决排沙的世界级难题时发现，汛期洮黄交汇处，有一道来自洮河的混浊激流趁着坡势和冲力斜潜下行，却不与库内清水相融合，形成水文上的“异重流”现象。
异重流是指在重力场中因流体密度差异形成的分层流动现象，常见于水库潜流、河口水体分层等自然场景。
何不借助“异重流”，让汹涌的黄色泥沙带直接排出水库？1972年，刘家峡水电站在国内首次实现了对水库“异重流”现象的主动利用与人工调控，首创了“基于异重流主动调控的水库排沙技术”。
其操作办法是，在距洮黄交汇处上游20多公里的洮河红旗水文站，提前预报站内流量、含沙量，然后，刘家峡水电厂结合水库水位，预测“异重流”到大坝前的时间，选在“异重流”抵达大坝时，开闸排沙。
比如，早上八点，红旗水文站监测到流量300立方米/秒、水位1727米，刘家峡水电厂测算6小时后即下午两点到，“异重流”抵达坝前，那么中午12点就开对坝前含沙量进行加密监测，精确把握提门排沙时间，做好两点钟提门排沙准备。
从1973年至1990年，刘家峡水电厂进行“异重流”排沙60余次，排沙1亿多吨。
但常态化经大坝提门排沙，不仅浪费人力、物力、水力，还存在安全隐患。刘家峡水电厂又提出了大胆设想——能否在“异重流”抵达洮黄交汇处开一个口子，进行排沙？
这一设想，经过了近20年的反复论证和准备，2006年5月，刘家峡水电厂上马了洮河口排沙洞工程。
这又是一个创举：即在距坝前1.5公里的洮河口——洮黄交汇处，下穿水面70米，在岩石层上开凿排沙洞，开挖贯通大坝南侧山地的排沙“高速路”，通过“穿黄排沙”方式，直接将泥沙排至大坝下游的河道。
刘家峡水电厂工程建设部专家高承众说，这条长1480米的排沙洞，打通了洮河口至大坝下游黄河河道。在排沙洞下游距黄河河道500米处，主排沙洞从此分叉，一条洞留给清水，一条洞留给浑水，实现清、浑分离。在清水洞下游，还安装了两台各15万千瓦的混流式水轮发电机组。当浑水来时，关闭清水洞闸门排沙。当清水来时，开起清水闸门发电，以“浑水排沙、清水发电”，实现“一洞两用”。
刘家峡水电站排沙洞排沙现场。
这一工程自2015年建成投运以来，取得多重利好。
——入库泥沙在坝前上游1.5公里处被拦截，并沿排沙洞排至坝后黄河河道，降低泥沙对坝体安全的影响；
——坝前水体含沙量降低，减轻了电厂五台主机组水轮机转轮磨蚀，减少了机组检修，增加了机组发电效率；
——排沙洞末端两台15万千瓦机组并网发电，相当于又建了两座中型水电站。
高承众介绍，在2018年的一次沙峰过程中，红旗水文站预报的含沙量是453公斤/立方米，洮河口排沙洞排出的水含沙量290公斤/立方米，排沙洞出口的含沙量占洮河来沙峰值的64%。在2025年8月8日的一次排沙中，排沙洞瞬时的水体含沙量为272公斤/立方米。说明洮河口排水洞进行了有效排沙，最大限度降低了泥沙进入坝前库区，也减轻了泥沙对主发电机组的侵蚀。
据刘家峡水电厂统计，洮河口排沙洞从2015年投运至2025年底排沙量约为1980万吨，约占同时段刘家峡水电站排沙量的68.9％。“十四五”期间，刘家峡水电站排沙约977万吨，其中洮河口排沙洞排沙约924万吨，约占总排量的94.6％。排沙洞洞口两台15万千瓦机组自2018年并网发电以来，累计发电量102.52亿千瓦时。
刘家峡水电站排沙现场。
“如今，红旗水文站、库区水位、库区水下监测都应用了人工智能技术，形成了一整套包括预测预报、精准诱发、过程调控与效果评估在内的主动操作技术体系，实现了水库淤积防治从被动应对到主动清淤的重大技术跨越。”晋洁介绍，刘家峡水电厂不仅能够精准排沙，还能多发电，实现了安全、生态、经济价值的有机统一。
