黃河下游典型年份水沙條件與河床演變特征分析

張寶利，魯 文，朱莉莉

(1.小開河引黃灌溉管理局，山東 濱州 256600；2.中國水利水電科學研究院，北京 100048；3.黃河上中游管理局，西安 710021)

黃河下游典型年份水沙條件與河床演變特征分析

張寶利1，魯 文2，朱莉莉3

(1.小開河引黃灌溉管理局，山東 濱州 256600；2.中國水利水電科學研究院，北京 100048；3.黃河上中游管理局，西安 710021)

文章采用實測資料分析方法，研究黃河下游典型年份的水沙條件與河床演變特征。研究結(jié)果表明：黃河下游2006年是典型枯水枯沙年份，年水沙量與多年同期相比均偏少。全年洪水過程僅2場，分別是6月小浪底水庫調(diào)水調(diào)沙洪水和8月小浪底水庫異重流排沙產(chǎn)生的“06·8”洪水。黃河下游河道2006年利津以上沖刷1.318億m3，沖刷集中在夾河灘以上，非汛期沖淤沿程分布具有“上沖下淤”的特點。

黃河下游；水沙條件；河床演變；調(diào)水調(diào)沙；異重流

0 前 言

黃河是一條舉世聞名的多泥沙河流，大量泥沙造成黃河善淤、善徙、善決的特性，給兩岸人民帶來極大危害。人民治黃以來，創(chuàng)造了黃河60多年伏秋大汛不決口的奇跡，保證了人民生命財產(chǎn)的安全。與此同時，黃河流域的水沙資源開發(fā)利用也在大力開展，為兩岸社會經(jīng)濟的發(fā)展提供了最為重要的物質(zhì)條件。1999年10月后，小浪底水庫的投入運用，改變了進入黃河下游的水沙條件，導致黃河下游防洪形勢發(fā)生了相應變化。2006年是典型的枯水枯沙年，對于小浪底水庫運用初期的年際水沙條件具有一定的代表性，研究典型枯水枯沙年份的黃河下游河床演變特征，可以了解小浪底水庫運用初期的防洪形勢，是進一步黃河治理和可持續(xù)開發(fā)的基礎[1]。文章在分析黃河下游2006年水沙條件的基礎上，研究了黃河下游河道河床演變特征，試圖為黃河下游河道治理提供科技支撐。

1 黃河下游2006年水沙條件

1.1 水沙年際變化特征

黃河下游2006年運用年(2005年11月-2006年10月)是枯水枯沙年，年水沙量與多年(1956-1999年)同期相比均減少，其中水量減少24%-34%，沙量減少均在80%以上，沙量減少幅度大于水量減少幅度。黃河下游主要控制站下游(小浪底+黑石關+武陟)、花園口和利津站年水量分別為289.16億m3、292.28億m3和215.63億m3，與多年同期相比減少26%-33%；年沙量分別為0.398億t、0.865億t和1.592億t，較多年同期減少86%-96%。

1.2 水沙年內(nèi)分配特征

黃河下游2006年非汛期花園口和利津由于小浪底水庫調(diào)水調(diào)沙大量泄水，水量分別為208.49億m3和139.38億m3，較多年同期增加19%和12%；沙量分別為0.476億t和0.985億t，較多年同期增加15%和115%。

汛期進入下游、花園口和利津的水量分別為81.8億m3、83.78億m3和76.25億m3，較多年同期相比減少61%-63%；相應沙量分別為0.331億t、0.389億t和0.607億t，與多年同期相比減少91%-96%。汛期占年比例水量在28%-35%，沙量在86%-99%。汛期下游小流量級占主導，沒有日平均3000m3/s以上的大流量，1000m3/s以下花園口和利津均為97d，占汛期歷時的79%。

1.3 洪水特征

全年花園口最大洪峰流量為3970m3/s(6月21日16時)，最大含沙量116kg/m3(8月4日17.1時)?；▓@口洪峰流量2000m3/s以上的洪水僅2場，分別是非汛期6月中下旬小浪底水庫調(diào)水調(diào)沙洪水和8月上旬小浪底水庫異重流排沙產(chǎn)生的“06.8”洪水[2]。

非汛期根據(jù)主要水庫蓄水情況，6月9日14時小浪底水庫開始預泄，6月15日9時調(diào)水調(diào)沙正式開始，29日0.6時排沙洞關閉，期間小浪底水庫最大泄流量4200m3/s，最大含沙量53.7kg/m3，出庫水量54.97億m3，排沙量0.084億t；花園口洪峰流量3970m3/s，最大含沙量26.4kg/m3，水量55.01億m3，沙量0.182億t，為歷次調(diào)水調(diào)沙以來持續(xù)時間最長、流量最大的一次；入海利津水沙分別為48.13億m3和0.648億t，最大流量為3750m3/s，最大含沙量為22.5kg/m3。

受中游洪水影響，潼關站于8月2日5.7時出現(xiàn)洪峰流量1780m3/s，最大含沙量28kg/m3的洪水，由于入庫潼關站發(fā)生流量超過1500m3/s的流量，達到了三門峽水庫泄空沖刷的來水條件，三門峽水庫在8月2日凌晨3時左右開始暢泄排沙，歷時達17h，出庫最大流量4860m3/s，最大含沙量達454kg/m3, 三門峽泄空沖刷產(chǎn)生的高含沙水流在小浪底水庫發(fā)生了異重流，小浪底水庫下泄高含沙洪水，最大含沙量達303kg/m3，在小浪底到花園口期間沒有明顯大流量加入情況下，相應下游花園口出現(xiàn)洪峰流量3360m3/s，比相應小浪底最大流量2230m3/s明顯增大，即使扣除小花間支流的110m3/s流量，花園口的流量仍然增大了約1020m3/s，即增大了46%，說明小花間發(fā)生了流量沿程增大現(xiàn)象。這是小浪底水庫投入運用以來，第3次在黃河下游小花間發(fā)生洪峰流量沿程增大等“異?！爆F(xiàn)象，該次洪水在夾河灘洪峰流量為3030m3/s，較花園口減少10%；利津洪峰流量2380m3/s，最大含沙量59.2kg/m3。

2 黃河下游2006年河床演變特征分析

2.1 年際沖淤演變特征

運用沙量平衡法計算各河段沖淤量，由計算結(jié)果可以看出，非汛期高村以上河段沖刷0.943億t，高村以下河段沖刷0.361億t，全下游沖刷1.304億t；汛期高村以上和以下河段分別沖刷0.198和0.110億t，全下游沖刷0.308億t。運用年內(nèi)下游河道沖刷1.598億t，其中高村以上沖刷1.127億t。

根據(jù)黃河下游河道2005年10月、2006年4月和2006年10月三次統(tǒng)測大斷面資料計算各河段沖淤量，由計算結(jié)果可以看出，非汛期沖淤量的沿程分布具有“上沖下淤”的特點，除夾河灘以上河段顯著沖刷外，其余河段沖淤量都不大，全下游總沖刷量為0.464億m3；汛期整個下游河道均為沖刷，沖刷量為0.854億m3，其中花園口-夾河灘河段占53%。全年沖刷1.318億m3，其中汛期占65%，全年沖刷量集中在夾河灘以上，尤其是花園口-夾河灘河段，這主要是由于汛期和非汛期同時沖刷造成[3]。

2.2 洪水沖淤演變特征

2006年汛期黃河下游只有兩場小洪水，但為了分析較大流量過程對黃河下游沖淤變化的影響，還統(tǒng)計了汛前下游春灌期及汛期較大流量過程共7場，洪水特征值和沖淤量，由統(tǒng)計結(jié)果可以看出，春灌期平均流量在1000m3/s左右時，高村以上河段均為沖刷，高村以下河段以淤積為主，全下游表現(xiàn)為沖刷；調(diào)水調(diào)沙洪水期，下游沖刷量最大為0.678億t，占全年沙量平衡法沖刷量的42%；其余各場洪水黃河下游總體上是沖刷的，但在高村以下河段有沖有淤，沖淤量值均比較小?？傮w來看，除調(diào)水調(diào)沙期平均流量較大外，其余在800-1300m3/s之間，當徑流量較大時、下游河道的總沖刷量較大[4]。

2.3 同流量水位變化特征

汛期首場洪水和末場洪水的同流量水位變化可以大體上反映汛期河道的過流能力變化。2006年黃河下游發(fā)生洪峰流量超過2000m3/s的洪水只有兩場，分別是6月中下旬的調(diào)水調(diào)沙洪水和8月上旬的“06.8”洪水。點繪兩次洪水的水位流量關系，由點繪結(jié)果可以看出，從調(diào)水調(diào)沙漲水期到“06.8”洪水落水期，同流量(3000m3/s)水位花園口上升0.1m、而同流量(2000m3/s)下降0.12m；夾河灘下降0.46m、高村(2000m3/s)下降0.03m、孫口上升0.03m、艾山上升0.06m、濼口下降0.18m、利津上升0.06m。夾河灘同流量水位下降幅大的主要原因，是其下游的貫臺古城附近的畸形河灣在2006年5月1日前后突然發(fā)生了自然裁彎，流路大大縮短引起的[5]。

3 結(jié) 論

黃河下游2006年運用年是枯水枯沙年，年水沙量與多年同期相比均偏少，其中水量減少24%-34%，沙量減少在80%以上。非汛期由于水庫調(diào)水調(diào)沙，水沙量均較多年同期有所增加。全年花園口洪峰流量2000m3/s以上的小洪水過程僅2場，分別是非汛期6月中下旬小浪底水庫調(diào)水調(diào)沙洪水和8月上旬小浪底水庫異重流排沙產(chǎn)生的“06.8”洪水，其中“06.8”洪水在小花間發(fā)生洪峰流量沿程增大等“異?！爆F(xiàn)象。2006年下游利津以上沖刷1.318億m3，其中汛期占65%，沖刷量集中在夾河灘以上，尤其是花園口-夾河灘河段。非汛期沖淤量的沿程分布具有“上沖下淤”的特點，除夾河灘以上河段顯著沖刷外，其余河段沖淤量都不大；汛期整個下游河道均為沖刷，沖刷量為0.854億m3，其中花園口-夾河灘河段占53%。

[1]胡春宏.黃河水沙過程變異及河道的復雜響應[M].北京：科學出版社，2005：27-36.

[2]尚紅霞，孫贊盈.小浪底水庫運用以來下游河道沖淤效果分析[R].鄭州：黃河水利科學研究院，2007.

[3]潘賢娣，李勇，張曉華，等.三門峽水庫修建后黃河下游河床演變[M].鄭州：黃河水利出版社，2006：55-70.

[4]胡春宏，陳建國，郭慶超，等.黃河水沙調(diào)控與下游河道中水河槽塑造[M].北京：科學出版社，2007：18-26.

[5]李文學，李勇，姚文藝，等.黃河下游河道行洪能力對河道萎縮的響應關系[J].中國科學(E輯)，2004，34(增刊)：126-132.

Analysis for Water and Sand Conditions of Lower Yellow River in Typical Year andIts Evolution Characters of River Bed

ZHANG Bao-li1;LU Wen2;ZHU Li-li3

(1.Xiaokai River Diversion to Yellow River Irrigation Management Bureau, Binzhou 256600, China; 2. ChineseWater Conservancy & Hydroelectric Power Science Research Institute, Beijing 100048, China;3. Management Bureau of Upper and Middle Yellow River, Xi'an 710021, China)

Observed data analysis method was adopted to study the water and sand conditions on lower Yellow River in typical years and its characters of river bed evolution. The results show that 2006 is the typical low flow year and dry sand year for the Yellow River, and mean annual quantities of water and sand are less than the same period. Only two flood processes for the whole year, there were respectively water and sand transportation flood of the Xiaolangdi reservoir in June and "06.8 flood" caused by sediment flushing through density gravel flow in the Xiaolangdi reservoir. There were 0.1318billion m3scoured on the upper Lijin of the river course on the downstream of Yellow river in 2006, concentrating on the upper Jiahe alluvial plain, and silt scouring was characterized as "scouring on the upstream and silting on the downstream" along the river not in the flood period.

downstream of Yellow River; conditions of water and sand; evolution of river bed; water and sand transportation; density current

1007-7596(2017)07-0005-03

2017-06-20

國家十三五重點研發(fā)計劃重點專項(2016YFC0402408)；中國水科院科研專項(泥基本科研KY1785)

TV147

B

張寶利(1977- )，男，山東濱州人，工程師，從事農(nóng)田水利建設與管理；魯文(1976-)，女，江蘇瞿寧人，高級工程師；朱莉莉(1973-)，女，河南皖西人，高級工程師。