水沙變化條件下黃河寧蒙河段沖淤演變特征※

(1. 小開(kāi)河引黃灌溉管理局，山東 濱州 256600；2.黃河河口管理局，山東 東營(yíng) 257091; 3. 中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京 100048)

水沙變化條件下黃河寧蒙河段沖淤演變特征※

張寶利1盧書(shū)慧2張治昊3

(1. 小開(kāi)河引黃灌溉管理局，山東 濱州 256600；2.黃河河口管理局，山東 東營(yíng) 257091; 3. 中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京 100048)

本文采用實(shí)測(cè)資料分析的方法，研究了水沙變化條件下黃河寧蒙河段沖淤演變特征，研究結(jié)果表明：1986年龍羊峽水庫(kù)運(yùn)用后，調(diào)節(jié)徑流泥沙，改變了出庫(kù)流量過(guò)程，使得進(jìn)入黃河寧蒙河段年均水沙明顯減少，年內(nèi)分配發(fā)生變化，洪峰流量大幅度減小。水沙變化導(dǎo)致黃河寧蒙河段同流量水位抬升，河床持續(xù)抬高，主河槽淤積萎縮，過(guò)流能力降低，說(shuō)明了水庫(kù)運(yùn)用會(huì)對(duì)下游干流河道沖淤演變帶來(lái)負(fù)面影響。

水沙變化；寧蒙河段；沖淤演變；平灘流量

1 引 言

黃河寧蒙河段是黃河干流游蕩性河段之一，水沙變化和河床演變復(fù)雜。特別是1986年龍羊峽水庫(kù)投入運(yùn)用后，水沙條件發(fā)生更大變化，寧蒙河段演變出現(xiàn)新問(wèn)題：主槽淤積萎縮嚴(yán)重，過(guò)流能力降低，河勢(shì)變化加劇，防洪、防凌形勢(shì)十分嚴(yán)峻[1]。由于黃河流域水量普遍偏枯，在沖積性河段均不同程度地出現(xiàn)了河槽萎縮，而對(duì)龍羊峽水庫(kù)運(yùn)用以來(lái)寧蒙河段的淤積狀況、水沙變化對(duì)河床演變的影響程度、平灘流量的變化和河槽的過(guò)洪能力等認(rèn)識(shí)不足，難以為新形勢(shì)下防洪和防凌工作提供技術(shù)支撐。因而需要全面系統(tǒng)地收集資料，對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行深入研究，探索其變化的新特點(diǎn)。本文以水文站實(shí)測(cè)資料和斷面測(cè)量資料為基礎(chǔ)，分析了沿程不同河段沖淤變化特點(diǎn)；對(duì)寧蒙河段不同時(shí)期同流量水位變化、斷面形態(tài)變化進(jìn)行了分析；分析了不同時(shí)期平灘流量的變化；利用沙量平衡方法分析河道沖淤量，進(jìn)而綜合分析該河段沖淤變化特點(diǎn)。

2 黃河寧蒙河段水沙變化特征

2.1 年均水沙明顯減少

在1969—1986年劉家峽水庫(kù)投入運(yùn)用至龍羊峽水庫(kù)運(yùn)用前，下河沿實(shí)測(cè)年均水量為324.0 億m3，較多年平均偏大3.2%，而汛期水量171.7億m3，較多年均值減少11%；年均輸沙量為1.089億t，較多年平均減少41%，汛期輸沙量0.910億t，較多年均值減少43.2%。

1986年龍羊峽水庫(kù)運(yùn)用后，1987—2010年年均水量247.6億m3，較多年均值減少21%，汛期水量103.7億m3，較多年均值減少46.3%；輸沙量進(jìn)一步減少，年均輸沙量只有0.809億t，較多年平均值減少56.3%，汛期輸沙量0.630億t，較多年均值減少60.7%。

2.2 年內(nèi)分配發(fā)生變化

1969—1986年下河沿站汛期水量占全年的比例為53.0%，汛期輸沙量占全年的比例為83.6%，均小于建庫(kù)前多年平均情況；1987—2010年汛期水沙量占年比例進(jìn)一步減少，汛期水量占全年的比例只有41.9%，汛期輸沙量占全年的比例減為77.9%。

年內(nèi)各月水、沙量趨于均勻。特別是1987年以后，6—10月水量顯著減少，其他月份水量增加，調(diào)整的結(jié)果5—10月各月水量接近，平均為26億m3，年內(nèi)月水量最大與最小之間相差2.4倍，而1968年以前的多年平均最大與最小相差7.1倍。沙量以8月最大，為0.273億t，占全年的33.8%，較多年平均減少0.473億t；7月次之；而11—12月和1—3月沙量仍非常少?？梢?jiàn)沙量在時(shí)間上仍具不均勻性，但集中程度減弱。

2.3 洪水特征發(fā)生變化

由于龍羊峽、劉家峽水庫(kù)的調(diào)蓄作用，1986年以后進(jìn)入寧蒙河道的洪水特征發(fā)生趨勢(shì)性變化[2]。1986年以后各站最大流量均減小，其中，下河沿站1965—1986年，最大流量為5840m3/s，最小流量為1680m3/s。大于4000m3/s的有6年，占27.3%；大于3000m3/s的有13年，占59.1%；只有1年小于2000m3/s。1987—2010年，最大日均流量為3550m3/s，最小為1078m3/s。大于3000m3/s只有1年，占5.6%；大于2000m3/s有4年，占22.2%；小于2000m3/s有14年，占77.8%。

巴彥高勒為進(jìn)入內(nèi)蒙古沖積河段控制站，1954—1986年，最大日均流量為5210m3/s，最小為1230m3/s。大于4000m3/s有3年，占9.1%；大于3000m3/s有17年，占51.5%；大于2000m3/s有29年，占87.9%；小于2000m3/s只有4年。1987—2010年，最大日均流量為2760m3/s，最小為817m3/s。大于2000m3/s只有1年，占5.6%，其余各年均小于2000m3/s，有2年甚至小于1000m3/s。

3 黃河寧蒙河段沖淤演變特征

3.1 河道淤積加重

天然情況下，寧蒙河道處于緩慢抬升之趨勢(shì)，多年平均淤積厚度為0.01～0.02m。但是在1986年之后，由于氣候和人類活動(dòng)的綜合影響，河道淤積加重，尤以內(nèi)蒙古河段最為嚴(yán)重[3]。例如，1987—2010年內(nèi)蒙古河段河道年均淤積量為0.647億t，為1962—1986年年均淤積量的4.6倍之多。河道淤積縱向分布主要集中在三湖河口—昭君墳河段，橫向分布主要集中在河槽內(nèi)。實(shí)測(cè)斷面資料表明，內(nèi)蒙古河段河槽淤積量由1982—1986年的65%增加到1987—2010年的87%。

3.2 斷面面積減小

根據(jù)內(nèi)蒙古河段河寬變化過(guò)程分析，除頭道拐斷面外，巴彥高勒、三湖河口和昭君墳河段1965—1986年的斷面平均河寬約在550m，而1986—2010年巴彥高勒、三湖河口和昭君墳平均河寬減小到450m左右。與此同時(shí)，河床高程則不斷抬升，如巴彥高勒斷面深弘點(diǎn)從1986年到2010年抬高了2m多。河寬縮窄和河底高程的抬升必然引起斷面面積的減小， 例如，從1986年至2010年石嘴山在水位1087.49m和1091m時(shí)的斷面面積分別減少了271m2和293m2，三湖河口在水位1019.13m和1020m時(shí)的斷面面積分別減少了709m2和917m2。

3.3 平灘流量降低

過(guò)水面積的減小，使得平灘流量降低。20世紀(jì)90年代以前，巴彥高勒平灘流量變化在4000～5000m3/s之間，三湖河口在3000～5000m3/s之間；20世紀(jì)90年代以來(lái)平灘流量持續(xù)減少，到2004年在1000m3/s左右，部分河段700m3/s即開(kāi)始漫灘。昭君墳站平灘流量1974—1988年在2200～3200m3/s，到1995年僅約為1400m3/s。

3.4 同流量水位抬升

河道淤積使得同流量水位抬升，加重了防洪負(fù)擔(dān)。1986年10月上游龍羊峽水庫(kù)運(yùn)用以來(lái)至2010年，巴彥高勒—昭君墳2000m3/s同流量水位升高1.35～1.72m。同水位過(guò)流量減少，如：水位在1050.5m時(shí)，1985年的過(guò)流量為2500m3/s,而2002年的過(guò)流量?jī)H為200m3/s左右。

4 主要結(jié)論

1986年龍羊峽水庫(kù)運(yùn)用后調(diào)節(jié)徑流泥沙，改變了出庫(kù)流量過(guò)程，使得進(jìn)入黃河寧蒙河段流量大于2000m3/s的洪水很少出現(xiàn)，小流量持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)，汛期水量大幅度減少。水沙變化導(dǎo)致黃河寧蒙河段沖淤演變也發(fā)生了相應(yīng)變化，1986年后，黃河寧蒙河段同流量水位抬升，河床持續(xù)抬高，主河槽淤積萎縮，平灘流量減小，輸沙能力降低，造成小洪水漫灘、凌汛災(zāi)情嚴(yán)重等，這些新問(wèn)題是長(zhǎng)期水量枯、流量小的必然結(jié)果，也進(jìn)一步說(shuō)明了水庫(kù)運(yùn)用對(duì)下游干流河道帶來(lái)的負(fù)面影響。從河流健康的意義出發(fā)，流域水資源的開(kāi)發(fā)必須兼顧流域防洪、防凌等河流輸水排沙的基本功能，需要科學(xué)的調(diào)控洪水，建立完善的水沙調(diào)控體系，推進(jìn)流域水沙一體化管理。

[1] 胡春宏.黃河水沙過(guò)程變異及河道的復(fù)雜響應(yīng)[M].北京：科學(xué)出版社,2005.

[2] 胡春宏,陳緒堅(jiān),陳建國(guó).黃河水沙空間分布及其變化過(guò)程研究[J].水利學(xué)報(bào),2008,39(5)：518-527.

[3] 張?jiān)?劉曉燕,張曉華.黃河下游中常洪水調(diào)控指標(biāo)[J].泥沙研究,2006(6)：1-5.

EvolutioncharacteristicsoferosionanddepositioninYellowRiverNingmengsectionundertheconditionofwatersandchanges

ZHANG Baoli1, LU Shuhui2, ZHANG Zhihao3

(1.XiaokaiRiverYellowRiverDiversionIrrigationAdministration,Binzhou256600,China; 2.YellowRiverEstuaryManagementBeraau,Dongying257091,China; 3.ChinaWaterConservancyandHydropowerScientificResearchInstitute,Beijing100048,China)

The measured data analysis method is adopted for studying the evolution characteristics of erosion and deposition in Yellow River Ningmeng section under the condition of water sand change. The research results show that after Longyangxia Reservoir was utilized in 1986, runoff sediment was adjusted, the reservoir outgoing flow process is changed, therefore the annual average water sand was prominently reduced in Yellow River Ningmeng section. Annual distribution was changed, and the flood peak flow is greatly reduced. Water sand change increases the water level with the same flow in Yellow River Ningmeng section. The riverbed is increased continuously. Main river channel sedimentation shrinks, the flow ability is reduced. It is obvious that the reservoir utilization can bring negative influence on downstream trunk river sedimentation evolution.

water sand change; Ningmeng section; evolution of erosion and deposition; full-channel discharge

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.011.019

國(guó)家十三五重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專項(xiàng)(2016YFC0402408);國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(L1624052)

TV211.1

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2096-0131(2017)011-0079-02