小浪底水庫運用前后黃河下游河道沖淤特征分析

韓小軍，朱莉莉

（1．山東省濱州市小開河引黃灌溉管理局，山東 濱州 256600；2.黃河上中游管理局，陜西 西安 710021）

小浪底水庫運用前后黃河下游河道沖淤特征分析

韓小軍1，朱莉莉2

（1．山東省濱州市小開河引黃灌溉管理局，山東 濱州 256600；2.黃河上中游管理局，陜西 西安 710021）

采用實測資料分析和對比分析相結(jié)合的方法，研究小浪底水庫運用前后黃河下游河道沖淤特征。研究結(jié)果表明：黃河下游水沙呈減小趨勢，小浪底水庫運用后，水量年內(nèi)分配首次發(fā)生改變，汛期來水量比重小于非汛期；小浪底水庫運用前，黃河下游河道整體呈淤積狀態(tài)，小浪底水庫運用后，黃河下游保持相對穩(wěn)定的沖刷；小浪底水庫運用前，黃河下游河道過流斷面減小，主槽萎縮，小浪底水庫運用后，河道斷面以沖深下切為主，下游持續(xù)沖刷有助于中水河槽塑造。

黃河下游；小浪底水庫；河道沖淤；調(diào)水調(diào)沙

Abstract:The article is based on the practiced data and comparative analysis combination method and studies the scouring and silting characteristics of the lower reaches of the Yellow River before and after the application of Xiaolangdi Reservoir.The results show that the water and sediment in the lower reaches of the Yellow River are decreasing,after Xiaolangdi Reservoirused,and the distribution of water is changed for the first time yearly,the proportion of the water in the flood season is less than that in the non-flood season.Before and after the Xiaolangdi Reservoir used,for the channel status,from the whole deposition inthe lower reaches of the Yellow River tobeingthe relatively stable erosion.For river section,the cross-section ofthe lower reaches of the Yellow Riverreduced and the main channel receded firstly,then the river section mainly deep-down cut,the downstreamcontinued erosion tohelp the water channel shape.

Keywords:The lower reaches of the Yellow River,Xiaolangdi Reservoir,the Channel erosion and water and sediment regulation

0 前言

黃河水沙條件主要受自然降雨、工程建設(shè)、人類活動等因素影響。建國后至二十世紀九十年代初，黃河干流先后修建了三門峽、劉家峽、龍羊峽等大中型水利樞紐工程，極大地改變了黃河的天然水沙過程，也對水庫下游河道演變造成了不同程度的影響?；趯崪y水沙及斷面資料，眾多學(xué)者針對水庫運用后黃河下游水沙變化及河道沖淤調(diào)整規(guī)律進行了研究，例如，胡春宏等[1]研究了三門峽水庫不同運用時期黃河下游水沙過程的變異特征，探討了下游河道斷面形態(tài)調(diào)整過程及其與來水量之間的響應(yīng)關(guān)系。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(dǎo)致黃河下游防洪形勢發(fā)生了相應(yīng)變化，研究小浪底水庫運用初期的黃河下游河床沖淤演變特征，可以及時掌控小浪底水庫運用后的防洪形勢，不斷完善小浪底水庫運用方式，是進一步開展黃河治理和開發(fā)的基礎(chǔ)[2]。本文在對比分析小浪底水庫運用前后黃河下游水沙變化特征的基礎(chǔ)上，研究了小浪底水庫運用前后黃河下游河道沖淤調(diào)整特征，試圖為小浪底水庫運用后的下游河道治理提供科技支撐。

1 小浪底水庫運用前后黃河下游水沙變化特征

1.1 年際水沙變化特征

黃河下游花園口、高村、艾山和利津四個主要水文站的水沙年際變化趨勢較為接近，水沙量年際變化基本同步，下面以花園口為代表站進行水沙變化特征的討論。小浪底水庫運用前1950～1999年，花園口站水沙量總體呈減小趨勢，且年際變化幅度大、波動明顯?；▓@口站1986～1999年多年平均來水量及來沙量分別為276.3億m3和6.8億t，較1950～1985年分別降低39.4%和43.8%。自1999年10月小浪底水庫運用后，花園口站2000～2015年多年平均來水量及來沙量分別為254.6億m3和0.9億t，較1986～1999年時段分別降低7.9%和86.8%。由此可見，與小浪底水庫運用前15年相比，小浪底水庫運用后的來水量略有減小，而來沙量大幅度減小[3]。

1.2 水沙年內(nèi)分配變化特征

小浪底水庫運用前1950～1999年，花園口站汛期水沙量總體呈減小趨勢，汛期水沙量占全年比重總體大于非汛期?；▓@口站1986～1999年汛期水量和沙量分別占全年的47.4%和84.7%，較1950～1985年時段分別降低11.7%和增加1.3%，汛期水量下降較為明顯。小浪底水庫運用后，花園口站2000～2015年汛期水量和沙量占全年的比例為37.5%和70.0%，較1986～1999年時段汛期水沙占比均有明顯降低，且非汛期來水量明顯大于汛期。由此可見，小浪底水庫運用后水量年內(nèi)分配首次發(fā)生改變，汛期來水量比重小于非汛期；來沙量在水庫運用后明顯減小，但仍主要集中在汛期輸送[4]。

2 小浪底水庫運用前后黃河下游河道沖淤變化特征

2.1 沖淤年際變化特征

小浪底水庫運用前1950～1999年，存在兩個明顯的沖刷時段，其中1961～1964年共沖刷21.621億m3，1981～1985年共沖刷5.195億m3。同時，除了1974、1976、1993年間歇性沖刷，其余年份河道均發(fā)生淤積，淤積最為嚴重的年份有1970、1977、1965年，分別淤積7.756億m3、5.754億m3、5.395億m3。自1950～1999年，黃河下游從鐵謝至利津河段泥沙淤積量達57.04億m3。自1999年10月小浪底水庫運用后，黃河下游均保持相對穩(wěn)定的沖刷，2000～2015年下游河道累計沖刷量達18.95億m3。

從沖淤沿程分布來看，黃河下游沿程沖淤變化表現(xiàn)為上段幅度大、中段與下段幅度較小的特點。高村以上游蕩性河段沖淤強烈，高村以下過渡及彎曲河段沖淤較少。如1986～1999年，黃河下游發(fā)生全河性淤積，其中淤積主要發(fā)生在高村以上的游蕩性河段，該河段共淤積15.381億m3，占總淤積量的67.17%。小浪底水庫運用后，2000～2015年黃河下游發(fā)生全河性沖刷，高村以上游蕩性河段共沖刷泥沙14.009億m3，占整個下游總沖刷量的73.92%。

2.2 沖淤年內(nèi)分配變化特征

小浪底水庫運用前，1961～1964年下游河道基本呈全年沖刷，汛期沖刷占全年的84.78%；1965～1973年下游河道基本呈全年淤積，汛期淤積占全年的70.18%；1974～1999年，下游河道沖淤總體上表現(xiàn)為“汛期淤積，非汛期沖刷”，其中1974～1985年汛期共淤積6.079億m3，非汛期共沖刷3.245億m3，1986～1999年汛期共淤積30.544億m3，非汛期共沖刷7.647億m3，沖淤仍主要集中在高村以上的游蕩性河段[5]。

小浪底水庫運用后，2000～2015年汛期共沖刷12.3億m3，非汛期共沖刷6.4億m3，分別占全年的65.78%和24.2%。雖然汛期來水量僅占全年的37%，但沖刷量卻占全年的66%，主要原因是汛期洪峰流量大，仍具有較大的水流挾沙力。從沖淤沿程來看，游蕩段汛期與非汛期沖刷量基本相當，過渡段汛期沖刷量（2.4億m3）遠大于非汛期沖刷量（0.3億m3），彎曲段汛期沖刷量達到3.4億m3，非汛期則表現(xiàn)為淤積，淤積量約為0.8億m3。

2.3 調(diào)水調(diào)沙期間沖淤特征

小浪底水庫蓄水運用引起的河道沖刷，主要包括汛期洪水沖刷、非洪水(汛期和非汛期)沖刷及調(diào)水調(diào)沙引起的沖刷[6]。自1999年10月小浪底水庫運用以來，2002～2015年已累計進行了19次調(diào)水調(diào)沙。分析實測資料可知，2002～2009年調(diào)水調(diào)沙期間沖刷量相對于全年沖淤量的比重較大，沖淤效率高，而2009～2015年，調(diào)水調(diào)沙期間的沖淤效率明顯降低。

小浪底水庫運用以來19次調(diào)水調(diào)沙過程中，進入下游的水量和沙量分別為685.82億m3和6.2439億t，總沖刷量為3.8873億t。2002～2015年黃河下游總沖刷量為17.791億t，調(diào)水調(diào)沙期間僅占21.85%，因而在小浪底水庫運用后，調(diào)水調(diào)沙期間形成的沖刷并不是黃河下游沖刷的主體。

3 小浪底水庫運用前后黃河下游河道斷面變化特征

3.1 游蕩段斷面變化特征

一般而言，河道斷面特征參數(shù)包含平灘河寬、平灘水深、平灘面積和寬深比等主要參數(shù)。取花園口水文站斷面作為代表性斷面，分析小浪底水庫運用前后黃河下游游蕩型河段斷面變化特征?；▓@口斷面平灘河寬從1964到1999年變化顯著，由4202 m降低到3012 m，平灘水深由3.28 m降低至0.98 m。平灘面積從1964到1999年降低顯著，由13768.95 m2降低到2940 m2，寬深比由19.76增加至56.01。在小浪底水庫運用后，相比較于1999年，花園口斷面平灘河寬在2015年降低至2501 m，平灘水深增加到2.2 m。平灘面積在2015年增加至5571 m2，寬深比減小至22.4。上述數(shù)據(jù)表明，小浪底水庫運用后，黃河下游游蕩型河段以沖深為主，過流面積大幅度增大，斷面形態(tài)朝窄深方向調(diào)整，這些對黃河下游游蕩型河段塑造主槽、歸順河勢十分有利[7]。

3.2 過渡段斷面變化特征

取高村水文站斷面作為代表性斷面，分析小浪底水庫運用前后黃河下游過渡型河段斷面變化特征。高村斷面平灘河寬從1964到1999年變化顯著，由1451.91 m降低到630.92 m，平灘水深也有一定降低，由3.79 m降低至1.62 m。平灘面積從1964到1999年顯著降低，由5509.67 m2降低到1023.74 m2，寬深比由10.05增加至15.51。在小浪底水庫運用后，相比較于1999年，高村斷面平灘河寬在2015年降低至1275 m，平灘水深增加到3.85 m。平灘面積在2015年增加至4190 m2，寬深比減小至9.3。上述數(shù)據(jù)表明，小浪底水庫運用后，黃河下游過渡型河段沖深幅度較大，過流面積顯著增大，斷面形態(tài)變得窄深，輸水輸沙能力明顯增強。

3.3 彎曲段斷面變化特征

取利津水文站斷面作為代表性斷面，分析小浪底水庫運用前后黃河下游彎曲型河段斷面變化特征。利津斷面平灘河寬從1964到1999年變化不大，由556.76 m降低到367.39 m，平灘水深也有一定降低，由4.1 m降低至3.15 m。平灘面積從1964到1999年明顯減小，由2281.92 m2降低到1157.60 m2，寬深比由5.76增加至6.08。在小浪底水庫運用后，相比較于1999年，利津斷面平灘河寬在2015年增加至428 m，平灘水深增加到4.1 m。平灘面積在2015年增加至1752 m2，寬深比減小至5.05。上述數(shù)據(jù)表明，小浪底水庫運用后，黃河下游彎曲型河段在沖深的同時還有所沖寬，過流面積明顯增大，斷面形態(tài)變得更加窄深，極大的增加了黃河下游彎曲型河段輸送泥沙入海的能力。

4 主要結(jié)論

（1）小浪底水庫運用前，黃河下游水沙量總體呈減小趨勢，且年際變化幅度大、波動明顯。小浪底水庫運用后，來水量較1986～1999年變化不大，而來沙量顯著減??；水量年內(nèi)分配首次發(fā)生改變，汛期來水量比重小于非汛期，而輸沙仍主要發(fā)生在汛期。

（2）小浪底水庫運用前，黃河下游河道整體呈淤積狀態(tài)。小浪底水庫運用后，黃河下游保持相對穩(wěn)定的沖刷，并以高村以上河段為主；2009年前沖刷效率較高，之后沖刷效率明顯降低；19次調(diào)水調(diào)沙沖刷量僅占同期黃河下游總沖刷量的21.85%，并不是黃河下游沖刷的主體。

（3）小浪底水庫運用前，黃河下游河道斷面變化的總體趨勢是河道淤積，過流斷面減小，主槽萎縮。小浪底水庫運用后，相比較于1999年，各典型河段斷面均以沖深下切為主，黃河下游持續(xù)沖刷有助于河道斷面中水河槽塑造。

[1]胡春宏，陳建國，郭慶超.三門峽水庫淤積與潼關(guān)高程[M].科學(xué)出版社，2008.

[2]張曉華，尚紅霞等.小浪底水庫運用以來黃河下游沖淤調(diào)整特點[J].人民黃河,2006,28(4):22-23.

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

[4]陳建國，等.論小浪底水庫近期調(diào)水調(diào)沙在黃河下游河道沖刷中的作用[J].泥沙研究，2009(3):1-7.

[5]夏軍強，李潔等.小浪底水庫運用后黃河下游河床調(diào)整規(guī)律[J].人民黃河，2016,38(10):49-55.

[6]韓巧蘭，等.小浪底水庫運用初期黃河下游河道沖淤變化預(yù)估分析[J].泥沙研究，2006(3):35-39.

[7]潘賢娣，李勇，張曉華，等著.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.

Analysis on the Channel Scouring and Deposition Characteristics in the lowerreachesoftheYellowRiverbeforeandafterXiaolangdiReservoirUsed

Han Xiaojun,Zhu Lili

（1.Xiaokai river YellowRiver irrigation management bureau inBinzhou CityofShandongProvinceBinzhou 256600,Shandong 2.The management bureau ofthe upper and middle reaches ofthe YellowRiver Xi’an 710021 Shaanxi）

TV147

B

1673-9000（2017）05-0001-02

2017-05-04

國家十三五重點研發(fā)計劃重點專項（2016YFC0402408）；國家自然科學(xué)基金面上項目（51679260）。

韓小軍（1976-），男，山東濱州人，工程師，主要從事農(nóng)田水利建設(shè)與管理。

張治昊（1974-），男，山東文登人，高級工程師，主要從事水力學(xué)及河流動力學(xué)研究。