渭河下游水沙變化特征與河道淤積機(jī)理研究*

韓小軍

(小開河引黃灌溉管理局， 山東 濱州 256600)

渭河下游水沙變化特征與河道淤積機(jī)理研究*

韓小軍

(小開河引黃灌溉管理局， 山東 濱州 256600)

采用實(shí)測(cè)資料分析的方法，研究了渭河下游水沙變化特征與河道淤積機(jī)理。研究結(jié)果表明：1986年以后，渭河下游汛期、非汛期水量均明顯減少，但沙量未見相應(yīng)降低； 水沙的不同步變化引起了水流含沙量的相形上升，渭河下游河道淤積明顯加重。分析渭河下游河道淤積的主要原因包括：潼關(guān)高程的抬高、洪水條件的變化、黃河對(duì)渭河的倒灌以及北洛河的來沙。

渭河下游； 水沙變化； 河道淤積； 演變機(jī)理； 潼關(guān)高程

1 渭河下游河道概況

渭河發(fā)源于甘肅省渭源縣西南的烏鼠山，流經(jīng)隴東黃土高原、天水盆地、寶雞峽谷，進(jìn)入關(guān)中平原，至潼關(guān)附近注入黃河，全長(zhǎng)約818km，流域面積13.5萬km2。渭河谷地北鄰黃土高原，南臨秦嶺，境內(nèi)沖積平原阡陌相連，田疇萬頃，人口眾多，歷史悠久，成為我國(guó)西北地區(qū)富庶的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地[1]。渭河是黃河的最大支流，其上游為山地，出寶雞峽谷后，谷地豁然開闊，河道蜿蜒曲折，自西向東至下游地區(qū)橫貫咸陽、西安、臨潼、渭南和華縣等重要城鎮(zhèn)。渭河下游河道在涇渭匯流區(qū)及以下河道設(shè)有臨潼水文站(在渭淤26斷面附近)和華縣水文站(在渭淤10斷面附近)，沿程還設(shè)置了包括道口(渭淤30附近，涇渭匯流區(qū)上游)、耿鎮(zhèn)(渭淤27附近，涇渭匯流區(qū)下游)、交口(渭淤21附近)、渭南(渭淤18附近)、詹家(渭淤13附近)、陳村(渭淤6附近)、華陰(渭淤2附近，北洛河入?yún)R上游)和吊撟(渭攔5斷面，北洛河入?yún)R下游)等水位站。

2 渭河下游水沙變化特征

2.1 水量年際變化較大，總體趨勢(shì)是減小

從1935—2013年華縣站的實(shí)測(cè)年徑流變化看，年徑流最高的是187.52億m3，而最低的卻只有16.83億m3。在1949年以前的15年中，年水量超過100億m3的有7年，最低的是1942年的51億m3；在1950—1969年的20年中，年水量超過100億m3的有8年，最低的是52.9億m3。在1970—1985年的16年中，年水量超過100億m3的只有3年，最低的是31億m3。在1986—2013年的28年中，年水量沒有超過100億m3的，最大的是92.9億m3，最小的不到17億m3。總的來看，從前到后，各年的徑流量有起有伏，有峰有谷，年際變化較大；但無論是峰還是谷，總體趨勢(shì)均在變小，尤其是20世紀(jì)70年代以后，水量總的下了一個(gè)臺(tái)階。

2.2 水量年內(nèi)分配變化，大水月份明顯減少

從徑流量的月分配看，多年平均9月最大、8月其次。 6—10 月的多年平均月水量分別是：4.8億m3、10.55億m3、11.4億m3、14.33億m3、10.65億m3。最少的是 1月、2月，平均不到2億m3。12月、3月的水量不到3億m3。月徑流量最大的是47.72億m3，最小的是0.072億m3。1949年前月徑流量超過20億m3的有16個(gè)月；1950—1969年月水量超過20億m3的有17個(gè)月；1970—1989年中有13個(gè)月；1990年—2013年的24年中，只有2個(gè)月超過20億m3，其中1989—2013年連續(xù)24年中最大的月徑流量也只有15.15億m3，說明大水量的月份和水量明顯的減少。

2.3 沙量呈減少的趨勢(shì)，但水沙減少不同步

華縣站的沙量年際變化也較大，1964年年沙量達(dá)10.6億t，是平均年輸沙量的2.75倍，是1972年年輸沙量0.497億t 的21.4倍。年沙量超過4億t的年數(shù)，1949年前有7年，1950—1969年間有8年，1970—1985年間有5年，1986—1996年間有3年。月沙量超過2億t的月數(shù)，按上列時(shí)段統(tǒng)計(jì)分別為：10個(gè)月、13個(gè)月、4個(gè)月、4個(gè)月。由此可見，沙量也有減少的趨勢(shì)，但不如水量變化的急劇。1986年以后，尤其是90年代以來，汛期、非汛期水量均明顯減少，但沙量未見相應(yīng)地降低。水沙的不同步變化引起了含沙量的改變，水量的急劇減少，引起了含沙量的相形上升，對(duì)渭河下游河道沖淤演變十分不利[2]。

3 渭河下游河道淤積特征

3.1 渭河下游河道淤積空間分布特征

自三門峽水庫建成運(yùn)用到2013年10月，渭河下游河道(渭攔1—渭淤37)共淤積泥沙13.09億m3。1960—2013年，沿程各河段的累積沖淤量分別為：渭攔1—渭淤1為0.5661億m3，渭淤1—渭淤10(華縣)8.3081億m3，渭淤10—渭淤21(交口)3.5141億m3，渭淤21—渭淤26(臨潼)0.3922億m3，渭淤26—渭淤31(道口)0.2189億m3。

淤積主要部位在華縣以下及華縣至交口段，各占總淤積量的63.5%及26.9%，占下游河道淤積總量的90.4%。渭淤1—渭淤10河段，主要淤積時(shí)段為1960—1973年和1990—2013年兩個(gè)時(shí)期，淤積占該河段總淤積量的79.8%和16.6%，兩個(gè)時(shí)期合計(jì)淤積量占總淤積量的96.4%；對(duì)于渭淤10—渭淤21河段，主要淤積時(shí)段也為1960—1973年和1990—2000年兩個(gè)時(shí)期，淤積占該河段總淤積量的84.6%和26.4%。

3.2 渭河下游河道淤積時(shí)間分布特征

1973—1985年，渭河下游河段總體上表現(xiàn)為沖刷，總沖刷量為0.3898億m3。從分布來看，沖刷主要出現(xiàn)在渭淤10—渭淤21河段，沖刷量為0.6795億m3；而其他河段仍表現(xiàn)為淤積。

1986—1990年，渭河下游河道又轉(zhuǎn)為淤積時(shí)期，總淤積量為0.7764億m3。從分布來看，渭淤1—渭淤21河段淤積比例與1973年以前相比有所減小，該河段淤積量占渭河下游淤積總量的70.7%，渭淤21以上河段淤積比例與1973年以前相比明顯增大，淤積量占渭河下游淤積總量的26.5%。

1991—2013年，渭河下游河道淤積加重，總淤積量達(dá)到2.627億m3。從分布來看，渭淤1—渭淤21河段淤積比例有所提高，該河段淤積量占渭河下游淤積總量的87.8%，渭淤21以上河段淤積比例也有所減小，淤積量占渭河下游淤積總量的9.6%。從渭淤21以上河段淤積量來看，四個(gè)時(shí)期該河段淤積量有逐漸增大的趨勢(shì)，四個(gè)時(shí)期該河段淤積量分別為0.0736億m3、0.167億m3、0.2056億m3、0.2528億m3。1973年以來渭淤1—渭淤21由沖變淤，并逐漸增大，三個(gè)時(shí)期該河段淤積量分別為-0.639億m3、0.5491億m3、2.3074億m3。

4 渭河下游河道淤積機(jī)理

4.1 潼關(guān)高程抬高

潼關(guān)高程是影響渭河下游河道淤積的局部侵蝕基準(zhǔn)面，三門峽建庫以后，潼關(guān)高程經(jīng)歷了三起兩落的明顯過程，兩落時(shí)期為：第一次是1970—1975年，潼關(guān)1000m3/s流量時(shí)水位由1970年汛前的328.45m下降到326.04m，下降了2.41m;另一次是1980年汛后的327.82m下降到1985年汛后的326.64m，下降1.18m。第三次抬高以后，潼關(guān)高程持續(xù)上升，成為“居高難下”的局面[3]。

潼關(guān)高程抬高，相當(dāng)于渭河下游河道局部侵蝕基準(zhǔn)面的抬高，是渭河下游河道淤積的重要原因。這從下面兩點(diǎn)可以得到反映：一是渭河華縣下游各站的常水位的變化與潼關(guān)1000m3/s 的水位相互密切對(duì)應(yīng)，華陰、華縣枯水位與潼關(guān)的枯水位呈直線關(guān)系；二是渭河下游的淤積量取決于潼關(guān)高程的上升，當(dāng)潼關(guān)高程從326m上升到328m左右時(shí)，渭河下游累計(jì)淤積量急速增加。

4.2 洪水條件的變化

渭河下游淤積主要取決于汛期洪水。渭河咸陽以上來水，水流平穩(wěn)，歷時(shí)長(zhǎng)，含沙量小，對(duì)渭河下游的作用：一是對(duì)涇河來的高含沙水流有稀釋作用；二是與涇河來水一起，加大了渭河下游的輸沙能力。根據(jù)資料分析[4]，咸陽站流量小于4500m3/s 的洪水，進(jìn)入渭河下游后，往往發(fā)生小的淤積。咸陽站洪峰流量大于4500m3/s的洪水，對(duì)渭河下游河槽有沖刷和拓寬作用。近十多年來，渭河咸陽站缺乏4500m3/s 以上的大洪水，是渭河下游淤積加劇的原因之一。

涇河洪水峰型尖瘦，歷時(shí)短，含沙量高。1986年后，涇河小流量高含沙的洪水增多，而渭河咸陽以上來水減少，對(duì)涇河來水的稀釋作用減小，這樣的洪水往往在渭河下游產(chǎn)生嚴(yán)重淤積。例如1994年、1995年渭河咸陽以上幾乎未出現(xiàn)洪水，而涇河張家山在這兩年中共出現(xiàn)洪峰流量大于750m3/s 的洪峰7次，含沙量均在520kg/m3，這些洪水都在渭河下游產(chǎn)生淤積，

4.3 黃河對(duì)渭河的倒灌

黃河對(duì)渭河水流的頂托和倒灌是黃渭交匯口的地理?xiàng)l件和黃、渭、北洛河洪水不同遭遇及潼關(guān)水位的影響等共同作用造成的。渭河下游比降平緩，當(dāng)汛期黃河發(fā)生較大洪水而渭、北洛河來水較小時(shí)，渭河來水常受黃河水流的項(xiàng)托，甚至黃河水流倒灌入渭河。三門峽建庫以后，由于潼關(guān)高程抬高，黃河對(duì)渭河頂托、倒灌的概率增大。黃河水流對(duì)渭河來水頂托時(shí)，渭河下游的流速因受頂托而減小，甚至流速為零，黃河來水以異重流的形式潛入渭河尾閭河段，自黃河進(jìn)入渭河的泥沙一般不多，所以黃河對(duì)渭河來水的頂托，在渭河下游一般不致出現(xiàn)嚴(yán)重的淤積。當(dāng)黃河洪水較大時(shí)，潼關(guān)水位高，而渭河、北洛河沒有洪水或小水的情況下，將發(fā)生黃河洪水向渭河倒灌，倒灌發(fā)生在黃河洪水的漲水期，如黃河來高含沙洪水，倒灌時(shí)往往在渭河河口形成攔門沙。

4.4 北洛河的來沙

北洛河來水含沙量高，當(dāng)來水進(jìn)入渭河時(shí)往往在河口形成淤積錐體，增加上游河段的淤積。當(dāng)含沙量很高的北洛河水匯入渭河，而渭河來水很小，又遇上黃河對(duì)渭河來水的倒灌，則北洛河口嚴(yán)重淤堵，可導(dǎo)致北洛河口以上局部河段堵塞淤死，如1967年8月北洛河洪水，洪峰流量374m3/s，最大含沙量850kg/m3，渭河來水僅13m3/s，而潼關(guān)水位329.79m，最大流量6360m3/s，最大含沙量199kg/m3，黃河倒灌的來水將北洛河水推向上游，導(dǎo)致華陰站倒灌流量達(dá)10.5m3/s，含沙量673kg/m3，北洛河入渭河段強(qiáng)烈淤積，并向上延伸，渭河下游淤堵斷流達(dá)8.8km，引起決口，洪水自二華夾槽下泄，華陰水文站兩側(cè)成為澤國(guó)。因此，北洛河來沙對(duì)于渭河尾閭河段及入黃河口門有至關(guān)重要的影響。

[1] 胡春宏.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.

[2] 戴明英，趙業(yè)安.渭河水沙變化分析[R].黃河水利科學(xué)研究院，2005.

[3] 陳建國(guó)，胡春宏，戴清.渭河下游近期河道萎縮的特點(diǎn)及治理對(duì)策[J].泥沙研究，2002(6)：8-13.

[4] 戴清，胡健，張治昊.渭河下游河道輸水輸沙能力研究[R].中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，2006.

Research on water sediment variation features and river channel sedimentation mechanism at lower reaches of Weihe River

HAN Xiaojun

(XiaokaiheYellowRiverIrrigationManagementBureau,Binzhou25660,China)

Field data analysis method is adopted to study water sediment variation features and river channel sedimentation mechanism at low reaches of Weihe River. The research results show that water flow was prominently reduced at lower reaches of Weihe River during both the flood period and the non-flood period since 1986. Water flow sediment content is correspondingly increased due to out-sync variations of water sediment. River channel sedimentation at lower reaches of Weihe River is prominently aggravated. Main reasons of river channel sedimentation at lower reaches of Weihe River are analyzed, including the follows: increase of water level at Tongguan, changes in flood conditions, backward flowing of Yellow River toWeihe River and the incoming sediment from Beiluo River.

lower reaches of Weihe River; water sediment variation; river channel sedimentation; evolution mechanism; water level at Tongguan

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(51679260)；國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主課題(泥實(shí)驗(yàn)科研07170107)；中國(guó)水科院科研專項(xiàng)(泥基本科研KY1785)

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.08.021

TV85

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2096-0131(2017)08- 0074- 03