澽河入黃段輸沙量計(jì)算及泥沙淤積變化規(guī)律分析

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(陜西水環(huán)境工程勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710018)

澽河入黃段輸沙量計(jì)算及泥沙淤積變化規(guī)律分析

王小永，徐亞萍，劉彬俠

(陜西水環(huán)境工程勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710018)

澽河系黃河右岸的一級(jí)支流，發(fā)源于陜西省黃龍縣黃龍山主脊冢字梁，自西北向東南流經(jīng)黃龍、韓城兩縣(市)，于韓城市芝川鎮(zhèn)司馬廟東匯入黃河，流域面積1 083 km2。澽河入黃段因黃河洪水倒灌淤積，河床不斷抬升，加之黃河主槽不斷西移，導(dǎo)致澽河入黃口己上提2.50 km。通過(guò)對(duì)澽河入黃段河道輸沙量進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)泥沙淤積規(guī)律進(jìn)行分析，結(jié)果表明，實(shí)際產(chǎn)沙進(jìn)入澽河的流域面積為119 km2，年平均進(jìn)入澽河河口段的泥沙量為6.77萬(wàn) m3。澽河入黃泥沙量較小，對(duì)河道淤積影響不大，澽河下游黃河洪水倒灌段受黃河高含沙洪水倒灌影響，淤積明顯，倒灌段以上河段沖淤平衡。為該河段治理工程建設(shè)、防汛工作和黃河流域同類型河流泥沙分析提供參考。

澽河；黃河；河口；泥沙淤積

澽河入黃段因黃河洪水倒灌淤積，河床不斷抬升，加之黃河主槽不斷西移，導(dǎo)致澽河入黃口己上提2.50 km。據(jù)推算，黃河5 a一遇洪水倒灌澽河長(zhǎng)度9.4 km，20 a一遇洪水倒灌澽河長(zhǎng)度10.0 km，因黃河洪水倒灌，澽河下游河道淤積嚴(yán)重，比降變緩，甚至形成倒比降，導(dǎo)致洪水下泄不暢，防洪問(wèn)題突出。澽河入黃段因河灘淤積面抬高，地下水位逐漸抬升，使沿河部分地區(qū)土壤沼澤化或鹽堿化趨勢(shì)明顯。加強(qiáng)該河段泥沙研究，從泥沙角度分析該河段淤積原因，為該河段治理工程建設(shè)和防汛工作提供依據(jù)。

1 流域概況

澽河系黃河右岸的一級(jí)支流，發(fā)源于陜西省黃龍縣黃龍山主脊冢字梁，自西北向東南流經(jīng)黃龍、韓城兩縣(市)，于韓城市芝川鎮(zhèn)司馬廟東匯入黃河，流域面積1 083 km2，河道總長(zhǎng)85.4 km，比降6.7‰。

澽河以韓城市薛峰水庫(kù)大壩為界，劃分成上、中、下游三段。薛峰水庫(kù)大壩以上為上段，河道長(zhǎng)50.0 km，流域面積529 km2，河床平均比降11.1‰；薛峰水庫(kù)大壩至土門口為中段，屬峽谷型山區(qū)河道，長(zhǎng)23.3 km，較大支流左岸有小迷川、右岸有侯家峪匯入,區(qū)間流域面積128.8 km2，河床平均比降7.0‰；土門口至入黃口為下段，區(qū)間支流主要分布在右岸, 自北向南依次有韋村河、軌水、白水河、徐村北溝、芝水河等,區(qū)間流域面積425.2 km2，河床平均比降2.9‰。

澽河入黃口段主河槽寬80～100 m，灘面寬800～1 400 m，河床質(zhì)多由砂卵石組成，河道兩岸修筑有防洪堤。由于受黃河倒灌淤積的影響，入黃口以上約8.0 km范圍內(nèi)河道平均比降僅為0.1‰，洪水下泄不暢，經(jīng)常泛濫成災(zāi)。

澽河中游修建有薛峰水庫(kù)，壩址位于板橋鎮(zhèn)薛峰村小迷川口，以農(nóng)田灌溉、城市供水為主，兼顧防洪滯洪，屬中型水利工程，控制流域面積為529.0 km2，總庫(kù)容4 360萬(wàn) m3。

黃河由獨(dú)泉鄉(xiāng)康家?guī)X村進(jìn)入韓城市，自北而南沿縣東界流經(jīng)獨(dú)泉鄉(xiāng)、桑樹(shù)坪鎮(zhèn)、龍門鎮(zhèn)、昝村鎮(zhèn)、新城街辦、芝川鎮(zhèn)，至龍亭鎮(zhèn)姚家莊出境，韓城境內(nèi)流長(zhǎng)74 km。其中禹門口以上為峽谷段，石門峽河寬僅60 m左右，禹門口以下屬于平原型河流，最寬達(dá)10 km左右。

2 澽河泥沙分析

澽河下游無(wú)實(shí)測(cè)泥沙資料，故采用水文比擬法、輸沙模數(shù)分區(qū)圖查值計(jì)算法等計(jì)算多年平均輸沙量。根據(jù)牛心水文站1959～1966年共8 a實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，多年平均年輸沙量為4.38萬(wàn) t，多年平均含沙量0.572 kg/m3，輸沙模數(shù)為88 t/km2·a，實(shí)測(cè)最大輸沙模數(shù)為218 t/km2·a。根據(jù)薛峰水庫(kù)1975～2005年共31 a實(shí)測(cè)庫(kù)區(qū)淤積資料統(tǒng)計(jì)，水庫(kù)運(yùn)用以來(lái)多年平均年輸沙量為6.0萬(wàn) m3，輸沙模數(shù)為153 t/km2·a。

根據(jù)《渭南地區(qū)暨銅川市實(shí)用水文手冊(cè)》和《陜西省地表水資源》中的懸移質(zhì)多年平均年輸沙模數(shù)分區(qū)圖，查得澽河薛峰水庫(kù)以上流域多年平均輸沙模數(shù)為 ≤200 t/km2·a；流域薛峰水庫(kù)以下的土石山區(qū)1956～1980年多年平均輸沙模數(shù)為500～2 000 t/km2·a，1980～2000年多年平均輸沙模數(shù)為 ≤1 000 t/km2·a。

經(jīng)分析，澽河薛峰水庫(kù)以上流域輸沙模數(shù)取153 t/km2·a，薛峰水庫(kù)以下流域包含了植被良好的土石山區(qū)、植被一般的土石山區(qū)、產(chǎn)沙產(chǎn)流均較少的塬區(qū)及川道區(qū)，綜合輸沙模數(shù)取550 t/km2·a。

考慮到薛峰水庫(kù)以上來(lái)沙均被水庫(kù)攔截，無(wú)泥沙下泄；其次薛峰水庫(kù)以下澽河支流上擬建小迷川水庫(kù)、侯家峪水庫(kù)，兩水庫(kù)控制流域面積分別為46.6 km2、35 km2，兩水庫(kù)建成后也無(wú)泥沙下泄，扣除小迷川水庫(kù)、侯家峪水庫(kù)控制流域面積后，薛峰水庫(kù)以下至河口段流域面積為47.2 km2，輸沙模數(shù)取550 t/km2·a，年平均輸沙量為2.6萬(wàn) t，合1.92萬(wàn) m3。

薛峰水庫(kù)以下至河口段主要有5條支流韋村河、軌水、白水河、徐村北溝、芝水匯入，除這些支流輸沙入澽河干流外，其余區(qū)域基本無(wú)泥沙進(jìn)入；這5條支流中軌水、白水河、徐村北溝及芝水上有很多水庫(kù)及淤地壩控制泥沙，經(jīng)統(tǒng)計(jì)實(shí)際產(chǎn)沙進(jìn)入澽河的流域面積為119 km2，輸沙模數(shù)取550 t/km2·a，年平均輸沙量為6.6萬(wàn) t，合4.85萬(wàn) m3。年平均進(jìn)入澽河河口段的泥沙量為6.77萬(wàn) m3。

3 河道沖淤變化分析

3.1 黃河禹潼河段沖淤變化分析

3.1.1 三門峽建庫(kù)前河道沖淤變化分析

從歷史上看,禹潼河段就是一條堆積性河道，其淤積情況和來(lái)水來(lái)沙條件及河床邊界條件有關(guān)。根據(jù)三門峽建庫(kù)前的10年實(shí)測(cè)資料，采用輸沙率法求得龍、華、河、狀～潼關(guān)河段1950年7月～1960年6月(1956～58年潼關(guān)站無(wú)實(shí)測(cè)資料，采用陜縣站代替)年平均淤積0.94億 t，其中禹潼河段年平均淤積量0.884億 t。結(jié)果表明，禹潼河段歷史上就是一個(gè)堆積性河流，近代仍處于緩慢的淤積抬高態(tài)勢(shì)。

3.1.2 三門峽建庫(kù)后禹潼河段沖淤變化分析

三門峽水庫(kù)1960年9月蓄水至今，水庫(kù)經(jīng)歷了蓄水?dāng)r沙、滯洪排沙以及“蓄清排渾”控制運(yùn)用三個(gè)時(shí)期。不同運(yùn)用時(shí)期的沖淤量，詳見(jiàn)表1。

表1 三門峽水庫(kù)建庫(kù)后禹潼河段淤積分布表 億m3

分析禹潼河段不同時(shí)期的橫向(灘、槽)淤積情況可知，如果洪水的含沙量不是很大，則洪水漫灘時(shí)，灘地淤積，主槽發(fā)生沖刷；如果洪水的含沙量很大(“揭河底”的情況例外)，則主槽和灘地均發(fā)生淤積，大水過(guò)后，水流歸槽，主槽淤積。灘地和主槽的這種相互調(diào)整和轉(zhuǎn)化，形成了禹潼河段灘、槽同步抬高的趨勢(shì)。在灘槽同步抬高的同時(shí)，主槽變小，漫灘機(jī)率增加。據(jù)對(duì)1968～1982年的資料分析，本河段灘地淤積量約占全斷面淤積量的72.8%，主槽淤積量占27.2%。由于近十多年來(lái)，進(jìn)入該河段的漫灘洪水明顯減少，加之多年來(lái)未產(chǎn)生“揭河底”沖刷，灘地淤積也相對(duì)減少(約占全斷面淤積量的59.5%)，主槽淤積明顯增加(約占全斷面淤積量的40.5%)。如1992年桃汛期間，龍門站發(fā)生2 140 m3/s洪水，灘地就已過(guò)水，水面最寬處可達(dá)5 km左右。

綜上所述,禹潼河段演變的基本規(guī)律為：隨著來(lái)水來(lái)沙條件的周期性變化，河床調(diào)整存在一個(gè)往復(fù)性演變過(guò)程。在一定的河床邊界條件下，經(jīng)過(guò)高含沙洪水產(chǎn)生“揭河底”沖刷，淤灘刷槽，灘槽高差增大，形成高灘深槽，河勢(shì)趨于歸順，一般洪水漫灘機(jī)會(huì)減少，削峰滯洪能力減??；爾后，隨著來(lái)水來(lái)沙條件的變化，河床回淤抬高，河槽變淺，河勢(shì)擺動(dòng)，河岸坍塌，平灘流量和輸沙能力降低，洪峰漫灘機(jī)會(huì)增大，削峰滯洪率增大。這一周期性循環(huán)和河道往復(fù)性演變，是該河段河床演變的基本規(guī)律。

3.1.3 河道沖淤變化預(yù)測(cè)

依據(jù)《黃河流域綜合規(guī)劃》的計(jì)算成果，即由設(shè)計(jì)水沙條件，利用數(shù)學(xué)模型計(jì)算、實(shí)測(cè)資料分析等手段，得到禹潼河段設(shè)計(jì)水平年累計(jì)淤積量8.11億 t(折合體積5.79億 m3)，年平均淤積量為0.811億 t，見(jiàn)表2。

表2 禹潼河段2020年水平?jīng)_淤量及其沿程分配表

表3 澽河入黃口河段2020年淤積高程表 m

考慮到目前禹潼河段灘槽高差較小的實(shí)際情況，本次分析河段繼續(xù)采用灘槽同步抬高的方法進(jìn)行鋪沙計(jì)算。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，黃河禹潼河段2020年水平年的主槽淤積厚度為0.69～1.10 m，灘地淤積厚度為0.35～0.79 m，據(jù)此在2014年汛后斷面的基礎(chǔ)上推算2020年水平禹潼河段沿程各斷面的水位～流量關(guān)系。

3.2 澽河入黃口河段沖淤變化分析

澽河缺乏淤積測(cè)驗(yàn)資料。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和2014年斷面測(cè)驗(yàn)情況分析，由于受黃河淤積的影響，澽河入黃口河段有明顯的淤積，上游河段淤積很少。

從澽河的防洪安全考慮，澽河入黃口河段2020年淤積高程按2015年1月黃河右岸灘面高程加2015～2020年黃河灘面淤積厚度，得出黃河右岸2020年淤積高程，并以水平淤積推算澽河入黃口河段受黃河淤積影響河段的淤積范圍和高程。在水平淤積交匯點(diǎn)以上河段，因澽河河道坡陡而泥沙又很少，洪水位計(jì)算時(shí)直接采用2015年1月實(shí)測(cè)河床斷面，不考慮淤積。計(jì)算成果見(jiàn)表3。

4 結(jié)語(yǔ)

澽河入黃泥沙量較小，對(duì)河道淤積影響小。澽河下游黃河洪水倒灌段受黃河高含沙洪水倒灌影響，淤積明顯，倒灌段以上河段沖淤平衡。在該河段修建治理工程時(shí)，應(yīng)充分考慮泥沙淤積的影響，以及對(duì)洪水位抬高的影響。研究修建防倒灌工程的可行性，減小河口段淤積，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，確保河口段區(qū)域防洪安全。

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1004-1184(2017)05-0184-02

2017-06-14

王小永(1979-)，男，陜西西安人，高級(jí)工程師，主要從事水利工程設(shè)計(jì)工作。