小浪底水庫運(yùn)用初期黃河下游河道沖刷特征分析*

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

1 前 言

黃河是中華民族的母親河，也是世界上最為復(fù)雜難治的河流。黃河干流河道全長5464km，流域面積79.5km2。黃河具有善淤、善決、善徙的特征，其安危始終是中華民族的心腹之患。在長期治理黃河的實(shí)踐中，許多學(xué)者提出和實(shí)踐過多種設(shè)想和對策。治河思想是一定歷史條件下的產(chǎn)物，隨著自然環(huán)境的變化和黃河水沙關(guān)系的改變，治河思想也相應(yīng)發(fā)生變化。1999年10月，小浪底水庫的投入運(yùn)用，改變了進(jìn)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(yùn)用初期的黃河下游河床沖淤演變特征，可以及時(shí)掌控小浪底水庫運(yùn)用后的防洪形勢，不斷完善小浪底水庫運(yùn)用方式，是進(jìn)一步黃河治理和可持續(xù)開發(fā)的基礎(chǔ)[1]。本文在分析小浪底水庫運(yùn)用初期(2000—2015年)黃河下游水沙特征的基礎(chǔ)上，研究了相應(yīng)時(shí)期黃河下游河道沖刷特征，試圖為小浪底水庫運(yùn)用后的下游河道治理提供科技支撐。

2 小浪底水庫運(yùn)用初期黃河下游水沙特征

2.1 年際水沙特征

小浪底水庫運(yùn)用初期(2000—2015年)，年均進(jìn)入下游水量223.10億m3，較多年均值偏少44%，年均進(jìn)入下游沙量0.648億t，較多年均值偏少94%，屬于枯水枯沙系列。其中汛期平均水沙量分別為82.10億m3和0.63億t，較多年同期均值分別偏少62%和94%。年平均含沙量2.9kg/m3，汛期平均含沙量7.7kg/m3，與多年年均值(29kg/m3)和多年汛期均值(48kg/m3)相比，大幅度減少。

2.2 汛期洪水特征

小浪底水庫運(yùn)用初期(2000—2015年)，汛期下游水流過程以1000m3/s流量級以下的小流量為主。汛期花園口小于500m3/s流量級的歷時(shí)為49.7d；500～1000m3/s流量級歷時(shí)為51d。小浪底水庫運(yùn)用初期(1999—2015年)，花園口洪峰流量大于2000m3/s的洪水僅16場，年平均僅2.4場，較多年平均偏少60%；沒有洪峰流量大于4000m3/s的洪水，多年平均3.6場，洪水場次明顯偏少。7年中花園口最大洪峰僅3970m3/s，洪峰流量明顯減小[2]。

2.3 入海水沙特征

小浪底水庫運(yùn)用初期(2000—2015年)，年均入海(利津站)水量131.85億m3，較多年均值偏少59%，年均入海沙量1.562億t，較多年均值偏少81%，也屬于枯水枯沙系列。其中汛期平均水沙量分別為68.69億m3和1.062億t，較多年均值分別偏少66%和85%。年平均含沙量11.5kg/m3，汛期平均含沙量15.5kg/m3，與多年年均值(25kg/m3)和多年汛期均值(35kg/m3)相比，大幅度減少。

3 小浪底水庫運(yùn)用初期黃河下游河道沖刷特征分析

3.1 河道沖刷年際變化特征

小浪底水庫運(yùn)用初期(2000—2015年)，水庫除調(diào)水調(diào)沙和洪水期間外，以下泄清水為主，下游河道全程持續(xù)沖刷，河道淤積萎縮的局面得到有效遏制[3]。根據(jù)實(shí)測大斷面資料計(jì)算，16年下游累計(jì)沖刷量為8.895億m3，其中汛期沖刷量為5.993億m3，占全年沖刷量的67%，14次調(diào)水調(diào)沙沖刷1.954億m3，占汛期沖刷量的33%。16年中，除2002年調(diào)水調(diào)沙期間灘地淤積0.477億m3外，其余沖淤均發(fā)生在河槽。16年中，主槽累計(jì)沖刷量為9.373億m3，其中汛期占69%。從年際沖刷量看，2003年沖刷量最大，為2.62億m3，占16年總沖刷量的29%；2000—2002年3年沖刷相對較少，均在0.8億m3左右，3年合計(jì)占沖刷總量的26%。

3.2 河道沖刷沿程變化特征

小浪底水庫運(yùn)用初期(2000—2015年)，黃河下游河道實(shí)現(xiàn)全程沖刷。從沖刷量沿程分布看，全年呈現(xiàn)出兩頭大中間小的特點(diǎn)。其中高村以上河段沖刷量占沖刷總量的78%，濼口—利津河段占沖刷總量的9%；孫口—艾山和艾山—濼口河段沖刷量僅占沖刷總量的3%～4%。非汛期孫口以上沿程沖刷量逐漸減少，沖刷主要在夾河灘以上，其沖刷量為3.133億m3，孫口以下沿程淤積量逐漸增加，濼口—利津河段淤積量達(dá)0.368億m3。汛期全程沖刷，沖刷量與年沖刷量表現(xiàn)一樣，也呈現(xiàn)出兩頭大中間小的特點(diǎn)?；▓@口—夾河灘河段主槽持續(xù)累計(jì)沖刷3.267億m3，占全下游主槽沖刷量的35%，是下游沖刷量最多的河段；孫口—艾山河段主槽累計(jì)沖刷0.304億m3，占全下游主槽沖刷量的3%，是下游沖刷量最小的河段[4]，參見下圖。

黃河下游河道2000—2015年沖刷沿程變化特征圖

3.3 河道沖刷發(fā)展過程

小浪底水庫運(yùn)用初期(2000—2015年)，黃河下游河道沿程沖刷隨著時(shí)間的推移不斷向下游發(fā)展。從沖刷發(fā)展過程看，2000年為小浪底水庫運(yùn)用后的第一年，夾河灘以上河段發(fā)生沖刷，夾河灘以下均發(fā)生淤積。2001年沖刷發(fā)展到高村，高村以下河段處于微淤狀態(tài)。2002年由于調(diào)水調(diào)沙沖刷集中在兩頭，即高村以上和濼口以下兩個(gè)河段，高村—濼口河段發(fā)生淤積，主要是因?yàn)樵摵佣卧诤樗诎l(fā)生漫灘，部分泥沙落淤到灘地上。2003年由于調(diào)水調(diào)沙和秋汛期洪水持續(xù)沖刷，基本上達(dá)到全程沖刷。2004—2015年，全下游各河段均發(fā)生沖刷，且均以孫口—艾山河段的沖刷量為最小。2015年沖刷主要集中在孫口以上和濼口以下河段，孫口—艾山基本沖淤平衡，艾山—濼口河段發(fā)生淤積；初步分析認(rèn)為，孫口以下河段沒有發(fā)生沖刷，甚至發(fā)生淤積，主要是由于汛期水量少，特別是洪水的量級很小，只有調(diào)水調(diào)沙的平均流量在3000m3/s以上，其他洪水的平均流量均在1500m3/s以下。

3.4 洪水期河道沖刷特征

小浪底水庫運(yùn)用初期(2000—2015年)，黃河下游花園口洪峰流量大于2000m3/s的16場洪水中，花園口水量占16年總水量28%，沙量占16年沙量的59%，歷時(shí)占16年總歷時(shí)的10%，利津以上沖淤量占16年總沖刷量的42%。各河段洪水沖刷量占相應(yīng)河段的沖刷比例分別為花園口以上37%、花園口—夾河灘20%、夾河灘—高村36%、高村—孫口97%、孫口—艾山243%、艾山—利津29%(見右表)。由于部分洪水期間沒有考慮引沙，實(shí)際沖淤量可能更大。高村—艾山河段沖刷主要發(fā)生在洪水期間，洪水沖刷量占相應(yīng)河段的沖刷量比例超過95%，特別是孫口—艾山河段達(dá)到243%。高村—孫口和孫口—艾山河段14次調(diào)水調(diào)沙沖刷量分別占相應(yīng)河段的45%和94%。高村—艾山河段主要依靠洪水沖刷[5]。

16場洪水沖刷量占相應(yīng)河段總沖刷量的比例表

4 結(jié) 論

小浪底水庫運(yùn)用初期(2000—2015年)，黃河流域歷經(jīng)枯水少沙系列年，大洪水較少，僅2003年秋汛期水量較為豐沛。這16年來小浪底水庫運(yùn)用以蓄水?dāng)r沙為主，期間進(jìn)行14次調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)，絕大多數(shù)中粗泥沙攔在庫里，進(jìn)入黃河下游的泥沙明顯減少，一般情況下，小浪底水庫下泄清水，洪水期間水庫以異重流為主排出細(xì)泥沙，從而使得下游河道發(fā)生持續(xù)的沖刷，河道淤積萎縮的局面得到有效遏制。根據(jù)實(shí)測大斷面資料計(jì)算，16年下游累計(jì)沖刷量為8.895億m3，其中汛期沖刷量為5.993億m3，占全年沖刷量的67%，14次調(diào)水調(diào)沙沖刷1.954億m3，占汛期沖刷量的33%。2000—2015年的16年中，除2002年調(diào)水調(diào)沙期間灘地淤積0.477億m3外，其余沖淤均發(fā)生在河槽。

[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] 尚紅霞，孫贊盈.小浪底水庫運(yùn)用以來下游河道沖淤效果分析[R].鄭州：黃河水利科學(xué)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.

[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(xué)出版社，2007.

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