2021 年黃河秋汛洪水特點及對山東河段的影響

劉昀，李倩，王靜

（黃河水利委員會山東水文水資源局，山東 濟南 250100）

2021 年華西秋雨較常年偏早17 d[1]，8 月下旬至10 月上旬山陜南部、渭河、汾河、洛河及黃河中下游等地區(qū)出現(xiàn)強降水過程，9 月中旬至10 月下旬黃河干支流普遍漲水，中下游地區(qū)迎來了自新中國成立以來最嚴(yán)重的秋汛，防御形勢異常嚴(yán)峻。

1 洪水特點

1.1 洪水發(fā)生時段集中、場次多

就黃河而言，當(dāng)上游唐乃亥水文站或蘭州水文站流量達(dá)到2 500 m3/s，中游龍門水文站或潼關(guān)水文站流量達(dá)到5 000 m3/s，下游花園口水文站流量達(dá)到4 000 m3/s 的其中一個條件滿足時，就要對洪水進(jìn)行編號。9 月27 日至10 月6日，9 d內(nèi)黃河中下游連續(xù)出現(xiàn)3 場編號洪水，其中黃河潼關(guān)站編號2 次、花園口站編號1 次。9 月22 至28 日受黃河中游降雨影響，黃河支流渭河、北洛河、伊洛河、沁河出現(xiàn)較大洪水過程，潼關(guān)站27 日15：48 出現(xiàn)5 020 m3/s 洪峰流量，形成黃河2021 年第1 號洪水；9 月27 日21 時花園口站流量達(dá)到4 020 m3/s，形成黃河2021 年第2 號洪水；10 月2 至6 日受降雨影響，黃河山陜區(qū)間南部、渭河、北洛河、汾河流量普遍增大，多站出現(xiàn)歷史同期最大洪水，經(jīng)各區(qū)間來水匯合，10 月5 日23 時黃河潼關(guān)站出現(xiàn)5 090 m3/s 洪峰流量，形成黃河2021 年第3 號洪水。

1.2 干流洪水洪峰高、水量大、歷時長

秋汛關(guān)鍵期，黃河干流出現(xiàn)峰高量大的洪水。其中1 號洪水期間，潼關(guān)站出現(xiàn)1988 年以來最大洪水，洪峰流量7 480 m3/s；3 號洪水期間，潼關(guān)站出現(xiàn)1979 年以來最大洪水，洪峰流量8 360 m3/s。經(jīng)干支流水庫調(diào)節(jié)，花園口水文站10 月14 日出現(xiàn)4 950 m3/s 的流量，為1996 年以來最大洪水。

據(jù)統(tǒng)計，潼關(guān)站1 號、3 號洪水共歷時28 d，總水量高達(dá)92.90 億m3。受干支流來水影響，黃河下游洪水持續(xù)至10 月下旬，經(jīng)小浪底水庫調(diào)控，花園口水文站流量大于4 000 m3/s 的歷時達(dá)570 h，流量持續(xù)在4 800 m3/s 左右歷時約470 h。

1.3 支流洪水場次多，并出現(xiàn)歷史同期極值

在秋汛期間，渭河華縣站出現(xiàn)了流量超過1 000 m3/s 的洪水6次，伊河?xùn)|灣站出現(xiàn)流量超過1 000 m3/s 的洪水5次，洛河盧氏站出現(xiàn)流量超過1 000 m3/s 的洪水6 次。經(jīng)水庫調(diào)節(jié)，伊洛河黑石關(guān)站出現(xiàn)5 次明顯的洪水過程，沁河武陟站出現(xiàn)3 次明顯的洪水過程[1]。渭河、伊洛河、沁河出現(xiàn)9 月份同期歷史最大洪峰極值，汾河、北洛河出現(xiàn)10 月份歷史同期最大洪峰極值，河津站出現(xiàn)歷史最高洪水位。

1.4 水庫蓄水位高、調(diào)度難度大，防御形勢復(fù)雜

由于秋汛期間干支多輪次洪水相互疊加，造成小浪底、陸渾、故縣、河口村及東平湖等水庫高水位運行，多座水庫出現(xiàn)歷史最高或次高蓄水位。10 月9 日18 時沁河河口村水庫水位279.89 m，為建庫以來最高水位；10 月9 日20 時黃河小浪底水庫也達(dá)到建庫以來最高水位273.50 m；10 月12 日洛河故縣水庫水位達(dá)到537.75 m，為建庫以來最高水位；10 月26 日伊河陸渾水庫出現(xiàn)建庫以來第二高水位319.36 m。多個水庫接近飽和狀態(tài)，諸多不利因素相互疊加，黃河防汛形式異常嚴(yán)峻，防御形式非常復(fù)雜。

2 秋汛洪水對山東河段的影響

山東河段是黃河最下游的河段，黃河從河南省蘭考縣進(jìn)入山東，從東營市墾利縣注入渤海，河段全長628 km，河段的特點為上段寬淺，下段窄而彎曲，比降上陡下緩，排洪能力上大下小[2]。干流自上而下設(shè)有高村、孫口、艾山、濼口、利津5 個國家重要水文站。

2.1 洪水峰型發(fā)生改變，大流量過程持續(xù)時間長

山東河段的來水主要受小浪底水庫調(diào)度的影響。為了保障黃河下游防洪安全，9 月27 日至10 月9 日期間，小浪底水庫持續(xù)攔蓄5 000 m3/s以上的洪水（最大入庫洪峰流量8 210 m3/s），并維持下泄4 000 m3/s 左右的流量，干流山東段各水文站洪峰形式基本表現(xiàn)為平頭洪峰，且起漲、回落較為迅速。高村、艾山、利津水文站秋汛期間流量過程見圖1。秋汛洪水期間，山東河段一直維持較大流量，高村、艾山水文站持續(xù)4 500 m3/s 以上流量時間為24 d，利津水文站持續(xù)4 500 m3/s以上流量時間為21 d。

圖1 高村、艾山、利津水文站秋汛期間洪水過程線

2.2 斷面形態(tài)發(fā)生調(diào)整

主槽的沖深和展寬與河道整治和沖刷歷時有關(guān)[3]，挾沙水流沖淤河槽，塑造形態(tài)，河槽則約束水流，改變水流的動力，受上游持續(xù)大流量洪水影響，山東部分河段主槽形態(tài)發(fā)生了較為劇烈的變化。圖2 為高村9 月20 日至10 月25 日測驗斷面變化情況。從圖中可以看出，未經(jīng)洪水沖刷前，9 月20 日河道斷面為寬淺形式；隨著水位起漲，流量增大，左岸開始淤積，右岸在水流的沖刷和侵蝕作用下逐漸坍塌，長時間大流量過程使主槽左側(cè)沖淤交替，而右岸則持續(xù)坍塌。整個洪水期間主河槽河勢整體向右擺動，右岸大面坍塌，左岸大面積淤積出灘，河道向窄深形式發(fā)展。根據(jù)斷面測量結(jié)果，洪水期間，高村斷面出現(xiàn)建站以來最大水深。

圖2 高村水文站斷面形態(tài)變化圖

秋汛洪水期間艾山斷面形態(tài)也發(fā)生了較大的變化，洪水初期主流靠左，斷面整體處于沖刷狀態(tài)，隨著大流量過程的持續(xù)進(jìn)行，主流逐漸向右擺動，左岸呈現(xiàn)淤積態(tài)勢，右岸則逐漸被刷深，整個河道斷面由之前的V 行河槽逐漸向U 形河槽演變，洪水后期，流量漸小，左岸持續(xù)淤積，右岸略有沖刷，見圖3。

圖3 艾山水文站斷面形態(tài)變化

洪水期間利津斷面也發(fā)生了一些變化，但相比高村、艾山站斷面變化程度較弱。隨著洪水的持續(xù)進(jìn)行，主槽逐漸刷深，河槽形態(tài)變化以下切為主，當(dāng)流量逐漸減小時，河道又逐步回淤，見圖4。

圖4 利津水文站斷面形態(tài)變化

2.3 山東防御洪水情況

黃河秋汛期間，受降雨影響，山東境內(nèi)東平湖、金堤河水位大漲，由于黃河下游干流一直持續(xù)大流量、高水位過程，山東地區(qū)防汛壓力非常大，防御形式異常復(fù)雜。10 月7 日東平湖水位超警戒水位0.71 m，但受黃河下游流量控制限制，排入黃河的水量有限，高水位及風(fēng)浪淘刷使東平湖金山壩出現(xiàn)石護(hù)坡坍塌險情，威脅著金山壩后民眾的安全。為了最大限度地控制東平湖水位，南水北調(diào)濟平干渠、南水北調(diào)穿黃河工程、八里灣船閘及八里灣泄洪閘被啟用，分泄了部分東平湖洪水。由于上游金堤河入黃口——張莊閘（泵站）持續(xù)向黃河泄洪，在保證黃河下游艾山站控制流量不超過下游漫灘流量的前提下，必須對東平湖的下泄流量進(jìn)行精細(xì)調(diào)度，統(tǒng)籌考慮東平湖和黃河下游防洪壓力，安全優(yōu)化調(diào)度，相機調(diào)整東平湖下泄流量，9 月27 日至10 月27 日秋汛期間，陳山口與清河門兩閘頻繁調(diào)整閘門高度共計50 余次，保證了東平湖的水量順利排入黃河，同時也保障了東平湖及黃河下游的防洪安全。為了減輕黃河行洪壓力，山東省水利廳下發(fā)專項通知，在保障各水庫及閘壩工程安全的前提下，指導(dǎo)沿黃各市加大引黃用水力度，使黃河干流洪水得以分泄，對山東河段的防洪起到了積極的作用。

3 結(jié)論及建議

此次秋汛洪水期間超警戒河流、水庫多，洪水量級大，精準(zhǔn)的洪水預(yù)報成為防汛決策的重要依據(jù)。盡管總體預(yù)報精度較好，但在洪水到來之前對降雨的預(yù)報誤差較大，且中長期預(yù)報能力不足，造成部分水庫前期蓄水較多，水位較高，沒有為防御洪水預(yù)留足夠的空間。洪水期間部分水文設(shè)施被大水沖走或毀壞，給水文測驗帶來困難，甚至影響了測驗精度和測驗質(zhì)量。

建議提高水文氣象預(yù)報精度和中長期水文預(yù)報能力，細(xì)化極端天氣和超常規(guī)洪水的防御方案和安全預(yù)案，增強水文設(shè)施的抗洪能力，從而為防御非常規(guī)洪水、保證汛期水文監(jiān)測任務(wù)正常開展奠定基礎(chǔ)。