黃河下游泥沙淤積的滯后響應(yīng)規(guī)律分析

孟兆龍 ，劉娜楠 ，申紅彬

黃河下游山東段西起東明縣，東至墾利縣注入渤海，河道全長(zhǎng)628 km，流域面積1.83萬km2，沿程分布有高村、孫口、艾山、濼口、利津等水文站。受上游不利水沙條件的影響，黃河下游山東段歷來泥沙淤積問題嚴(yán)重，利津以上河段河底高程高出兩岸地面4.0～6.0 m，形成典型的“地上懸河”，利津以下尾閭段擺動(dòng)頻繁，泥沙不斷淤積，年均造陸面積達(dá)25～30 km2。本文在上述研究成果的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)選取黃河下游山東段中的艾山——利津彎曲型河段為研究對(duì)象，進(jìn)一步分析其河床累計(jì)淤積量的滯后響應(yīng)規(guī)律。

1 來水來沙及河床沖淤演變情況

黃河下游山東段艾山——利津河段進(jìn)口斷面艾山站1950—2004年來水來沙變化情況如圖1所示。可以看出：20世紀(jì)70年代以來，艾山進(jìn)口站流量總體呈現(xiàn)出不斷下降的趨勢(shì)，而來沙系數(shù)則不斷增大，反映出艾山——利津河段來水來沙的組合條件不斷惡化。圖2為艾山——利津河段1952—2004年累計(jì)沖淤量的變化情況以及利津出口站3 000 m3/s流量水位相對(duì)于1952年的變化情況。可以看出：1）艾山——利津河段在20世紀(jì)70年代以前整體基本處于沖淤平衡狀態(tài)，70年代后受來水來沙不斷惡化的影響出現(xiàn)了持續(xù)淤積；2）相對(duì)于1952年，利津站3 000 m3/s同流量水位總體呈現(xiàn)出不斷上升趨勢(shì)，間接反映出河底高程總體在不斷抬升；3）艾山——利津河段累計(jì)淤積量與艾山站年平均流量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而與來沙系數(shù)、利津站同流量水位變化值呈正相關(guān)關(guān)系。

圖1 艾山年均流量與來沙系數(shù)變化情況

圖2 艾山——利津河段累計(jì)沖淤量與利津站同流量水位變化情況

2 累計(jì)淤積量對(duì)來水來沙的滯后響應(yīng)

黃河下游艾山——利津河段河床淤積受上游進(jìn)口艾山站來水來沙條件與下邊界出口利津站河底高程的綜合影響。根據(jù)河床滯后響應(yīng)模型，黃河下游艾山——利津河段累計(jì)淤積量不僅與當(dāng)年艾山站來水來沙條件及利津站河底高程有關(guān)，還受到前期艾山站來水來沙條件及利津站河底高程的影響。圖3、圖4為艾山——利津河段多年累計(jì)淤積量與艾山站當(dāng)年平均流量以及多年滑動(dòng)值的相關(guān)關(guān)系。可以看出：艾山——利津河段多年累計(jì)淤積量與艾山站流量負(fù)相關(guān)關(guān)系的相關(guān)系數(shù)隨滑動(dòng)平均年數(shù)的增多而增大，約到15年左右時(shí)達(dá)到最大。同理，可繪出艾山——利津河段多年累計(jì)淤積量與艾山站來沙系數(shù)、利津出口斷面同流量水位變化值正相關(guān)關(guān)系相關(guān)系數(shù)的變化情況，分別如圖5、圖6所示。可以看出：艾山——利津河段多年累計(jì)淤積量與艾山站來沙系數(shù)、利津站同流量水位變化值相關(guān)系數(shù)最大時(shí)對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)平均年數(shù)分別為15年、13年。

圖3 累計(jì)淤積量與艾山站當(dāng)年平均流量關(guān)系

圖4 累計(jì)淤積量與艾山站多年滑動(dòng)平均流量關(guān)系

圖5 累計(jì)淤積量與艾山站多年滑動(dòng)平均來沙系數(shù)關(guān)系

圖6 累計(jì)淤積量與利津站多年滑動(dòng)平均水位變化值關(guān)系

3 結(jié) 語(yǔ)

黃河下游艾山——利津河段累計(jì)淤積量不僅與當(dāng)年艾山站來水來沙條件及利津站河底高程有關(guān)，還受到前期艾山站來水來沙條件及利津站河底高程的影響：1）艾山——利津河段累計(jì)淤積量與艾山站多年滑動(dòng)平均流量、來沙系數(shù)的相關(guān)程度隨滑動(dòng)平均年數(shù)的增多而增大，約到15年左右時(shí)達(dá)到最大。2）艾山——利津河段累計(jì)淤積量與利津站多年滑動(dòng)平均同流量水位抬升值相關(guān)系數(shù)隨滑動(dòng)平均年數(shù)的增多而增大，約到13年左右時(shí)達(dá)到最大。

[1] 錢寧,張仁,李九發(fā),等.黃河下游挾沙能力自動(dòng)調(diào)整機(jī)理的初步探討 [J].地理學(xué)報(bào),1981,36(2)：143-155.

[2] 吳保生,張?jiān)h.黃河下游輸沙量的沿程變化規(guī)律和計(jì)算方法 [J].泥沙研究,2007,(1)：30-35.

[3] 申冠卿,張?jiān)h,侯素珍,等.黃河上游干流水庫(kù)調(diào)節(jié)水沙對(duì)寧蒙河道的影響[J].泥沙研究,2007,(1)：57-75.