渭河下游近期沖淤變化及其原因分析

石長偉， 張 英， 梁林江， 劉 俊

(1.陜西省河流工程技術研究中心， 陜西 西安 710018；2.陜西省江河水庫管理局， 陜西 西安 710018；3.陜西水利水電工程集團有限公司, 陜西 西安 710086)

1 渭河下游沖淤概況

渭河下游歷史上是微淤的沖淤平衡的地下河[1]，由于三門峽水庫修建與運用，渭河下游河道局部侵蝕基準潼關高程大幅度抬升，造成渭河下游泥沙大量淤積，由微淤的沖淤平衡的地下河演變?yōu)榈厣稀皯液印保瑥母旧细淖兞宋己酉掠蔚暮拥罈l件和沖淤形勢，影響深遠而復雜[2]。

渭河下游不同時期沖淤情況統(tǒng)計見表1，可以看出，渭河下游淤積呈“下大上小”典型的溯源淤積形態(tài)，2002年汛期后累計淤積體達歷史最大值13.2182×108m3；之后，渭河下游沖淤以沖為主，2015年汛后累計淤積體10.4876×108m3，較最大淤積量減少2.7306×108m3，有所沖刷[3]。從淤積程度看，淤積最嚴重時期發(fā)生在蓄清排渾運用之前，累計淤積體10.0746×108m3，占歷史最大淤積量的76.22%，占目前下游總淤積量的96.06%。從淤積部位看，各個時期淤積重心均在渭淤10以下河段，一般占下游全部淤積的70%左右；渭淤10～26河段也有較大的累計淤積量，一般占下游全部淤積的30%左右；渭淤26以上河段有沖有淤，總體呈沖刷狀態(tài)，共沖刷1.4923×108m3。

2 渭河下游近期(2002年汛后原型試驗以來)沖淤變化情況分析

2.1 綜合整治前沖淤變化情況

2002年汛后三門峽水庫開始原型試驗運用至渭河下游綜合整治前(2002年9月-2010年11月)，渭河下游沖淤體成果統(tǒng)計見表2。可以看出，該時期河道以沖為主，共沖刷泥沙1.5023×108m3，年均沖刷量0.1879×108m3。從河段沖淤看，渭淤10以下河段年度有沖有淤、總體以沖為主，沖刷1.0068×108m3；渭淤10～26河段年度有沖有淤、總體以淤為主，淤積0.3390×108m3；渭淤26以上河段全部為沖刷，沖刷0.8354×108m3；全河段呈“上下沖、中間淤，總體沖”的淤積分布。

表1 渭河下游不同時期各河段淤積量統(tǒng)計成果表(斷面法成果,以水文年計) 108 m3

表2 2002年汛后-2010年汛后渭河下游各河段沖淤量 108 m3

從時段沖淤變化來看：2002年10月-2009年10月期間，渭河下游年度沖淤變化為沖淤相間，泥沙沖淤量一般介于-0.18×108～0.14×108m3的正常年度沖淤量之間，7年共沖刷0.4754×108m3，年均沖刷量為0.0679×108m3；2009年10月-2010年11期間，渭河下游在沒有發(fā)生較大洪水(2010年最大洪水臨潼站洪峰流量為2 800 m3/s)的情況下，沖刷量達1.0278×108m3，遠超過正常年份沖淤變化，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這主要是渭河華縣河段淤背工程建設在河道內(nèi)大量取土及由此影響斷面測量造成的。

2.2 綜合整治以來沖淤變化情況

渭河下游綜合整治以來(2010年11月-2015年10月)總體來講是沖刷的，共沖刷泥沙1.2274×108m3，年均沖刷0.2455×108m3，詳見表3。

從河段沖淤分布看，渭攔河段沖刷0.0124×108m3；渭淤1～10河段淤積0.3919×108m3，其中渭淤1～4河段沖刷0.2187×108m3，渭淤4～10河段淤積0.6106×108m3，河槽變化不明顯；渭淤10～26河段沖刷0.6786×108m3,渭淤26～37河段沖刷0.9283×108m3，部分河段河槽河底刷深明顯，如咸陽至農(nóng)六河段河槽下切加劇，下切最大深度大約達2～3 m，上游段已發(fā)展至西寶客運專線橋附近，并向上游較快發(fā)展；河道總體上呈“上下沖、中間淤”的沖淤格局。

表3 2010年汛后-2015年汛后渭河下游各河段沖淤量 108 m3

從年度沖淤變化來看：2010年11月-2015年10月期間，渭攔河段有沖有淤，主要是“11.9”洪水沖刷，總體呈沖刷；渭淤1～4河段除2013年度外，其他年度均為沖刷，總體為沖刷；渭淤4～10河段除2015年度外均為淤積，總體為淤積；渭淤10～26、26～37河段各年度均為沖刷。

3 近期沖淤變化原因分析

3.1 潼關高程變化的影響

2002年汛后三門峽水庫開始原型試驗運用[4-5]，加之水沙條件有所改善與相關各方先后采取了潼關河段清淤[6]、東轤裁灣[7]、黃河北干流放淤試驗[8]與調(diào)水調(diào)沙[9]等措施，渭河下游局部侵蝕基準——潼關高程由2003年汛前歷史最高328.82 m逐步下降，2012年汛后潼關高程為327.38 m；之后，潼關高程又呈連年抬升變化，2016年汛后潼關高程抬升至327.94 m。三門峽水庫非汛期運用水位與非汛期潼關高程升降變化關系見圖1，可以看出：三門峽非汛期平均運用水位高低對潼關高程升降有著明顯而重要的影響，特別是原型試驗以來，關系更為密切，相關系數(shù)R=0.79。因此，由于2010年度以來三門峽水庫汛期、非汛期運用水位全方面突破原型試驗指標與“潼關高程控制與三門峽水庫運用方式研究[10]”確定的指標，潼關高程又呈抬升趨勢。

圖1 1973年汛后以來非汛期平均水位(Z非)與潼關

1973年汛后三門峽水庫蓄清排渾運用以來潼關高程升降變化與渭河下游累計淤積量關系見圖2，可以看出：2010年前隨著潼關高程的升降渭河下游累計淤積量發(fā)生相應的沖淤變化，變化趨勢基本一致，只是略有滯后；2010年汛后以來潼關高程變化不大，圍繞327.50m上下波動，相對穩(wěn)定，渭河累計淤積量大幅度下降；2012年之后潼關高程微升，渭河下游累計淤積量仍呈下降趨勢；表明在潼關高程較為穩(wěn)定條件下，對渭河下游沖淤變化有重要影響的潼關高程影響因子的作用有所減弱，并且有一定的滯后現(xiàn)象。盡管兩個時期兩者相關性不盡一致、有一定變化，但渭河下游泥沙淤積量隨著潼關高程的抬升或降低而增大或減少的規(guī)律仍然明顯存在[3]。因此，渭河下游累計沖淤量與潼關高程變化密切相關，潼關高程升降變化對渭河下游沖淤有著重要影響，是渭河下游沖淤的直接影響因素。

圖2 1973年以來渭河下游歷年累積淤積量與潼關高程變化

3.2 水沙條件變化的影響

渭河下游不同時期水沙量變化統(tǒng)計(圖3)可以看出：2002年汛后渭河水沙發(fā)生了較大變化，華縣站2003-2015年系列年均徑流54.78×108m3、年均輸沙量0.986×108t，分別為1961-2002年系列均值67.18×108m3、3.336×108t的81.5%、29.6%，屬平水特枯沙系列。對比分析表明：1973-2002年華縣站水沙一致性較差；2003-2015年華縣水、沙量關系相關系數(shù)為0.645(圖3)，說明該時期水沙較為協(xié)調(diào)，有利于河道沖刷；而各個時期渭河水沙量與下游河道淤積量均無明顯相關性，說明水沙量對沖淤的影響受其它因素的制約，處于從屬地位。

圖3 渭河下游華縣站水沙量關系圖

3.3 人類活動的影響

按臨渭區(qū)河段從2005年采砂量[11]42×104m3增加至2010年采砂量[12]196×104m3估算，渭河下游2003-2010年平均年采砂量大致在120×104～150×104m3，對于多年平均可能補給量[13]252×104～568×104m3而言，采砂對渭河下游河道沖淤影響較小。

2010年10月渭河全線綜合整治工程正式開工，為保障綜合整治建設，渭河下游全線禁采(偷采除外)，綜合整治期間人類活動主要是渭河中下游兩岸堤防新建、改建與加固擴建建設用土；按渭河下游綜合整治期間堤防長度與新、舊堤防斷面的新增工程量估算從河道取土量大約為0.3723×108m3，占同期沖刷量1.2274×108m3的30.3%，可見綜合整治期間人工干擾對渭河下游沖淤有著重要影響。

4 結論與建議

(1)渭河下游近期沖淤由淤積演變?yōu)闆_刷，呈“上下沖、中間淤，總體沖”的沖淤格局；渭河綜合整治前、后兩個時期“中間淤”部位分別在渭淤10-26、渭淤4-10河段，有著明顯的區(qū)別。

(2)2002年汛后至2010年汛后潼關高程下降是渭河下游沖刷最主要的影響因素，水沙變化特別是河道輸沙量大幅度減小增大了水流挾沙力也有一定作用，但處于從屬地位，人工干擾影響較小。綜合整治期間，渭河下游沖刷量增大主要是大規(guī)模工程建設在河道內(nèi)取土、潼關高程下降造成的，渭河來沙量銳減引起的水沙搭配變化居于從屬地位。

(3)由于河口侵蝕基準、水沙條件、人工采砂(含取土)等各種因素共同影響，下游河段沖淤變化較大，工程垮塌險情近年來時有發(fā)生。建議近期防汛中應注重畸形不利河灣變化與洪水頂沖工程的觀測，適時修建控導工程、加固或續(xù)建洪水頂沖工程，加強對不利河勢的控導，確保岸坡穩(wěn)定與防洪工程安全。

(4)由于潼關高程對渭河下游沖淤有著直接的、重要的影響，三門峽水庫運用水位對潼關高程控制有著重要的作用，建議加強對包括“按《潼關高程控制與三門峽水庫運用方式研究》確定指標進行水庫運用”在內(nèi)的綜合措施，努力將潼關高程控制在325.60～325.69m以下[14]，繼續(xù)減少渭河下游淤積，改善河道行洪條件。

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