黃河小北干流漫灘洪水分析和預(yù)報(bào)方法探討

李楊俊 鄭雁芬 孫文娟 寧愛(ài)琴 柯桂英

摘要：在分析黃河小北干流河道特性、漫灘洪水水沙特點(diǎn)和演進(jìn)規(guī)律以及平灘流量隨來(lái)水來(lái)沙和河道沖淤變化情況的基礎(chǔ)上，考慮小北干流寬淺河道的特點(diǎn)和漫灘洪水調(diào)蓄特征，用實(shí)測(cè)淤積斷面資料和水位站資料建立了河道槽蓄關(guān)系，用“蓄率中線法”對(duì)漫灘洪水進(jìn)行演算預(yù)報(bào)。對(duì)高含沙漫灘大洪水在灘地滯蓄淤積，洪量減小、洪峰曲線坦化的情況，建立了滯水滯沙處理模型。結(jié)果表明：1960年以來(lái)21場(chǎng)漫灘洪水的預(yù)報(bào)檢驗(yàn)合格率為85.7%，對(duì)黃河“92·8”洪水和“%·8”洪水預(yù)報(bào)的確定性系數(shù)分別為0.87，0.93，洪峰流量預(yù)報(bào)精度分別為86.5%，96.3%.

關(guān)鍵詞：預(yù)報(bào)方法；漫灘；水沙特性；洪水；小北干流；黃河

中圖分類(lèi)號(hào)：P332；TV122；TV882.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2018.03.002

黃河小北干流（龍門(mén)至潼關(guān)河段）是典型的寬淺游蕩型河道，區(qū)間集水面積為184 589km2，河段長(zhǎng)132.5km，河床縱比降為0.03%一0.06%。黃河從龍門(mén)水文站下游約1.5km的禹門(mén)口卡口出山陜峽谷人小北干流，河道驟然展寬，由約130 m展寬到3km左右，最寬處可達(dá)19km，河道寬淺，水流散亂，沙洲密布，沖淤變化劇烈，素有“三十年河?xùn)|、三十年河西”之稱(chēng)。1986年以來(lái)，小北干流河道淤積不斷增加，河道萎縮嚴(yán)重，平灘流量不斷減小，洪水漫灘概率增大。洪水漫灘后，洪峰削減率增大，傳播時(shí)間延長(zhǎng)，給洪水預(yù)報(bào)工作帶來(lái)了較大的困難。本文在分析小北干流河道情況和漫灘洪水特性的基礎(chǔ)上，對(duì)預(yù)報(bào)方法進(jìn)行了探討，以期為提高漫灘大洪水的預(yù)報(bào)精度提供技術(shù)支撐。1河道平灘流量變化情況

龍門(mén)一潼關(guān)河段屬于三門(mén)峽庫(kù)區(qū)，該河段平灘流量的變化與三門(mén)峽水庫(kù)運(yùn)用、河道沖淤、潼關(guān)高程等關(guān)系密切。三門(mén)峽水庫(kù)運(yùn)用初期以蓄水運(yùn)用為主，庫(kù)區(qū)河道嚴(yán)重淤積，小北干流平灘流量由建庫(kù)前的13 000m3/s左右驟減到到1966年汛前的4 000m3/s。三門(mén)峽水庫(kù)在1965-1973年先后經(jīng)歷二次大的改建，增大了泄流規(guī)模，加之敞泄排沙運(yùn)用，到1973年10月實(shí)行“蓄清排渾”運(yùn)用前，水庫(kù)庫(kù)容恢復(fù)到50億一60億m3，河道平灘流量增大到10 000m3/s左右（見(jiàn)圖1）。

三門(mén)峽水庫(kù)實(shí)行“蓄清排渾”控制運(yùn)用后，1974-1985年龍門(mén)站年均來(lái)水量303.3億m3，比多年（1950-2010年，下同）均值[]增大11.4%；年均來(lái)沙量6.14億t，比多年均值減小15.8%。可見(jiàn)，該時(shí)段小北干流屬豐水枯沙系列年，水沙條件有利，小北干流累計(jì)沖刷0.1538億m3。河道平灘流量為9000一13 500m3/s。

1986-2003年龍門(mén)站年均來(lái)水221.3億m3，比多年均值偏小18.6%；年均來(lái)沙5.76億t，較多年均值偏小21.0%，屬枯水枯沙系列年，年均含沙量為26 kg/m，，比控制運(yùn)用后（1974-1985年）增大6 kg/m，，來(lái)水來(lái)沙條件不利。該時(shí)段小北干流累計(jì)淤積7.025億m3，河道淤積萎縮嚴(yán)重，主槽過(guò)洪能力顯著減弱。到2003年汛前，小北干流平灘流量減小到2 600m3/s。2003年7月31日龍門(mén)站洪峰流量7 340m3/s的洪水經(jīng)小北干流漫灘滯蓄，到潼關(guān)站時(shí)洪峰流量?jī)H為2 110m3/s，洪峰削減率達(dá)73.3%，洪峰傳播時(shí)間30.1 h，較未漫灘洪水的傳播時(shí)間增加10 h以上。

2004-2015年小北干流雖然出現(xiàn)連續(xù)枯水枯沙年份，但是來(lái)水來(lái)沙條件較為有利，龍門(mén)站年均水量較多年均值偏小約30%，而年均沙量較多年均值偏小約70%，沙量的減小比例大于水量的，水沙組合有利。加之黃委從2004年汛期開(kāi)始在小北干流連伯灘實(shí)施放淤原型觀測(cè)試驗(yàn)、從2002年11月開(kāi)始三門(mén)峽水庫(kù)蓄水位按不超過(guò)318 m控制運(yùn)用、從2007年開(kāi)始開(kāi)展利用桃汛洪水沖刷降低潼關(guān)高程試驗(yàn)，這些措施使小北干流河道2004-2015年累計(jì)沖刷1.346億m3，河道平灘流量由2003年汛前的2 600m3/s增大到2015年汛前的5 010m3/s（見(jiàn)圖1），河道萎縮狀況比前期有所改善。

三門(mén)峽水庫(kù)在1973年10月控制運(yùn)用前，小北干流平灘流量受水庫(kù)蓄水淤積影響較大；三門(mén)峽水庫(kù)控制運(yùn)用后，小北干流平灘流量變化主要由來(lái)水來(lái)沙條件決定。目前，由于來(lái)水來(lái)沙條件有利，加之小北干流放淤試驗(yàn)和利用桃汛洪水沖刷降低潼關(guān)高程等舉措，小北干流河道淤積萎縮狀況有所改善，但河道萎縮仍較嚴(yán)重，因此分析小北干流漫灘洪水的水沙特性和演進(jìn)規(guī)律，探討漫灘洪水預(yù)報(bào)方法，對(duì)防汛和三門(mén)峽水庫(kù)防洪調(diào)度運(yùn)用具有重要作用。2漫灘洪水特性分析

小北干流河道平面面積約為1 107km2，其中灘地面積為696km2，占河道總面積的63%，主槽面積僅占37%。洪水漫灘后，由于小北干流灘地糙率為0.020-0.032，主槽糙率為0.010一0.012[]，加之灘地水草叢生、凸凹不平，因此上灘洪水受到的阻力加大，流速減小，泥沙大量淤積，使洪水過(guò)程總量減小，洪峰曲線坦化，傳播時(shí)間延長(zhǎng)。洪峰削減率K、灘地滯水滯沙量等。

2.1漫灘洪水洪峰削減情況分析

從三門(mén)峽水庫(kù)1960年蓄水運(yùn)用以來(lái)（1960-2015年），小北干流出現(xiàn)21場(chǎng)較為明顯的漫灘洪水過(guò)程，從洪峰的削減情況看，最大削峰率為73.3%，最小削峰率為22.00/c （1977年“揭河底”沖刷除外），平均削峰率為40.3%，比未漫灘的一般洪水削峰率大10%一15%，見(jiàn)表1。

從實(shí)測(cè)漫灘洪水資料分析可知，洪峰削減率K不僅與漫灘程度有關(guān)，還與龍門(mén)站洪峰流量的大小、洪峰曲線的“胖瘦”等有關(guān)。為此建立了反映洪水漫灘程度的綜合參數(shù)——漫溢系數(shù)y，計(jì)算公式為式中：嘰為漫灘水量（龍門(mén)站流量大于平灘流量時(shí)對(duì)應(yīng)的水量）；W平為平灘水量；叭為龍門(mén)站水量。

在龍門(mén)站水量一定的條件下，y值愈大漫灘水量愈大，洪峰削減率愈大，y=0時(shí)為槽流量。由漫溢系數(shù)與洪峰削減率之間的關(guān)系（見(jiàn)圖2）可知，洪水的漫溢系數(shù)（即漫灘程度）越大，洪峰削減率越大。y=0時(shí)的洪峰削減率約為20%。由表1和圖2可知，漫灘洪水的削減率總體上隨著洪峰漲率刀的增大而增大。2.2漫灘洪水演進(jìn)過(guò)程水沙量變化分析

從表2可見(jiàn)，漫灘洪水在小北干流演進(jìn)過(guò)程中，灘地滯水滯沙，泥沙淤積，洪水過(guò)程徑流總量平均減少15.8%，輸沙總量減小45%，減少的輸沙量換算為體積（干容重取1.5t/m，），約占徑流總量的8%。洪水漫溢到灘地的水沙量（大于平灘流量的水沙量）越大，洪水過(guò)程徑流總量的損失量越大。洪水過(guò)程輸沙量s，與輸沙量減小量OS，的關(guān)系見(jiàn)圖3。

由圖3可知，漫灘洪水輸沙量越大，漫灘后淤積減少的沙量也越大。同時(shí)，洪水漫溢出主槽的水沙量越大，淤積減少的輸沙量也越大。由資料求得一次洪水滯沙量OS，與洪水輸沙量S，、漫灘沙量義（Q龍>Q平時(shí)對(duì)應(yīng)的輸沙量）之間的綜合關(guān)系：

△s，=a，Sw+a sr2 }+R=（a，+azy）Sw+R（2）式中：a，.az為系數(shù)，分別取0.306，0.575；P為常數(shù)，此處取O；y=0時(shí)孔=0。

3.5預(yù)報(bào)成果的檢驗(yàn)和評(píng)定

對(duì)1960年三門(mén)峽水庫(kù)建成運(yùn)用以來(lái)小北干流出現(xiàn)的21次漫灘洪水進(jìn)行評(píng)定和檢驗(yàn)，洪水過(guò)程預(yù)報(bào)檢驗(yàn)合格率為85.7%。對(duì)典型的黃河" 92·8..洪水和“96·8”漫灘大洪水進(jìn)行檢驗(yàn)，洪水過(guò)程預(yù)報(bào)精度（確定性系數(shù)[4]）分別為0.87、0.93，洪峰流量預(yù)報(bào)精度分別為86.5%和96.3%（見(jiàn)圖4）。可以看出，該預(yù)報(bào)方法對(duì)小北干流漫灘大洪水的預(yù)報(bào)具有重要的參考價(jià)值。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)小北干流河道情況和漫灘洪水特性、演進(jìn)規(guī)律、沖淤變化等進(jìn)行分析，用實(shí)測(cè)淤積斷面資料和水位站資料建立了河道的槽蓄關(guān)系，用“蓄率中線法”對(duì)漫灘洪水進(jìn)行調(diào)洪演算預(yù)報(bào)，收到了良好的預(yù)報(bào)效果。對(duì)高含沙漫灘大洪水，在灘地水量滯蓄、泥沙淤積使得洪水徑流總量減小的情況下，建立滯水滯沙處理模型，提高了漫灘洪水預(yù)報(bào)精度。需要指出的是，該漫灘洪水預(yù)報(bào)方法還需不斷完善，以適應(yīng)不同的河道情況和洪水特性。

參考文獻(xiàn)：

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