黃河小北干流沖淤與水沙響應(yīng)關(guān)系分析

林秀芝 董晨燕 蘇林山 胡恬

摘要：依據(jù)實(shí)測(cè)大斷面資料，給出了1974年以來(lái)黃河小北干流不同時(shí)段、不同河段的沿程沖淤量，分析了2003年以來(lái)該河段持續(xù)沖刷的原因，并對(duì)不同水沙搭配組合與小北干流沖淤量的響應(yīng)關(guān)系進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：①1974年三門(mén)峽水庫(kù)采用蓄清排渾運(yùn)用方式以來(lái)，黃河小北干流的沖淤變化主要受來(lái)水來(lái)沙條件影響，基本保持非汛期沖刷、汛期淤積的特點(diǎn)。2003-2016年受上游汛期來(lái)沙量大幅減小的影響，沿程各河段汛期淤積量明顯減小，在非汛期沖刷量減小不多的情況下，運(yùn)用年各河段均為持續(xù)沖刷。②汛期水沙搭配組合中含沙量對(duì)沖淤量的影響程度更顯著，運(yùn)用年內(nèi)水沙搭配組合中含沙量和流量對(duì)沖淤量的影響程度相當(dāng)。

關(guān)鍵詞：響應(yīng)關(guān)系;水沙搭配;沖淤;小北干流;黃河

中圖分類(lèi)號(hào)：P333;TV882.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j .issn. 1000- 1379.2019.05.002

1 概述

黃河中游禹門(mén)口至潼關(guān)河段簡(jiǎn)稱(chēng)小北干流，全長(zhǎng)132.5 km，河道寬3- 18 km，河床縱比降為0.03% -0.06%，平面形態(tài)呈啞鈴狀，上、下段為寬河段，中間為窄河段，灘地星羅棋布。該河段河道寬淺，水流散亂，心灘、汊流十分發(fā)育，主流擺動(dòng)頻繁，為典型的堆積游蕩型河道，素有“三十年河?xùn)|、三十年河西”之稱(chēng)。根據(jù)河道特性將其分為三段：上段從禹門(mén)口到廟前，河道長(zhǎng)42.5 km.寬一般為4-8 km.最大為10 km.河道縱比降為0. 049%.床沙中值粒徑一般為0.2 - 0.3 mm.該河段有支流汾河、涺水匯人，河勢(shì)變化較大，沖淤變化劇烈，有較強(qiáng)的滯洪滯沙作用;中段由廟前到夾馬口，河道長(zhǎng)30 km，寬3-4 km.河道縱比降為0.047%.兩岸基巖為第三紀(jì)紅土層，抗沖力強(qiáng)，河寬較窄，有一定控制作用;下段為夾馬口到潼關(guān)河段，河道長(zhǎng)60 km、寬一般為6 - 10 km.最寬處為19 km.河道縱比降為0.031%，渭河、北洛河在此段匯人，形成廣闊的匯流區(qū)，具有很強(qiáng)的滯洪滯沙作用（見(jiàn)圖1）。隨著20世紀(jì)七八十年代河道整治工程的大量修建，河勢(shì)變化趨緩，游蕩范圍基本在兩岸所修工程之間。小北干流河段人口水沙控制站有黃河干流龍門(mén)水文站和支流汾河河津水文站;出口控制站為潼關(guān)水文站。近期由于汾河人黃水沙量較少，因此本文采用的水沙條件均以龍門(mén)水文站實(shí)測(cè)資料為主。

黃河小北干流河段的沖淤變化會(huì)對(duì)潼關(guān)高程（指潼關(guān)（六）斷面1000 m³/s流量對(duì)應(yīng)的水位）產(chǎn)生重要影響[1-4]。同時(shí)，該河段的沖淤演變規(guī)律也制約著將來(lái)古賢水庫(kù)的運(yùn)用方式[5-6]。因此，研究黃河小北干流河段的沖淤變化，對(duì)分析潼關(guān)高程演變規(guī)律以及將來(lái)古賢水庫(kù)的運(yùn)用方式均具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。2黃河小北干流沿程沖淤變化

1974年三門(mén)峽水庫(kù)采用蓄清排渾運(yùn)用方式以來(lái)，黃河小北干流河段的沖淤變化主要受上游來(lái)水來(lái)沙以及河道邊界條件的影響[7-9]。由實(shí)測(cè)大斷面資料計(jì)算，1974-2016年該河段累計(jì)淤積泥沙3.84億m³（見(jiàn)圖2）。其中上段、中段、下段累計(jì)淤積量分別為1.99億、1.58億、0.27億m³，表現(xiàn)為沿程淤積。由圖2可知，1986年之后該河段發(fā)生累計(jì)性淤積，共淤積泥沙6.77億m³，至2002年小北干流累計(jì)淤積量達(dá)到最大，為6.81億m³;2003年之后發(fā)生了累計(jì)性沖刷，共沖刷泥沙2.97億m³。

以1986年10月黃河上游龍劉水庫(kù)（龍羊峽、劉家峽水庫(kù)）聯(lián)合運(yùn)用為分界點(diǎn)，由于1987年前黃河上游降雨量豐沛，同時(shí)龍羊峽水庫(kù)沒(méi)有投入運(yùn)用，上游水庫(kù)群庫(kù)容小，蓄存水量有限，因此進(jìn)入黃河中、下游的水沙量較為豐沛。1974-1986年龍門(mén)站實(shí)測(cè)年均來(lái)水量為304.78億m3，來(lái)沙量為6.162億t，平均含沙量為20.22 kg/m³，來(lái)沙系數(shù)為0.020 9 kg.s/m⁶，該時(shí)段小北干流年均淤積量為0.0029億m³（見(jiàn)表1），僅發(fā)生少量淤積：1987年后受上游龍劉水庫(kù)聯(lián)合調(diào)控運(yùn)用以及上游用水量增加、降雨量減少、水保措施減水減沙等多方面因素影響，進(jìn)入小北干流的水沙量大幅減小（見(jiàn)表1），其中：1987-2002年與1974-1986年相比，年均水量減至194. 48億m³，減幅為36%;沙量減至4.803億t，減幅為22%。由于沙量減幅小于水量減幅，因此該時(shí)段年均含沙量增至24.70 kg/m³，來(lái)沙系數(shù)為0.040 1 kg.s/m⁶，相對(duì)不協(xié)調(diào)的水沙關(guān)系導(dǎo)致該時(shí)段小北干流年均淤積0.423 2億m3。2003年以來(lái)，受上游降雨量減小、水保措施增加、植被恢復(fù)等多方面因素的影響，進(jìn)入小北干流的水量在大幅減少的同時(shí)，沙量也減小很多。因此，2003-2016年與1974-1986年相比，雖然年均水沙量減小很多，但由于沙量減幅遠(yuǎn)大于水量減幅，因此該時(shí)段年均含沙量?jī)H為6. 35kg/m³，來(lái)沙系數(shù)僅為0.010 5 kg.s/m⁶，受來(lái)沙量大幅減小的影響，該時(shí)段小北干流不但沒(méi)有淤積，反而沖刷了0.212 5億m³。

受水沙條件影響，小北干流上、中、下游也表現(xiàn)出與全河段相似的沖淤演變規(guī)律。1974-1986年沿程沖淤量較小，分別為0.006 0億、0.050 5億、-0.053 6億m3;1987-2002年各河段沿程淤積量相對(duì)較大，分別為0.204 7億、0.111 2億、0.107 3億m³;2003-2016年上、中、下游均為沿程沖刷，年均沖刷量分別為0.097 6億、0.061 0億、0.053 9億m³（見(jiàn)表2）。各河段年均單位長(zhǎng)度沖淤量見(jiàn)圖3.可以看出1974-1986年小北干流上、中、下游單位長(zhǎng)度年均淤積量分別為12、117、-138 m³/（m.a），表現(xiàn)為上段和中段淤積，下段沖刷;1987-2002年分別為409、259、278 m³/（m.a），基本表現(xiàn)為沿程淤積;2003-2016年分別為- 195、- 142、-139 m³/（m.a），表現(xiàn)為沿程沖刷。

3 河道沖淤及水沙搭配響應(yīng)關(guān)系

1974年以后黃河小北干流河段的沖淤變化主要受水沙搭配組合的影響，表現(xiàn)為非汛期沖刷（見(jiàn)圖4）、汛期淤積的特點(diǎn)（見(jiàn)圖5）。非汛期沖刷主要受來(lái)水量影響10]，汛期淤積主要受水沙搭配組合的影響。由圖4、圖5可以看出.2003-2016年與1987-2002年相比，非汛期沖刷量減小不多，而汛期淤積量減小很多，從而導(dǎo)致近期小北干流各河段以沖刷為主。這主要與進(jìn)入小北干流河段的水沙條件密切相關(guān)，近期非汛期來(lái)水量減幅不大（見(jiàn)圖6），而汛期來(lái)水量、來(lái)沙量都大幅減小，特別是汛期來(lái)沙量減幅遠(yuǎn)超過(guò)來(lái)水量減幅（見(jiàn)圖7），導(dǎo)致該河段汛期淤積量減小很多。

進(jìn)一步分析了1974-2016年汛期和運(yùn)用年不同水沙搭配組合與河道沖淤量的響應(yīng)關(guān)系。圖8為不同水沙搭配組合與河道沖淤量相關(guān)系數(shù)的變化趨勢(shì)，其中Js為平均含沙量，Q為平均流量。由圖8可以看出，無(wú)論汛期或運(yùn)用年，進(jìn)入小北干流的不同水沙搭配組合與河道沖淤量的相關(guān)系數(shù)均超過(guò)0.60，為高度相關(guān)，說(shuō)明河道沖淤主要受水沙搭配組合的影響。但是，不同水沙組合與沖淤量的響應(yīng)關(guān)系不盡相同。在汛期，隨著水沙搭配組合中流量指數(shù)的減小，相關(guān)系數(shù)逐步增大，流量指數(shù)降低到0.3時(shí)相關(guān)系數(shù)最大，之后隨著流量指數(shù)降低，相關(guān)系數(shù)又有所減小。這說(shuō)明汛期水沙搭配組合中含沙量對(duì)沖淤量的影響程度更顯著一些。在運(yùn)用年內(nèi)則表現(xiàn)不同，隨著水沙搭配組合中流量指數(shù)的減小，沖淤量與水沙搭配組合的相關(guān)系數(shù)逐步減小，說(shuō)明水沙搭配組合中含沙量和流量對(duì)沖淤量的影響程度相當(dāng)。

4 結(jié)論

（1）1974年三門(mén)峽水庫(kù)采用蓄清排渾運(yùn)用方式以來(lái)，黃河小北干流的沖淤變化主要受來(lái)水來(lái)沙條件影響，基本保持非汛期沖刷、汛期淤積的特點(diǎn)。2003-2016年受上游汛期來(lái)沙量大幅減小的影響，沿程各河段汛期淤積量明顯減小，在非汛期沖刷量減小不多的情況下，運(yùn)用年各河段均為持續(xù)沖刷。

（2）汛期水沙搭配組合中含沙量對(duì)沖淤量的影響程度更顯著，運(yùn)用年內(nèi)水沙搭配組合中含沙量和流量對(duì)沖淤量的影響程度相當(dāng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]林秀芝，姜乃遷，田勇，從潼關(guān)上下河段縱剖面調(diào)整看潼關(guān)高程變化[J].泥沙研究，2004（6）：13-16.

[2]侯素珍，姜乃遷，張?jiān)h，等，潼關(guān)高程的演變特性及成因分析[J].人民黃河，2004，26（6）：26-28.

[3] 焦恩澤，侯素珍，林秀芝，等，潼關(guān)高程演變規(guī)律及成因分析[J].泥沙研究，2001（2）：8-11.

[4] 張?jiān)h，姜乃遷，侯素珍，潼關(guān)高程影響因素及下降幅度探討[J].泥沙研究，2005（1）：40-45.

[5] 焦恩澤，江恩惠，張清，古賢水庫(kù)效益評(píng)估和相關(guān)問(wèn)題探討[J].人民黃河，2011，33（2）：4-8.

[6] 張金良，黃河古賢水利樞紐的戰(zhàn)略地位和作用研究[J].人民黃河，2016，38（ 10）：119-121.

[7]侯素珍，王平，呂秀環(huán)，黃河小北干流近期河床演變成因分析[J].人民黃河，2008，30（11）：22-27.

[8]王平，侯素珍，林秀芝，黃河小北干流近期沖淤演變特點(diǎn)[J].人民黃河，2010，32（ 10）：38-41.

[9] 劉社強(qiáng)，郭寶群，田文君，黃河小北干流河段水沙變化及沖淤特性[J].人民黃河，2015，37（8）：13-16.

[10] 鄧安軍，郭慶超，陳建國(guó)，黃河小北干流河道沖淤演變規(guī)律研究[J].泥沙研究，2011（2）：27-32.

【責(zé)任編輯翟戌亮】