內蒙古河段過流能力分析與探討

方 立 ,羅 琪

（河南黃河水文勘測設計院,河南 鄭州 450004）

1 引言

1.1 內蒙古河段概況

黃河流域內蒙古河段全長842.8 km，首尾兩段為峽谷河段，中間為平原河段，河寬坡緩，彎道多，昭君墳至頭道拐河段比降僅1‰，河段河流擺動劇烈，游蕩性河段較長，大部分屬于沖積性河道[1]。

1.2 水庫概況

龍羊峽水庫位于青海省共和縣與貴南縣交界的龍羊峽峽谷進口約2 km處，是黃河干流上梯級開發規劃中最上游的水庫。劉家峽水庫位于甘肅省永靖縣境內的黃河干流上，是一座以發電為主，兼有防洪、灌溉、防凌、養殖等綜合效益的大型水利樞紐。龍羊峽水庫與劉家峽水庫聯合調度運用，擔負水庫下游河段的防洪、灌溉和防凌任務。

龍羊峽、劉家峽水庫運用前，上游來水基本由河道自然調節，兩庫運用后，不同時段的河道流量均受到水庫防凌調度的調節。水庫投入運行后，河道發生淤積，輸冰輸沙能力降低。

近20 年來內蒙古河段河床淤積嚴重，加之近年來由于上游來水持續偏枯、河套地區工農業用水急劇增加；同時“十大孔兌”的高含沙洪水匯入等原因，造成河床淤積、主槽萎縮、河道形態惡化、平灘流量減小、河段過流能力不斷降低[2-3]。

2 上游來水情況

2018 年8 月～10 月，黃河流域上游來水嚴重偏多，受河源區持續來水及龍劉區間、劉蘭區間降雨增加水量及水庫調度影響，蘭托區間多條支流出現超歷史洪水。

黃河上游唐乃亥水文站2018年8 月份月均流量為1310 m3/s，9 月份月均流量為2060 m3/s，流量過程見圖1，9月份流量從1500 m3/s持續增加，9 月中旬流量2000 m3/s～2500 m3/s，從一個側面可以看出上游洪水歷時和強度較大。

2018 年汛期黃河流域實測來水量與歷年均值相比均偏多。唐乃亥水文站徑流量為215.3 億m3，較多年均值偏多50.6%；劉家峽入庫徑流量為227.8 億m3，較多年均值偏多24.6%。

圖1 唐乃亥水文站來水過程線

3 水庫調度分析

3.1 調度原則

龍羊峽和劉家峽水庫聯合調度主要是為防御2018 年6 月以來上游洪水和滿足凌汛期防凌安全。

考慮到龍羊峽水庫位于最上游，庫容大、調節能力強，而劉家峽水庫庫容小、調節能力弱，且距下游寧蒙河段較近、調水快，寧蒙河段凌主要靠劉家峽水庫調節河道泄量。因此，在龍羊峽、劉家峽水庫聯合調度時可按照先劉庫后龍庫的原則，即當下游需水或需要增加梯級出力時，首先由劉庫補水，加大劉庫下泄流量，而龍庫應少放水。當劉家峽水庫滿足不了調節任務時，再由龍羊峽水庫補水，這樣既可使龍羊峽水庫多蓄少補，盡可能發揮龍羊峽水庫的多年調節作用，又能使劉家峽水庫提早騰庫，降低水位運用，提前預留防凌庫容[4]。

3.2 調度情況

2018 年8月1日～9月30日的龍羊峽和劉家峽水庫出入庫流量水位統計見表1，水庫下泄流量和庫水位對比分別見圖2、圖3、圖4。

從表中可以看出：龍羊峽水庫8月入庫均值為1270 m3/s，出庫均值為979 m3/s，基本以蓄水為主，劉家峽水庫8 月入庫均值為1800 m3/s，出庫均值為1730 m3/s，基本以下泄為主。

從圖可以看出：龍羊峽水庫8 月份出庫流量一直低于1000 m3/s，9月份超過1500 m3/s，而劉家峽水庫8月份出庫流量為1500～2000 m3/s，9月份上、中旬出庫流量在2100 m3/s；下旬出庫流量在2500 m3/s。

龍羊峽水庫水位一直在持續增長，維持凌汛初期龍羊峽水庫以蓄水為主的調度原則。劉家峽水庫庫水位8月和9月都是前期增長，后期庫水位保持持平。

表1 龍羊峽、劉家峽水庫出入庫流量均值統計表單位：流量： m3/s;水位：m

圖2 龍羊峽、劉家峽水庫出入庫流量對比

圖3 龍羊峽水庫水位變化圖

圖4 劉家峽水庫水位變化圖

4 重點水文站過流能力分析

4.1 實際過流情況分析

2018 年8月～9月，劉家峽水庫根據調度指令進行下泄，內蒙古河段巴彥高勒、三湖河口、包頭、頭道拐等重要水文站8 月份月均流量均超過1500 m3/s，9 月份月均流量均超過2500 m3/s。劉家峽水庫8 月份維持1500 m3/s以上下泄流量，9 月份維持2500 m3/s左右下泄流量，而各個水文站點維持1500 m3/s～2500 m3/s大流量，而且持續時間長。劉家峽水庫出庫及各站點流量統計見表2。

表2 劉家峽水庫出庫及水文站流量統計表 單位：m3/s

4.2 過流能力分析

2012 年汛期，黃河寧蒙河段發生了自1981 年以來的最大洪水，2000 m3/s以上流量過程持續一個多月，河道全線發生沖刷。因此，內蒙古河段巴彥高勒、三湖河口、包頭、頭道拐等重要水文站斷面的河道過流能力分析采用2012 年、2017 年、2018 年汛后的斷面資料，分別見圖5～圖8。

從圖中可以看出內蒙古河段除頭道拐外，巴彥高勒、三湖河口、包頭斷面均發生了不同程度沖刷。根據大斷面套繪成果分析，內蒙古河段最小平灘流量由2017 年的1800 m3/s增至2018 年的2450 m3/s，河道主槽過流能力增大，見表3。

表3 內蒙古河段主要斷面平灘流量表單位：流量m3/s；水位m

圖5 巴彥高勒水文站斷面套繪圖

圖6 三湖河口水文站斷面套繪圖

圖7 包頭水文站基本水尺斷面套繪圖

4.3 分析與探討

（1）目前，黃河內蒙古河段共有各類堤防1043 km，其中干流堤防987km，河道整治273 km，干流連續堤防主要分布在三盛公以下的平原河道兩岸。干流堤防設防標準為：三盛公至蒲灘拐河段左岸為50 年一遇，右岸為30 年一遇，設計防洪流量為5710 m3/s～5900 m3/s。內蒙古河段近幾年堤防標準逐步提高，為水庫大流量持續下泄和河段主槽過流提供了安全保障。

圖8 頭道拐水文站斷面套繪圖

（2）2018 年從8 月上旬開始，到10 月中旬結束，黃河上游持續強降雨，水庫長時間持續維持在1500 m3/s以上流量進行下泄，內蒙古河段河道主槽一直維持2000 m3/s以上大流量過流，主槽發生沖刷，河道行洪能力增大，寧蒙河道最小平灘流量從2017 年的1800 m3/s增大至2018年的2450 m3/s。

（3）《黃河內蒙古河段主要萎縮原因和對策》結論中提出“要減輕內蒙河段河槽淤積，要科學調控進入該河段的洪水量級，使之盡可量到1500 m3/s～2000 m3/s以上[5]”。2018年水庫實際下泄流量和水文站實際過流流量綜合數據印證了《黃河內蒙古河段主要萎縮原因和對策》結論中的洪水量級方案的正確和實效性。

5 結論

通過對2018年汛期黃河上游水庫下泄和內蒙河段重點水文站實際過流情況綜合分析可以得出，在黃河流域汛期期間，如果上游來水較多，通過水庫聯合調度進行下泄，保證河道主槽內維持一個生態大流量暢流過程的周期，對于穩步提高內蒙古河段過流能力有著重要的意義。