小浪底水庫對(duì)濼口至利津河段沖淤變化分析

劉 昀，楊 釗，畢 棟，畢 博

小浪底水庫對(duì)濼口至利津河段沖淤變化分析

劉 昀，楊 釗，畢 棟，畢 博

（黃河水利委員會(huì)山東水文水資源局，濟(jì)南2501000）

根據(jù)小浪底水庫2002～2015年的調(diào)水調(diào)沙資料，對(duì)濼口至利津河段的沖淤情況進(jìn)行分析，認(rèn)為調(diào)水調(diào)沙使濼口至利津河段的河道得到明顯沖刷，主槽斷面形態(tài)向良性發(fā)展，平灘流量大幅增加，過流能力大大增加。同時(shí)近幾年調(diào)水調(diào)沙資料表明河道沖刷力度減弱，沖刷效率降低，河床粗化，主槽過流能力已基本穩(wěn)定。

調(diào)水調(diào)沙；沖淤變化；過流能力

水少沙多是黃河的主要特點(diǎn)之一，在多沙河流上修建水庫可使下游河道的來水來沙過程發(fā)生改變，河床也會(huì)得到相應(yīng)調(diào)整。小浪底水庫位于河南洛陽以北40km的黃河干流上，于1999年10月25日開始下閘蓄水［1］，2002年開始調(diào)水調(diào)沙。調(diào)水調(diào)沙一般在汛初進(jìn)行，通過運(yùn)用小浪底水庫或聯(lián)合陸渾、故縣、三門峽、萬家寨等多個(gè)水庫［2］，人工塑造洪峰，對(duì)水沙關(guān)系進(jìn)行調(diào)控，形成比較優(yōu)化的水、沙組合，從而減輕水庫和河道的淤積，增強(qiáng)河道的行洪能力。

1 小浪底水庫運(yùn)用對(duì)濼口至利津河段水沙條件的影響

1.1 水沙量年內(nèi)分配的改變

小浪底水庫運(yùn)用前水量多集中在8～10月份；小浪底水庫運(yùn)用后由于調(diào)水調(diào)沙，水量多集中在6～8月份。小浪底水庫運(yùn)用前，1952～1999年濼口站、利津站汛期來沙量分別占84.9%，84.8%；小浪底水庫建庫運(yùn)用后，黃河濼口站、利津站汛期來沙量分別減少66.9%，67.3%。

1.2 全年輸沙量大幅減少

小浪底水庫運(yùn)用以來，三門峽水庫下泄的泥沙大部分被攔截在庫內(nèi)，非汛期則下泄清水［3］。以濼口站為例，小浪底水庫運(yùn)用前，年平均輸沙量8.62億t，小浪底水庫運(yùn)用后，年平均輸沙量減少1.43億t。

1.3 汛期大流量持續(xù)時(shí)間短

據(jù)統(tǒng)計(jì)，自調(diào)水調(diào)沙以來濼口、利津站2500m3/s以上的流量一般出現(xiàn)在調(diào)水調(diào)沙中期或上游有較大洪水的時(shí)期，其他時(shí)期以小流量為主。

1.4 洪水次數(shù)減少，洪峰流量減小

以濼口為例，調(diào)水調(diào)沙以來日平均最大流量均在4500m3/s以下，超過3000m3/s的洪水一年2次。

2 調(diào)水調(diào)沙對(duì)濼口至利津河段河道的影響

濼口至利津河段屬人工控制的彎曲性河段，河長174km，堤距0.5～4km。兩岸險(xiǎn)工、控導(dǎo)工程所形成的河道防護(hù)長度占河長的80%，制約了河道的擺動(dòng)范圍，河槽比較穩(wěn)定，調(diào)水調(diào)沙對(duì)此段河道的沖刷主要以下切為主。

2.1 調(diào)水調(diào)沙期間濼口至利津河段以沖為主

2002年小浪底水庫進(jìn)行了首次調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)，至2015年已有14年，2002～2015年調(diào)水調(diào)沙期間濼口至利津河段共沖刷泥沙0.973億t，淤積泥沙0.180億t，2004年沖刷量最大，達(dá)0.150億t（沙量平衡法）。從2002～2015年濼口至利津沖淤情況（圖1）看，濼口至利津河段調(diào)水調(diào)沙時(shí)期總體以沖刷為主，部分年份發(fā)生了淤積，但隨著調(diào)水調(diào)沙的逐年進(jìn)行，沖刷趨勢(shì)減弱。從年沖淤情況上看，2003年沖刷量最大，2011年以后則以淤積為主如圖1。

圖1 調(diào)水調(diào)沙沖淤量與全年沖淤量對(duì)比

2.2 主槽斷面形態(tài)得到調(diào)整

主槽斷面形態(tài)的改變反映了水流、泥沙等對(duì)河床的塑造結(jié)果，小浪底水庫的運(yùn)用使黃河下游河段主槽斷面得到相應(yīng)調(diào)整，對(duì)濼口、利津斷面變化情況（表1）進(jìn)行分析，認(rèn)為濼口斷面河寬沒有增加、利津斷面展寬也不明顯，兩斷面主槽均刷深，河底高程降低，濼口斷面下切幅度達(dá)2.39m，利津斷面下切幅度較小，為1.41m。河相系數(shù)■B /H［1］2015年調(diào)水調(diào)沙后與2002年調(diào)水調(diào)沙后相比，兩斷面均有所減少，橫斷面趨于窄深，其中B為平灘時(shí)的水面寬度，H為平灘時(shí)斷面平均水深。

表1 黃河濼口、利津斷面特征變化單位：m

主槽的沖深和展寬與河道整治和沖刷歷時(shí)有關(guān)［1］，濼口與利津之間的河段兩岸險(xiǎn)工、控導(dǎo)工程較多，調(diào)水調(diào)沙期間沒有出現(xiàn)塌灘現(xiàn)象，因此兩斷面展寬幅度非常小，從2002，2007，2015年調(diào)水調(diào)沙水位落平后濼口、利津站的主槽斷面（圖2，圖3）中可以看出兩斷面主槽形態(tài)變化均以下切為主，測(cè)驗(yàn)河段主槽河床得到一定改善。

圖2 濼口站2002，2007，2015年調(diào)水調(diào)沙后主槽斷面套匯圖

圖3 利津站2002，2007，2015年調(diào)水調(diào)沙后主槽斷面套匯圖

2.3 主槽過流能力增強(qiáng)

2.3.1 歷年調(diào)水調(diào)沙期間水位流量關(guān)系曲線逐年

右移

水位流量關(guān)系的變化可以反映河道的過流能力及沖淤情況，調(diào)水調(diào)沙期間的水位流量關(guān)系點(diǎn)及關(guān)系曲線如圖4，圖5，從圖中可以看出水位流量關(guān)系逐年右移，尤其是最初幾年，水位流量關(guān)系右移幅度較大，說明同級(jí)水位的相應(yīng)流量逐年增大，主槽沖刷明顯，過流能力逐年增強(qiáng)，但近幾年水位流量關(guān)系偏移量不大，并且中低水時(shí)有重合、交叉現(xiàn)象，說明目前主槽過流能力已基本穩(wěn)定。

圖4 濼口站調(diào)水調(diào)沙期間水位流量關(guān)系曲線

圖5 利津站調(diào)水調(diào)沙期間水位流量關(guān)系曲線

2.3.2 平灘流量明顯增加

平灘流量是指某一斷面水位與該斷面灘唇齊平時(shí)該斷面所通過的流量，是河道主河槽過流能力的重要指標(biāo)［4］。1986年以來，黃河下游來水量持續(xù)偏枯，導(dǎo)致下游河道淤積抬高，斷面萎縮，平灘流量減小，主槽過流能力顯著降低，至小浪底水庫投入運(yùn)用前，下游河道平灘流量從80年代中期的6000m3/s減少到2000～3000m3/s。2002年汛后，濼口的平灘流量僅2360m3/s。根據(jù)歷年汛后大斷面資料，2002～2015年濼口、利津平灘流量變化總體呈遞增趨勢(shì)，尤其調(diào)水調(diào)沙初期平灘流量增幅較大。2002～2015年濼口站的平灘流量由2360m3/s增至5000m3/s，利津站的平灘流量由3350m3/s增至5240m3/s，各河段的平灘流量增加值有所差異，增加幅度為1900～3700m3/s。

2.3.3 同水位流量呈增加趨勢(shì)

不同時(shí)期同水位級(jí)流量可以反映主槽過流能力的變化，比較歷年調(diào)水調(diào)沙時(shí)期濼口、利津站同水位級(jí)流量變化情況（表2，表3），可以看出同水位下的流量呈逐年增加的趨勢(shì)，但2010年以后兩站逐年增加趨勢(shì)有所減緩，甚至表現(xiàn)為同水位流量逐年減小。如濼口站水位29.5m時(shí)，2013年流量2980m3/s，2014年2940m3/s，2015年2930m3/s，說明主槽過流能力已經(jīng)穩(wěn)定甚至有所減弱，應(yīng)引起足夠重視并采取相應(yīng)措施。

表2 濼口站同水位級(jí)流量對(duì)比單位：m3/s

表3 利津站同水位級(jí)流量對(duì)比單位：m3/s

2.4 沖刷效率降低，河床質(zhì)粗化

當(dāng)上游來水含沙量低于水流挾沙能力時(shí)，河床往往被沖刷，由于小浪底水庫長期下泄清水，使水流挾沙能力增強(qiáng)，從而造成非均勻泥沙組成的河床質(zhì)發(fā)生分選現(xiàn)象，首先顆粒較細(xì)的床面泥沙被沖走，留下的泥沙平均粒徑逐漸增大，從而形成粗化層。形成的粗化層越來越難被揭穿，因此沖刷效率也逐漸降低。小浪底水庫運(yùn)用期間，濼口床沙中徑由0.082mm增大到0.22mm，利津由0.046mm增大到0.12mm，全河普遍增加2.25倍［3］。河床質(zhì)粗化影響了洪水對(duì)河床的沖刷，只有當(dāng)上游來水大到足以揭穿粗化層時(shí)，河床的沖刷效率才有可能進(jìn)一步提高。當(dāng)上游來水不能滿足沖刷要求時(shí)，可采取相應(yīng)的輔助措施，如加大泥沙擾動(dòng)河段的范圍、在難于沖刷的河段進(jìn)行爆破等［5］方法提高沖刷效率。

3 結(jié)語

調(diào)水調(diào)沙是解決黃河泥沙問題的關(guān)鍵舉措。調(diào)水調(diào)沙期間，濼口至利津河段河道沖刷明顯，主槽被刷深，河道行洪能力增強(qiáng)，漫灘幾率減小。但近幾年資料表明，調(diào)水調(diào)沙時(shí)期沖刷效果并不理想，隨著水庫的淤積、庫容損失的增加，尤其2014年以來北方持續(xù)干旱，汛限水位以上蓄水量持續(xù)偏少，使下游河道維持沖刷效果的難度越來越大，因此應(yīng)進(jìn)一步探索提高下游河道沖刷效率的方法，使調(diào)水調(diào)沙最大限度地發(fā)揮水沙調(diào)節(jié)的作用。

［1］蘇運(yùn)啟，尚紅霞，李勇，等.小浪底水庫對(duì)水沙的調(diào)控及下游河道響應(yīng)［J］.泥沙研究，2006（5）：28-32.

［2］付春蘭，李慶銀，王慶斌，等.小浪底水庫調(diào)水調(diào)沙對(duì)黃河下游河道沖淤的影響分析［J］.水資源與水工程學(xué)報(bào)，2012，23（5）：173-175.

［3］陳建國，周文浩，孫高虎.黃河小浪底水庫初期運(yùn)用與下游河道沖淤的響應(yīng)［J］.泥沙研究，2008（5）：1-8.

［4］陳建國，胡春宏，董占地，等.黃河下游河道平灘流量與造床流量的變化過程研究［J］.泥沙研究，2006（5）：10-16.

［5］張仰正，任汝信.黃河調(diào)水調(diào)沙對(duì)山東河段主槽沖淤變化的初步分析［J］.水利建設(shè)與管理，2006（5）：67-70.

The changes of erosion and siltation of Luokou to Lijin watercourse since the Xiaolangdi Reservoir

LIU Jun，YANG Zhao，BI Dong，BI Bo
（Yellow River Conservancy Commission Shandong Bureau of Hydrology and Water Resources，Jinan 250100，China）

According Xiaolangdi Reservoir 2002～2015 years of water and sediment regulation data，situation of erosion and siltation of watercourse of Luokou to Lijin was analyzed，that water and sediment regulation to make Luokou to Lijin river erosion significantly，the cross-sectional shape of the main channel to the sound development，bankfull discharge increased，flow capacity greatly enhanced，but in recent years，sediment regulation data show that river erosion weakened，erosion efficiency reduced，riverbed coarsening，the main channel flow capacity has been basically stable.

water and sediment regulation；erosion and siltation；flow capacity

TV211

B

1672-9900（2016）04-0005-04

2016-07-14

劉昀（1983-），女（漢族），山東齊河人，工程師，主要從事水文工作，（Tel）15288865362。