黃河寧蒙河道萎縮演變特征與治理措施建議

盧書慧 ，張旭東 ，朱莉莉 ，張 娜，陳聲建

黃河寧蒙河道是黃河干流游蕩性河段之一，水沙變化和河床演變復(fù)雜。特別是1986年龍羊峽水庫投入運(yùn)用后，水沙條件發(fā)生更大變化，寧蒙河道演變出現(xiàn)新問題：主槽淤積萎縮嚴(yán)重，過流能力降低，河勢(shì)變化加劇，防洪防凌形勢(shì)十分嚴(yán)峻[1]。由于黃河流域水量的普遍偏枯，在沖積性河段均不同程度的出現(xiàn)了河槽萎縮，而對(duì)龍羊峽水庫運(yùn)用以來寧蒙河道的淤積狀況、水沙變化對(duì)河床演變的影響程度、平灘流量的變化和河槽的過洪能力等認(rèn)識(shí)不足，難以為新形勢(shì)下防洪和防凌工作提供技術(shù)支撐。因而需要全面系統(tǒng)地收集資料，對(duì)以上問題進(jìn)行深入研究，探索其變化的新特點(diǎn)[2]。本文在分析黃河寧蒙河道水沙變化的基礎(chǔ)上，研究了黃河寧蒙河道萎縮演變特征，提出黃河寧蒙河道萎縮治理措施建議，試圖為維持黃河寧蒙河道健康生命提供科技支撐。

1 黃河寧蒙河道水沙變化

1.1 年際水沙變化

在1969～1986年劉家峽水庫投入運(yùn)用至龍羊峽水庫運(yùn)用前，下河沿實(shí)測(cè)年均水量為324.0億m3，較多年平均偏大3.2%，而汛期水量171.7億m3，較多年均值減少11%；年均輸沙量為1.089億t，較多年平均減少41%，汛期沙量0.910億t，較多年均值相應(yīng)減少43.2%。

1986年龍羊峽水庫運(yùn)用后，1987～2015年年均水量247.6億m3，較多年均值減少21%，汛期水量103.7億m3，較多年均值減少46.3%；輸沙量進(jìn)一步減少，年均沙量只有0.809億t，較多年平均值減少56.3%，汛期沙量0.630億t，較多年均值相應(yīng)減少60.7%。

1.2 年內(nèi)分配變化

1969～1986年下河沿站汛期水量占全年的比例為53.0%，汛期沙量占全年的比例為83.6%，均小于建庫前多年平均情況；1987～2015年汛期水沙量占年比例進(jìn)一步減少，汛期水量占全年的比例只有41.9%，汛期沙量占全年的比例減為77.9%。

年內(nèi)各月水、沙量趨于均勻。特別是1987年以后，6月～10月份水量顯著減少，其他月份水量增加，調(diào)整的結(jié)果5月～10月各月水量接近，平均為26億m3，年內(nèi)月水量最大最小相差2.4倍，而1968年以前的多年平均最大最小相差7.1倍。沙量以8月最大，為0.273億t，占全年的33.8%，較多年平均減少0.473億t；7月份次之；而11月～12月和1月～3月沙量仍非常少。可見沙量在時(shí)間上仍具不均勻性，但集中程度減弱[3]。

1.3 洪水特征變化

由于龍羊峽、劉家峽水庫的調(diào)蓄作用，1986年以后進(jìn)入寧蒙河道的洪水特征發(fā)生趨勢(shì)性變化。1986年以后各站最大流量均減小，其中，下河沿站1965～1986年，最大流量為5840m3/s，最小流量為1680m3/s，大于4000m3/s的有6年，占27.3%，大于3000m3/s的有13年，占59.1%，只有1年小于2000m3/s。1987～2015 年，最大日均流量為 3550m3/s，最小為 1078m3/s，大于3000m3/s只有1年，占5.6%，大于2000m3/s有4年，占22.2%，小于2000m3/s有14年，占77.8%。

巴彥高勒為進(jìn)入內(nèi)蒙沖積河段控制站，1954～1986年，最大日均流量為5210m3/s，最小為1230m3/s，大于4000m3/s有3年，占9.1%，大于3000m3/s有17年，占51.5%，大于2000m3/s有29年，占87.9%，小于2000m3/s只有4年。1987～2015年，最大日均流量為2760m3/s，最小為817m3/s，大于2000m3/s只有1年，占5.6%，其余各年均小于2000m3/s，有2年甚至小于1000m3/s。

2 黃河寧蒙河道萎縮演變特征

2.1 河道淤積加重

天然情況下，寧蒙河道處于緩慢抬升之趨勢(shì)，多年平均淤積厚度在0.01～0.02m左右。但是在1986年之后，由于氣候和人類活動(dòng)的綜合影響，河道淤積加重，尤以內(nèi)蒙河段最為嚴(yán)重[4]。例如，1987～2015年內(nèi)蒙河段河道年均淤積量為0.647億t，為1962～1986年年均淤積量的4.6倍之多。河道淤積縱向分布主要集中在三湖河口～昭君墳河段，橫向分布主要集中在河槽內(nèi)。實(shí)測(cè)斷面資料表明，內(nèi)蒙古河段河槽淤積量由1982～1986年的65%增加到1987～2015年的87%。

2.2 斷面面積減小

根據(jù)內(nèi)蒙古河段河寬變化過程分析，除頭道拐斷面外，巴彥高勒、三湖河口和昭君墳河段1965～1986年的斷面平均河寬約在550m左右，而1986～2015年巴彥高勒、三湖河口和昭君墳平均河寬減小到450m左右。與此同時(shí)，河床高程則不斷抬升，如巴彥高勒斷面深弘點(diǎn)從1986年到2015年抬高了2m多。河寬縮窄和河底高程的抬升必然引起斷面面積的減小，例如，從1986~2015年石嘴山斷面面積在水位1087.49m和1091m時(shí)分別減少271m2和293m2，三湖河口在水位1019.13 m和1020m時(shí)分別減少709m2和917m2。

2.3 平灘流量降低

過水面積的減小，使得平灘流量降低。20世紀(jì)90年代以前，巴彥高勒平灘流量變化在4000～5000m3/s之間，三湖河口在3000～5000m3/s之間；20世紀(jì)90年代以來平灘流量持續(xù)減少，到2015年在1000m3/s左右，部分河段700m3/s即開始漫灘。昭君墳站平灘流量 1974～1988年在 2200～3200m3/s，到2015年僅約為1400m3/s。

2.4 同流量水位抬升

河道淤積使得同流量水位抬升，加重了防洪負(fù)擔(dān)。1986年10月上游龍羊峽水庫運(yùn)用以來至2015年，巴彥高勒～昭君墳2000m3/s同流量水位升高1.35～1.72m。同水位過流量減少，如：水位在1050.5m時(shí)，1985年的過流量為2500m3/s,而2015年的過流量僅為200m3/s左右[5]。

3 黃河寧蒙河道萎縮治理措施建議

3.1 加大上游多沙支流治理力度

黃河上游具有水沙異源的特性，水主要來自蘭州以上，泥沙主要來自支流。發(fā)生特大暴雨時(shí)，形成洪峰高、洪量小、高含沙量的洪水，匯入黃河后易造成干流淤積，堵塞河道，如西柳溝發(fā)生大洪水時(shí)就曾多次淤塞黃河，造成嚴(yán)重災(zāi)害，特別是祖厲河、清水河等支流發(fā)生大洪水時(shí)，一次洪水的泥沙量多達(dá)幾千萬噸，所以，支流來沙是寧蒙河道淤積萎縮的一個(gè)主要原因。自劉家峽、龍羊峽水庫修建后，支流來沙更加重了河道淤積萎縮，增加河道淤堵的機(jī)遇，因此，應(yīng)加大多沙支流的水土保持治理力度，減少支流入黃沙量。

3.2 保障一定規(guī)模的輸沙水量

要想維持河流健康，就必須要保障一定的水量來塑造河床。如果長期流量過小，就會(huì)引起河槽萎縮，生命力退縮。黃河上游汛期洪水基流與中游高含沙洪水遭遇后，對(duì)高含沙洪水起到了稀釋作用，是自然狀態(tài)下黃河自身的一種水沙調(diào)節(jié)機(jī)制。這種調(diào)節(jié)使寧蒙河道維持了較適宜的水沙搭配關(guān)系，從而形成能夠滿足輸水輸沙要求的河床形態(tài)。因此，協(xié)調(diào)黃河上游水庫，在兼顧非汛期防凌、灌溉、發(fā)電的同時(shí)，適當(dāng)調(diào)節(jié)徑流年內(nèi)分配，保障寧蒙河道一定的輸沙水量，對(duì)于防止河槽萎縮不僅是有利的也是必需的[6]。

3.3 開展龍劉水庫調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用

為治理寧蒙河道淤積萎縮現(xiàn)狀，應(yīng)充分利用龍羊峽、劉家峽水庫調(diào)節(jié)作用，盡快開展龍羊峽、劉家峽水庫調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用。運(yùn)用時(shí)段應(yīng)盡量選擇在各支流暴雨洪水出現(xiàn)機(jī)遇相對(duì)較多的時(shí)段，以改善進(jìn)入寧蒙河道的水沙關(guān)系，減輕寧蒙河道的淤積萎縮。經(jīng)過綜合分析，推薦的調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用時(shí)段如下：以水流從龍羊峽傳播到龍門站15天推算龍門站的相應(yīng)時(shí)間；運(yùn)用歷時(shí)10天時(shí)，起止時(shí)間為7月29日～8月7日；運(yùn)用歷時(shí)15天時(shí)，起止時(shí)間為7月28日～8月11日；運(yùn)用歷時(shí)20天時(shí)，起止時(shí)間為7月23日～8月11日。

4 結(jié)論

1986年龍羊峽水庫運(yùn)用后，改變了出庫的水沙過程，使得進(jìn)入黃河上游寧蒙河道的年均水沙明顯減少，年內(nèi)分配發(fā)生變化，洪峰流量大幅度減小。水沙的劇烈變化導(dǎo)致寧蒙河道嚴(yán)重淤積萎縮，主要表現(xiàn)為同流量水位抬升，河床持續(xù)抬高，過流面積減小，平灘流量降低。為緩解黃河上游寧蒙河道淤積萎縮現(xiàn)狀，建議加大黃河上游多沙支流治理力度，減少支流入黃沙量、保障寧蒙河道一定規(guī)模的輸沙水量、盡快開展龍羊峽、劉家峽水庫調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用。

[1]胡春宏，等著.黃河水沙過程變異及河道的復(fù)雜響應(yīng)[M].北京：科學(xué)出版社，2005.

[2]侯素珍，常溫花等.寧蒙河道水沙變化及河床演變分析[R].黃河水利科學(xué)研究院，2006.

[3]張曉華，鄭艷爽等.寧蒙河道沖淤規(guī)律及影響因素分析[R].黃河水利科學(xué)研究院，2007.

[4]胡春宏，陳緒堅(jiān)，陳建國.黃河水沙空間分布及其變化過程研究[J].水利學(xué)報(bào)，2008，39(5)：518-527.

[5]張?jiān)?，劉曉燕，張曉華.黃河下游中常洪水調(diào)控指標(biāo)[J].泥沙研究，2006，(6)：1-5.

[6]胡春宏，陳建國，王崇浩，董占地.黃河寧蒙河道輸沙用水分析[R].中國水利水電科學(xué)研究院，2012.