黃河內(nèi)蒙古段河床沖淤規(guī)律分析

王平娃 張明 王凡 劉永孝

摘 要：根據(jù)巴彥高勒、三湖河口、頭道拐水文站1981年-2015年大斷面資料，分析河床沖淤變化與河道過流能力。結(jié)果表明：進(jìn)入90年代以來，黃河上游來水持續(xù)偏枯，使得內(nèi)蒙古河段河床逐年淤積抬高，主要發(fā)生在巴彥高勒至三湖河口區(qū)間，截止2015年淤積量約4.4億噸，導(dǎo)致河道大量萎縮，過流能力銳減，輸水能力下降。

關(guān)鍵詞：河床沖淤；徑流量；輸沙量；沖刷深度；洪量

1 問題的提出

黃河從寧夏石嘴山市與內(nèi)蒙古烏海市交界處的麻黃溝進(jìn)入內(nèi)蒙古，從內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾旗馬柵鄉(xiāng)出境，在內(nèi)蒙古境內(nèi)的河道流程782km，包括巴彥高勒、三湖河口和頭道拐站。自1991年以來，黃河徑流逐年減少，持續(xù)偏枯，內(nèi)蒙古河段汛期最大流量超出2000m3/s的幾率很少。由于來水量的持續(xù)偏枯，主槽逐年萎縮，河床逐年淤高，部分河段已變成了地上懸河，汛期1500m3/s以上的洪水，漫灘非常嚴(yán)重。由于河床的淤積，以往的洪水和冰期預(yù)報(bào)，防洪、防凌預(yù)案和洪水測(cè)報(bào)方案，已不適應(yīng)現(xiàn)在的河道形勢(shì)。為了防汛、防凌及大堤建設(shè)等工程需要和指導(dǎo)水文測(cè)報(bào)工作，有必要對(duì)黃河內(nèi)蒙古段河床沖淤規(guī)律和過洪能力等進(jìn)行分析研究。

2 各斷面徑流量、輸沙量歷年變化情況

巴彥高勒、三湖河口、頭道拐歷年徑流量變化如圖1所示?？梢钥闯觯喝龜嗝鎻搅髁康臍v年變化是相似的，所不同的是三湖河口徑流量較巴彥高勒和頭道拐為大，主要是三湖河口以上區(qū)間有總干渠二閘、三閘、四閘泄水和總排干退水加入，三湖河口以下區(qū)間有鐙口揚(yáng)水站、團(tuán)結(jié)渠揚(yáng)水站、包鋼取水口、包頭市取水口引出。

從圖2可知：在1981～2003年的23年中，1986年以前，巴彥高勒輸沙量小于三湖河口，三湖河口輸沙量又小于頭道拐站；1986年以后，規(guī)律相反，巴彥高勒輸沙量大于三湖河口，三湖河口輸沙量又大于頭道拐。由此說明：1986年以前，該河段從上到下是沖刷的，1986年以后，該河段從上到下是淤積的。三斷面輸沙量變化與該河段的實(shí)際沖淤變化情況是吻合的，且1991年以后，頭道拐和三湖河口的輸沙量較巴彥高勒減少較多，說明該河道自上而下淤積加重。

3 各斷面河底高程變化情況

將歷年汛后斷面河底平均高程與年份點(diǎn)繪關(guān)系，各斷面沖淤隨時(shí)間的變化見圖3、圖4、圖5。

以圖3～5與圖1中各自的徑流量對(duì)照，河床的沖淤變化，與來水量大小有較好的關(guān)系，總的沖淤變化情況是：來水量大，河床沖刷；來水量小，河床淤積。

4 洪水對(duì)河床的沖刷條件及沖刷量

4.1 河床沖刷條件

黃河內(nèi)蒙古段的河床由粉砂組成，受水流的作用，極易發(fā)生變化。根據(jù)資料分析，巴彥高勒站、三湖河口一次洪水過程的洪峰流量超過1350m3/s以上且洪量達(dá)到9億m3以上，河床會(huì)出現(xiàn)輕微沖刷；頭道拐一次洪水過程的洪峰流量超過2000m3/s且洪量達(dá)到35億m3以上，河床才出現(xiàn)輕微沖刷。如“81.9”洪水，各站的洪峰流量都在5000m3/s以上，洪量在150億m3左右，巴彥高勒和三湖河口河床平均沖刷深度分別為1.8m和1.6m，頭道拐沖刷深度為0.5 m。再如1988年洪水，洪峰流量為1350m3/s，洪量為9億m3，巴彥高勒和三湖河口河床沖刷輕微，深度分別為0.3m和0.2m；頭道拐河床幾乎沒有變動(dòng)，沖刷深度僅0.05 m。

1986年以前，內(nèi)蒙古河段平灘流量為5000m3/s，能使河床產(chǎn)生顯著沖刷的最佳流量是2500m3/s以上。但是現(xiàn)狀河道的嚴(yán)重淤積，改變了這一情況，巴彥高勒至昭君墳段1500m3/s已開始漫灘。漫灘水流一是削減了洪峰，二是減慢了流速，對(duì)沖刷河床十分不利。對(duì)于黃河內(nèi)蒙古段來說，為使河床沖淤平衡保持穩(wěn)定或有所沖刷，年徑流量需要200億m3以上才能達(dá)到這一目的。

4.2 洪量與河床沖刷深度的關(guān)系

1990年以前，黃河徑流量較大，1990年以后，黃河來水持續(xù)偏小。故本文選用1990年以前的洪水，對(duì)巴彥高勒、三湖河口、頭道拐洪量與河床沖刷深度進(jìn)行分析。

巴彥高勒一次洪水過程的洪水總量與河床沖刷深度的關(guān)系，如圖6所示。圖中點(diǎn)據(jù)雖然少些，但關(guān)系比較明顯，相關(guān)系數(shù)0.96，相關(guān)關(guān)系為：y=-0.0000528×x2+0.01974×x?？梢钥闯觯弘S著洪量的增大，河床沖刷深度增加變緩。河床沖刷總有一個(gè)限度，不會(huì)無限度的沖刷下去，與原型實(shí)際變化情況基本相符。

三湖河口站一次洪水過程的洪水總量與河床沖刷深度的關(guān)系，如圖7。從圖中可看出：曲線的變化趨勢(shì)與巴彥高勒站很相似，相關(guān)關(guān)系也與巴彥高勒站很接近。

頭道拐站一次洪水過程的洪水總量與河床沖刷深度的關(guān)系，如圖8。將頭道拐關(guān)系曲線及關(guān)系式與巴彥高勒和三湖河口進(jìn)行比較看出：曲線的線形及趨勢(shì)相似，但關(guān)系式中的常數(shù)變小了很多。表明，同量級(jí)的洪水對(duì)河床的沖刷作用，頭道拐比巴彥高勒和三湖河口的小。

5 結(jié)論與建議

黃河內(nèi)蒙古段河床沖淤變化，與來水量大小關(guān)系密切，其河床淤積主要發(fā)生在1985年以后，淤積嚴(yán)重區(qū)段為巴彥高勒至三湖河口。內(nèi)蒙古河床沖淤變化量，與一次洪峰總量存在有較好的定量關(guān)系。在目前河床嚴(yán)重淤積情況下，沖刷河床的最佳流量是多少，有待進(jìn)一步研究。解決黃河內(nèi)蒙古段的河床淤積問題，應(yīng)標(biāo)本皆治。治標(biāo)的方法是加高大堤，治本的方法是大水沖刷。加高大堤只能解決目前防洪、防凌的問題，沖刷河床才是遏制淤積降低河床辦法。

基金項(xiàng)目：水陜西省水利科技計(jì)劃項(xiàng)目（2017slkj-16；2017slkj-27）；中國(guó)博士后科學(xué)基金資助項(xiàng)目（2017M623332XB）；陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目（2018JQ5145）

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作者簡(jiǎn)介：

王平娃（1965-），男，陜西戶縣人，高級(jí)工程師，從事防汛、水資源管理工作。

通信作者：

張明（1996-），男，碩士研究生，主要從事水資源系統(tǒng)工程研究。