小浪底水庫建成后黃河下游防洪形勢變化研究

齊璞　孫贊盈　齊宏海

黃河小浪底水庫投入運用以來下游河床產(chǎn)生強烈沖刷.河槽的過洪能力逐漸增大。中上游近幾十年大規(guī)模的治理使得黃河來沙量逐年大幅度減少，進入下游大洪水已近消失，近年來沒有發(fā)生高于警戒水位的流量.下游河道防洪形勢發(fā)生變化。

河床演變受流域地質(zhì)地貌大環(huán)境、來水來沙條件與河流邊界條件等因素制約，當其中一些方面發(fā)生改變時會引起河流的自動調(diào)整，當這些因素改變劇烈時河床就會隨之發(fā)生迅速的調(diào)整。黃河是世界有名的多沙河流。歷史上，黃河“三年兩決口，百年一改道”，制造災難無數(shù)。泥沙在下游淤積是洪水泛濫根源。為了從根本上治理，曾以“節(jié)節(jié)蓄水、分段攔泥”的原則，對黃河做了全面規(guī)劃，企圖使黃河水變清，從根本，上解決下游的洪水災害。由于規(guī)劃不符合國情，三門峽水庫被迫進行兩次改建，改“蓄水攔沙”為“滯洪排沙”運用。50多年來，黃河來水來沙條件已發(fā)生重大改變，對黃河認識不應是50年前的認知，其治理方法也不應是50年前老辦法，需要不斷地進行調(diào)整。

黃河干支流上修建了大量水利工程，洪水和泥沙已經(jīng)得到有效控制，已經(jīng)使黃河來水來沙條件與下游河道情況發(fā)生巨大變化，黃河來沙量與洪水流量均大幅度減小，小浪底水庫投人運用以來下游河床發(fā)生強烈沖刷，洪水位大幅度下降，河槽過洪能力迅速增大。水利部針對21世紀黃河治理，提出“堤防不決口、河道不斷流、水質(zhì)不超標、河床不抬高”宏觀治理目標已基本實現(xiàn)。

由于黃河下游河道多年的淤積抬高，形成的河道比降陡，從萬分之二到萬分之一，流速可達3～4米/秒，且在漲水期河床不斷沖刷，水深迅速增大，最大洪峰時河床最低，過流能力最大。與淮河泄洪河道比降三萬分之一、長江下游比降為三萬分之一到五萬分之一的情況不同，黃河要比淮河、長江陡。這是由于黃河長期多沙，且水沙組合不合理，小水挾沙過多，形成很陡的比降。黃河下游花園口站河床海拔為90多米，長匯武漢站海拔只有20多米。優(yōu)化來水來沙組合后，目前河床比降利用洪水輸送泥沙人海是有余的。

小浪底水庫投人運用初期，下泄清水并造峰沖刷下游河道，改變了多年小水挾沙淤積河槽形成游蕩性河道的歷史，使黃河下游已成為較為安全的大河。美國密西西比河河道防洪標準是50年至百年一遇;長江下游防洪標準是40年一遇，設(shè)防流量80000米3/秒，三峽水庫建成后到達百年一遇;黃河下游河道目前的設(shè)計洪水標準明顯偏大，這會造成下游河道超標準堤防工程和中游過度治理。

小浪底水庫投入運用后下游形勢變化河道發(fā)生強烈沖刷

三門峽水庫改建后，“蓄清排渾”的減淤作用已經(jīng)使花園口以上河道基本不淤。小浪底水庫自2000年投人運用已經(jīng)19年，在死庫容淤積時期，下泄清水并造峰，下游河道沖刷21.5億米了，河槽的泄洪能力迅速增大。河南段河槽因沖刷3000米3/秒水位下降2.35～2.66米，河道的平灘流量由2700～3650米31秒增加到6100～7200米秒;高村以下河道3000米31秒水位下降1.3～1.6米，河槽的平灘流量由2800～3200米3/秒增加到4350～4650米3/秒。

河道過洪能力增大

黃河～下游堤防在小浪底水庫建成前按百年洪水設(shè)計標準，花園口站設(shè)計洪峰流量22000米秒，花園口至高村河段大堤頂高程按設(shè)計洪水位超高3米修建，大堤后淤背寬度100米，小浪底水庫建成后成為千年一遇洪水標準。高村以下河段大堤頂高程按設(shè)計洪水位超高2.5米修建。

在2003年蔡集出險后，黃河下游的生產(chǎn)堤普遍大幅度加高培厚，已經(jīng)形成高出當?shù)貫┟?～3.5米，堤頂寬4～8米的比較完整的堤內(nèi)防洪體系。若考慮1.5米高生產(chǎn)堤防洪作用（基于報汛報告上各站給的設(shè)計水位流量關(guān)系曲線"）：花園口河段生產(chǎn)堤內(nèi)河道可以下泄洪峰流量為22000米3/秒，高村以上河段能下泄洪峰流量為15000米31秒，艾山以下河道可下泄洪峰流量達7000～8000米3/秒。

花園口斷面河道在小浪底水庫投人運用前后，其泄洪能力巨大變化，主河槽沖刷，平灘流量增大，現(xiàn)在河道泄洪能力比2000年22000米3/秒洪水位又下降近3米，以上資料分析表明黃河下游河道已經(jīng)成為很安全的大河，今后洪水基本沒有漫灘可能。

隨著小浪底水庫下泄清水與水庫調(diào)水調(diào)沙的運用，黃河下游河道還會繼續(xù)發(fā)生沖刷，河槽的過洪水能力還會不斷增大，河床不抬高已經(jīng)實現(xiàn)，并可以長期保持。而且小浪底水庫的調(diào)節(jié)避免了下游河道斷流，增加河南、山東兩省用水保證率，保證下游灌溉用水。

日前黃河下游游蕩河段主流還在下切后寬淺河槽中不斷擺動沖刷，對穩(wěn)定主流、引水防洪均不利，應通過有效工程設(shè)施加以控制，如進行雙岸整治形成窄深穩(wěn)定中洪水河槽和形成高效排洪輸沙通道。而且小浪底水庫投人運用后下游河道強烈刷，水位降低需要修建桃花峪水利樞紐進一步控制，可以發(fā)揮以下作用：（1）可進一步控制黃河干流小浪底水庫以下干支流無控制區(qū)的洪水;（2）對小浪底水庫投人運用后下泄的清水進行調(diào)配，滿足中原經(jīng)濟區(qū)發(fā)展的需要;（3）控制黃河下游河道，上河段河床沖刷，保證花園口以，上河段引水，使黃河下游的沖刷能充分向下游發(fā)展。

黃河及海河流域水沙量大幅減小

黃河實測最大洪水流量變化趨勢

黃河流域絕大部分屬半濕潤、半干旱乃至干旱地區(qū)，中上游大量興建水庫，灌溉農(nóng)業(yè)與水土保持的發(fā)展，引起～下墊面匯流條件的巨大變化，也使黃河實測洪水大幅減小。

早在上世紀，黃委會王化云主任就已認識到“黃河洪水具有峰高量小的特性”，通過水庫調(diào)節(jié)的削減洪峰作用特別明顯。據(jù)1994年統(tǒng)計，黃河支流上已有的大中小型水利樞紐達600余座（4），總庫容達110億米，黃河干流總庫容達600多億米3，使得總庫容達到700多億米了，超過黃河的年水量600億米了，具有較大的調(diào)節(jié)能力。目前僅龍羊峽、劉家峽、三門峽、小浪底四庫防洪庫容就達156.2億米（相當原有設(shè)計黃河千年一遇洪水12天的總量）。在小浪底水庫以下的主要支流上也興建許多大型水庫，如伊河陸渾、洛河故縣水庫，防洪庫容分別為6.77億米3和6.98億米3，沁河河口村水庫庫容3.3億米”。百年一遇洪水的洪峰流量由29200米31秒降為15700米3秒;若發(fā)生1958年的22300米3/秒洪水，花園口站洪峰流量將降為9620米3/秒;自1982年發(fā)生15300米3/秒大洪水以來，30多年來花園口站洪峰沒有大于8100米3/秒，小浪底水庫投入運用以來沒有出現(xiàn)洪峰流量大于5000米3秒，洪水已經(jīng)得到有效控制，大洪水發(fā)生的機會在大幅減少。

黃河來沙量大幅減小

黃河水沙主要來自于上中游地區(qū)，中游的潼關(guān)站控制黃河流域面積的91%、徑流量的90%、泥沙的近100%。分析潼關(guān)水文站各個年代水沙發(fā)現(xiàn)，由于多種水利水土保持措施作用的不斷增長，黃河水沙自1960年代之后發(fā)生變化?；谌饔蛩帘３执胧┣闆r、干流水庫投人運用情況以及潼關(guān)水文站累積年徑流量、輸沙量變化過程綜合考慮，對黃河水沙變化系列長度超過20年的三個時段重點開展分析。

1960年代以前，黃河水沙受水利水土保持措施影響較小，實測輸沙量基本可以代表水利水土保持措施實施前的天然情況。1919-1959年潼關(guān)水文站實測年平均徑流量426.1億米.3輸沙量15.92億噸，平均含沙量37.4千克/米了。

1980年代中期以來，黃河干流鹽鍋峽、青銅峽、劉家峽、龍羊峽多年調(diào)節(jié)水庫的蓄水運用以及黃土高原水土流失治理力度進一步加大，除了以上大量工程作用外，1999年以來實施退耕還林還草工程，以及2003年以來實施“淤地壩亮點工程”，更為主要的是近年來中游地區(qū)農(nóng)民不再開荒種地，而是進城務工，也是減少沙量的不可忽視原因之一。

2000-2012年相對較短時段，與1987年以來的區(qū)間系列相比，潼關(guān)站徑流量、輸沙量更少，含沙量也進一步減小，徑流量、輸沙量分別為231.2億米了、2.76億噸，平均含沙量為12.0千克/米。2010年以來年沙量只有2.51億噸。

黃河中上游進一步治理，進人黃河下游洪峰還會進一步逐漸減小。以汾河上水庫為例，流域上興建小1型以上水庫69座，總庫容達13.3億米了，已經(jīng)超過汾河年水量（年徑流9.7億米3）后，使得河津站洪水基本消失。

華北地區(qū)河流的變化

華北地區(qū)河流的流域特性與黃河流域近似，經(jīng)過干支流水庫群的調(diào)節(jié)，已經(jīng)幾十年沒有大洪水發(fā)生，其治理經(jīng)驗與教訓對指導黃河治理具有重要指導意義。

由于海河流域的治理，華北平原上的河流已經(jīng)相繼都變成干河，偶爾才會有洪水下泄。據(jù)環(huán)保部調(diào)查，華北地區(qū)北方河流已經(jīng)有2/3變?yōu)楦珊樱ǜ珊颖瓤倲?shù)為227/333）。海河流域已有大、中型水庫141座，其中的123座水庫的總庫容達247億米，蓄水量常達70～80億米：永定河、拒馬河、滹沱河、漳河各大支流及汾河已經(jīng)長期斷流，多年來沒有洪水發(fā)生，河流的環(huán)境嚴重破壞。黃河治理也要避免此類情況發(fā)生。華北地區(qū)海河支流的永定河的年徑流量與總庫容比為14/21.滹沱河為22/29，漳河岳城庫容13億米3，均已經(jīng)幾十年沒有大洪水發(fā)生了，洪水人海機會更談不上。

黃河進入河口地區(qū)水沙量變化趨勢

據(jù)利津水文站1950-1999年的資料統(tǒng)計，其多年

平均徑流量為343.3億米”，多年平均來沙量為8.68億噸。顯而易見，黃河泥沙是黃河三角洲迅速造陸的主要動力。黃河口利津站1950-2016年來水來沙特征表明，來水量來沙量逐年減少，呈現(xiàn)出黃河人海水沙條件變化總趨勢，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）黃河進入河口來水來沙年際間變化過程極不均勻，最大年來水量來發(fā)生在1964年為973億米3，最小年來水量發(fā)生在1997年僅為42億米3;最大年來沙量發(fā)生在1958年為20.99億噸，最小年來沙量發(fā)生在1997年僅為0.30億噸;來水來沙主要集中于汛期的洪水期。

（2）進入河口地區(qū)來水來沙年際間變化呈現(xiàn)逐年變小的趨勢，利津站多年平均徑流量和輸沙量分別為229.2億米和5.82億噸，與1950-1999年多年平均流量和輸沙量相比均有較大幅度的減小，1970年后沒有出現(xiàn)年沙量大于13億噸的情況，1986-1999年利津站的年平均沙量只有4.04億噸，1986年以后年沙量最大發(fā)生在1988年，為8.12億噸。

（3）小浪底水庫投人運用以來，2000-2015年利津站的平均年水量還有150億米了，平均年沙量只有1.26億噸。最大年沙量只有3.32億噸，不足天然情況下年沙量12億噸的30%。其變化趨勢與黃河中游的沙量變化趨勢相同。

（4）如果今后長時期輸沙到人?？诘貐^(qū)的年沙量減小到小于河口地區(qū)海岸動力自然侵蝕能力的每年3～4億噸，河口淤積延伸對下游河道淤積造成影響將可以忽略。

對黃河治理中存在的新問題與前景分析

小浪底可長期發(fā)揮泥沙多年調(diào)節(jié)作用

小浪底水厙總庫容126億米了，按小浪底水庫初步設(shè)計運用到15年后254米高程以下70億米3的庫容要被淤滿。實際上到目前水庫淤積泥沙只有32億米了，可利用庫容還有94億米’。洪峰流量的減小，所需防洪庫容的變小。不管黃河水沙怎樣變化都要通過小浪底水庫調(diào)節(jié)進人下游河道，總之搞好小浪底水庫運用方式，優(yōu)化進人下游的水沙組合是關(guān)鍵。

通過黃河八五攻關(guān)（1996年）的研究，小浪底水庫淤滿死庫容后應進行利用洪水排沙，形成洪水多，來沙多，水庫排沙機會多，洪水輸送更多泥沙人海?？梢允剐±说姿畮彀l(fā)揮更大效益，已經(jīng)取得共同認識。2014年7月10日《黃河報》在最醒目的位置，刊登黃河設(shè)計院等單位關(guān)于小浪底水庫運用方式，“多年調(diào)節(jié)泥沙，相機降低洪水位沖刷，形成高含沙水流，攔沙庫容重復利用....”.比初步設(shè)計效益大大提高，河段平灘流量還會增大，只要在黃河～下游通過雙岸整治形成窄深高效排洪輸沙通道，河床不抬高是可能的，利用高含沙輸沙用水量也可以大量節(jié)省。

利用洪水漲沖落淤的輸沙特性，可以制定不同目的調(diào)水調(diào)沙運用方式。如要提高沖刷河道效率應造峰，形成非恒定流洪水輸沙;若為了輸沙輸水人海為主目，應放平頭洪峰?？筛鶕?jù)黃河～下游河道平灘泄流能力，制定具體的小浪底水庫調(diào)水調(diào)沙運用指標。

黃河經(jīng)過幾十年的治理大水帶大沙現(xiàn)象出現(xiàn)機會明顯減少，但黃河的來沙主要由洪水攜帶的特點不會改變。1986年以前，泥沙多由大洪水攜帶，年水量大的年份，年沙量也大，這種特點較為明顯;1986-1999年已經(jīng)不太明顯。因此更需要小浪底水庫.進行泥沙多年調(diào)節(jié)，充分利用洪水輸沙人海，充分發(fā)揮水庫的調(diào)節(jié)能力，其控制運用水位參數(shù)也有調(diào)整的必要。

下游河道治理中應解決的問題

第一，小浪底水庫投入運用下游河道發(fā)生強烈沖刷，河槽泄流能力迅速增大，防洪形勢發(fā)生巨大變化，河床不抬高已經(jīng)實現(xiàn)。但游蕩河段主流還在寬淺河槽中不斷擺動，對穩(wěn)定主流、引水防洪均不利，應通過有效工程設(shè)施加以控制。

第二，黃河干支流及流域治理使得黃河洪水流量和沙量趨勢性大幅度減小，對黃河治理的前景會產(chǎn)生重大影響。小浪底水庫可以來發(fā)揮更大防洪、利用洪水排沙.供水等綜合效益。今后人海水沙量的減小，使得河口淤積速度對下游影響不斷減弱，甚至可以忽略。

第三，鑒于黃河來水來沙條件已經(jīng)發(fā)生趨勢性變化，對黃河洪水設(shè)計標準及設(shè)防流量應盡早進行審定，包括合理的防洪標準，設(shè)計洪峰流量值。對黃河流域大型水庫興建應當適當控制，防止出現(xiàn)華北地區(qū)河流長期斷流，流域環(huán)境惡化情況發(fā)生。

第四，從以上黃河洪水變化分析可知，在目前黃河下游河道泄流能力情況下洪水沒有漫灘可能，黃河規(guī)劃中提出的灘區(qū)是行洪和堆沙的場所已經(jīng)成為歷史，灘區(qū)淹沒政策補償也沒有意義。解放黃河下游灘區(qū)的客觀條件已經(jīng)成熟。黃河寬河治理規(guī)劃應該盡早重新修訂。

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關(guān)鍵詞：小浪底水庫?水沙趨勢性?多年調(diào)沙?河槽泄洪?平灘流量