黃河小北干流沖淤與水沙響應(yīng)關(guān)系分析

林秀芝 董晨燕 蘇林山 胡恬

摘要：依據(jù)實(shí)測(cè)大斷面資料，給出了1974年以來(lái)黃河小北干流不同時(shí)段、不同河段的沿程沖淤量，分析了2003年以來(lái)該河段持續(xù)沖刷的原因，并對(duì)不同水沙搭配組合與小北干流沖淤量的響應(yīng)關(guān)系進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：①1974年三門峽水庫(kù)采用蓄清排渾運(yùn)用方式以來(lái)，黃河小北干流的沖淤變化主要受來(lái)水來(lái)沙條件影響，基本保持非汛期沖刷、汛期淤積的特點(diǎn)。2003-2016年受上游汛期來(lái)沙量大幅減小的影響，沿程各河段汛期淤積量明顯減小，在非汛期沖刷量減小不多的情況下，運(yùn)用年各河段均為持續(xù)沖刷。②汛期水沙搭配組合中含沙量對(duì)沖淤量的影響程度更顯著，運(yùn)用年內(nèi)水沙搭配組合中含沙量和流量對(duì)沖淤量的影響程度相當(dāng)。

關(guān)鍵詞：響應(yīng)關(guān)系;水沙搭配;沖淤;小北干流;黃河

中圖分類號(hào)：P333;TV882.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j .issn. 1000- 1379.2019.05.002

1 概述

黃河中游禹門口至潼關(guān)河段簡(jiǎn)稱小北干流，全長(zhǎng)132.5 km，河道寬3- 18 km，河床縱比降為0.03% -0.06%，平面形態(tài)呈啞鈴狀，上、下段為寬河段，中間為窄河段，灘地星羅棋布。該河段河道寬淺，水流散亂，心灘、汊流十分發(fā)育，主流擺動(dòng)頻繁，為典型的堆積游蕩型河道，素有“三十年河?xùn)|、三十年河西”之稱。根據(jù)河道特性將其分為三段：上段從禹門口到廟前，河道長(zhǎng)42.5 km.寬一般為4-8 km.最大為10 km.河道縱比降為0. 049%.床沙中值粒徑一般為0.2 - 0.3 mm.該河段有支流汾河、涺水匯人，河勢(shì)變化較大，沖淤變化劇烈，有較強(qiáng)的滯洪滯沙作用;中段由廟前到夾馬口，河道長(zhǎng)30 km，寬3-4 km.河道縱比降為0.047%.兩岸基巖為第三紀(jì)紅土層，抗沖力強(qiáng)，河寬較窄，有一定控制作用;下段為夾馬口到潼關(guān)河段，河道長(zhǎng)60 km、寬一般為6 - 10 km.最寬處為19 km.河道縱比降為0.031%，渭河、北洛河在此段匯人，形成廣闊的匯流區(qū)，具有很強(qiáng)的滯洪滯沙作用（見(jiàn)圖1）。隨著20世紀(jì)七八十年代河道整治工程的大量修建，河勢(shì)變化趨緩，游蕩范圍基本在兩岸所修工程之間。小北干流河段人口水沙控制站有黃河干流龍門水文站和支流汾河河津水文站;出口控制站為潼關(guān)水文站。近期由于汾河人黃水沙量較少，因此本文采用的水沙條件均以龍門水文站實(shí)測(cè)資料為主。

黃河小北干流河段的沖淤變化會(huì)對(duì)潼關(guān)高程（指潼關(guān)（六）斷面1000 m³/s流量對(duì)應(yīng)的水位）產(chǎn)生重要影響[1-4]。同時(shí)，該河段的沖淤演變規(guī)律也制約著將來(lái)古賢水庫(kù)的運(yùn)用方式[5-6]。因此，研究黃河小北干流河段的沖淤變化，對(duì)分析潼關(guān)高程演變規(guī)律以及將來(lái)古賢水庫(kù)的運(yùn)用方式均具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。2黃河小北干流沿程沖淤變化

1974年三門峽水庫(kù)采用蓄清排渾運(yùn)用方式以來(lái)，黃河小北干流河段的沖淤變化主要受上游來(lái)水來(lái)沙以及河道邊界條件的影響[7-9]。由實(shí)測(cè)大斷面資料計(jì)算，1974-2016年該河段累計(jì)淤積泥沙3.84億m³（見(jiàn)圖2）。其中上段、中段、下段累計(jì)淤積量分別為1.99億、1.58億、0.27億m³，表現(xiàn)為沿程淤積。由圖2可知，1986年之后該河段發(fā)生累計(jì)性淤積，共淤積泥沙6.77億m³，至2002年小北干流累計(jì)淤積量達(dá)到最大，為6.81億m³;2003年之后發(fā)生了累計(jì)性沖刷，共沖刷泥沙2.97億m³。

以1986年10月黃河上游龍劉水庫(kù)（龍羊峽、劉家峽水庫(kù)）聯(lián)合運(yùn)用為分界點(diǎn)，由于1987年前黃河上游降雨量豐沛，同時(shí)龍羊峽水庫(kù)沒(méi)有投入運(yùn)用，上游水庫(kù)群庫(kù)容小，蓄存水量有限，因此進(jìn)入黃河中、下游的水沙量較為豐沛。1974-1986年龍門站實(shí)測(cè)年均來(lái)水量為304.78億m3，來(lái)沙量為6.162億t，平均含沙量為20.22 kg/m³，來(lái)沙系數(shù)為0.020 9 kg.s/m⁶，該時(shí)段小北干流年均淤積量為0.0029億m³（見(jiàn)表1），僅發(fā)生少量淤積：1987年后受上游龍劉水庫(kù)聯(lián)合調(diào)控運(yùn)用以及上游用水量增加、降雨量減少、水保措施減水減沙等多方面因素影響，進(jìn)入小北干流的水沙量大幅減?。ㄒ?jiàn)表1），其中：1987-2002年與1974-1986年相比，年均水量減至194. 48億m³，減幅為36%;沙量減至4.803億t，減幅為22%。由于沙量減幅小于水量減幅，因此該時(shí)段年均含沙量增至24.70 kg/m³，來(lái)沙系數(shù)為0.040 1 kg.s/m⁶，相對(duì)不協(xié)調(diào)的水沙關(guān)系導(dǎo)致該時(shí)段小北干流年均淤積0.423 2億m3。2003年以來(lái)，受上游降雨量減小、水保措施增加、植被恢復(fù)等多方面因素的影響，進(jìn)入小北干流的水量在大幅減少的同時(shí)，沙量也減小很多。因此，2003-2016年與1974-1986年相比，雖然年均水沙量減小很多，但由于沙量減幅遠(yuǎn)大于水量減幅，因此該時(shí)段年均含沙量?jī)H為6. 35kg/m³，來(lái)沙系數(shù)僅為0.010 5 kg.s/m⁶，受來(lái)沙量大幅減小的影響，該時(shí)段小北干流不但沒(méi)有淤積，反而沖刷了0.212 5億m³。

受水沙條件影響，小北干流上、中、下游也表現(xiàn)出與全河段相似的沖淤演變規(guī)律。1974-1986年沿程沖淤量較小，分別為0.006 0億、0.050 5億、-0.053 6億m3;1987-2002年各河段沿程淤積量相對(duì)較大，分別為0.204 7億、0.111 2億、0.107 3億m³;2003-2016年上、中、下游均為沿程沖刷，年均沖刷量分別為0.097 6億、0.061 0億、0.053 9億m³（見(jiàn)表2）。各河段年均單位長(zhǎng)度沖淤量見(jiàn)圖3.可以看出1974-1986年小北干流上、中、下游單位長(zhǎng)度年均淤積量分別為12、117、-138 m³/（m.a），表現(xiàn)為上段和中段淤積，下段沖刷;1987-2002年分別為409、259、278 m³/（m.a），基本表現(xiàn)為沿程淤積;2003-2016年分別為- 195、- 142、-139 m³/（m.a），表現(xiàn)為沿程沖刷。

3 河道沖淤及水沙搭配響應(yīng)關(guān)系

1974年以后黃河小北干流河段的沖淤變化主要受水沙搭配組合的影響，表現(xiàn)為非汛期沖刷（見(jiàn)圖4）、汛期淤積的特點(diǎn)（見(jiàn)圖5）。非汛期沖刷主要受來(lái)水量影響10]，汛期淤積主要受水沙搭配組合的影響。由圖4、圖5可以看出.2003-2016年與1987-2002年相比，非汛期沖刷量減小不多，而汛期淤積量減小很多，從而導(dǎo)致近期小北干流各河段以沖刷為主。這主要與進(jìn)入小北干流河段的水沙條件密切相關(guān)，近期非汛期來(lái)水量減幅不大（見(jiàn)圖6），而汛期來(lái)水量、來(lái)沙量都大幅減小，特別是汛期來(lái)沙量減幅遠(yuǎn)超過(guò)來(lái)水量減幅（見(jiàn)圖7），導(dǎo)致該河段汛期淤積量減小很多。

進(jìn)一步分析了1974-2016年汛期和運(yùn)用年不同水沙搭配組合與河道沖淤量的響應(yīng)關(guān)系。圖8為不同水沙搭配組合與河道沖淤量相關(guān)系數(shù)的變化趨勢(shì)，其中Js為平均含沙量，Q為平均流量。由圖8可以看出，無(wú)論汛期或運(yùn)用年，進(jìn)入小北干流的不同水沙搭配組合與河道沖淤量的相關(guān)系數(shù)均超過(guò)0.60，為高度相關(guān)，說(shuō)明河道沖淤主要受水沙搭配組合的影響。但是，不同水沙組合與沖淤量的響應(yīng)關(guān)系不盡相同。在汛期，隨著水沙搭配組合中流量指數(shù)的減小，相關(guān)系數(shù)逐步增大，流量指數(shù)降低到0.3時(shí)相關(guān)系數(shù)最大，之后隨著流量指數(shù)降低，相關(guān)系數(shù)又有所減小。這說(shuō)明汛期水沙搭配組合中含沙量對(duì)沖淤量的影響程度更顯著一些。在運(yùn)用年內(nèi)則表現(xiàn)不同，隨著水沙搭配組合中流量指數(shù)的減小，沖淤量與水沙搭配組合的相關(guān)系數(shù)逐步減小，說(shuō)明水沙搭配組合中含沙量和流量對(duì)沖淤量的影響程度相當(dāng)。

4 結(jié)論

（1）1974年三門峽水庫(kù)采用蓄清排渾運(yùn)用方式以來(lái)，黃河小北干流的沖淤變化主要受來(lái)水來(lái)沙條件影響，基本保持非汛期沖刷、汛期淤積的特點(diǎn)。2003-2016年受上游汛期來(lái)沙量大幅減小的影響，沿程各河段汛期淤積量明顯減小，在非汛期沖刷量減小不多的情況下，運(yùn)用年各河段均為持續(xù)沖刷。

（2）汛期水沙搭配組合中含沙量對(duì)沖淤量的影響程度更顯著，運(yùn)用年內(nèi)水沙搭配組合中含沙量和流量對(duì)沖淤量的影響程度相當(dāng)。

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