三門峽庫區(qū)年度淤積分析與預(yù)測

李雙平

(陜西省三門峽庫區(qū)水文水資源中心，陜西 渭南 714000)

1 庫區(qū)來水來沙概況及趨勢分析

1.1 各河水年均沙量及年際其變化分析

三門峽庫區(qū)涉及的主要河流為黃河、涇河、渭河、汾河和北洛河。分析統(tǒng)計以龍門水文站、華縣水文站、汾河的河津水文站和狀頭水文站作為進庫站。以多年均值水沙量為基準進行水沙豐枯劃分，125%以上為豐水豐沙年份，75%～125%為平水平沙年份，小于75%為枯水少沙年份。黃河小北干流為平水少沙年；渭河下游、涇河屬于平水少沙年，汾河、北洛河均屬枯水少沙年。2019年三門峽庫區(qū)有關(guān)水文站年水沙量統(tǒng)計結(jié)果見表1。

表1 2019年三門峽庫區(qū)有關(guān)水文站年水沙量統(tǒng)計表

1.2 2019年庫區(qū)各干支流洪水變化趨勢分析

1.2.1 渭河下游水位流量年際變化趨勢分析

通過對三門峽水庫全年控制運用以來咸陽、臨潼和華縣水文站歷年洪水水位流量關(guān)系點分布特性比較，確定洪水位較以前整體有所抬升與下降趨勢，來判斷河道整體水流條件是否得到改善。圖1～圖3為2019年度三站比較圖，從1974年水庫控制運用以來，水位流量關(guān)系點基本呈兩條帶狀分布，同流量水位稍有下降，河道下泄能力增強。

圖1 咸陽站歷年最高水位最大流量關(guān)系線

圖2 臨潼站歷年最高水位最大流量關(guān)系線

圖3 華縣站歷年最高水位最大流量關(guān)系線

1.2.2 渭河下游年度常水位變化趨勢分析

根據(jù)咸陽、華縣水文站多年平均流量值，并考慮黃委會防總歷年采用值，確定渭河下游咸陽站以下河段常流量為200 m3/s，常水位抬升說明河道水力特性下降，反之則說明河道特性變化趨勢良好。通過對渭河下游咸陽站和華縣站的實測資料統(tǒng)計分析，將2015年汛后至2019年汛后的常水位變化列于表2。

表2 2019年度及近期渭河下游各水文站常水位變化表 水位：大沽基面 m

1.2.3 渭河下游主槽過洪能力

依據(jù)2019年度汛后的實測淤積斷面資料和控制水文站水位流量關(guān)系以及河道的沖淤情況，分析確定年度渭河下游洪水行洪以及洪水出槽漫灘情況。根據(jù)淤積斷面的洪痕高程和各斷面上下游水文站相應(yīng)流量，確定具有河道區(qū)段代表性斷面灘唇高程，推求其所對應(yīng)的流量即為該段河道主槽的過洪能力，成果見表3。

表3 2019年及近期(2017年～2019年)渭河下游主槽過洪能力統(tǒng)計表

2 水庫運用與潼關(guān)高程變化

2.1 水庫運用情況

水庫運行方案總體要求：汛期敞泄，非汛期平均水位不超過315 m，最高運用水位不超過318 m。

2.2 潼關(guān)高程的變化分析

根據(jù)潼關(guān)水文站1000 m3/s時水位高程變化情況，分析水庫運用對河道產(chǎn)生的影響。從表4統(tǒng)計情況可以看出，2002年汛后潼關(guān)高程為328.78 m，是三門峽水庫全年控制運用以來汛后最高值。隨著降低潼關(guān)高程各項措施的實施，潼關(guān)高程呈下降趨勢，到2012年汛后潼關(guān)高程降至327.39 m。2013年以后，由于三門峽水庫全年均持續(xù)高水位運用，造成潼關(guān)高程又開始抬升，到2019年汛后潼關(guān)高程上升為328.09 m，較2012年汛后抬升0.70 m。見表4、圖4。

表4 2002年以來潼關(guān)高程變化情況表(大沽基面)

圖4 2002年～2019年汛后潼關(guān)高程變化圖

2.3 水庫運用與潼關(guān)高程變化發(fā)展

黃河在潼關(guān)段河流流向由南轉(zhuǎn)東，渭河支流也由此處匯入黃河。建庫后潼關(guān)高程變化可分為5個階段：

1)1960年9月～1962年3月水庫初期“蓄水攔沙”期間，由于泄流能力不足和高水位運用，庫區(qū)泥沙淤積嚴重，潼關(guān)高程顯著上升，由323.40 m上升至328.00 m。

2)1962年4月～1973年10月水庫“滯洪排沙”期間，潼關(guān)高程曾一度數(shù)年(1967年～1970年)徘徊在328.50 m左右。經(jīng)過第2次改建即低水位泄流規(guī)模加大后，潼關(guān)高程下降(恢復(fù))近2.0 m，1973年汛后達326.64 m，水庫初期運用的不利影響基本得到消除。

3)1973年11月～1986年6月，三門峽水庫按“蓄清排渾”方式進行控制運用，雖然非汛期最高運用水位按不超過326 m控制，且?guī)焖辉?22 m以上的歷時較長，由于該時段汛期入庫洪水量接近設(shè)計水平，水庫運用對潼關(guān)高程的影響較弱，所以，此階段成功地實現(xiàn)了庫區(qū)沖淤平衡和潼關(guān)高程相對穩(wěn)定(326.64 m～327.20 m))，其中20世紀80年代初期渭河下游河道平灘流量仍可達4000 m3/s。

4)1986年7月～2002年10月，黃河和渭河汛期洪水量大幅度減少，其中潼關(guān)站2500 m3/s以上的洪水量減少90%以上，洪水沖刷河床的能力大幅度降低，黃河干支流河道普遍出現(xiàn)淤積與萎縮現(xiàn)象，潼關(guān)高程呈現(xiàn)間歇性上升(2002年汛后達328.78 m)。

5)自2003年汛期開始，由于汛期洪水量增大，加之潼關(guān)站流量大于1500 m3/s時的水庫敞泄運用，挖掘了水庫排沙潛力，因此，基本保持了潼關(guān)高程下降與穩(wěn)定，至2012年汛后潼關(guān)高程已降至327.39 m。自2013年以后，由于三門峽水庫全年均持續(xù)高水位運用，造成潼關(guān)高程又開始抬升，到2019年汛后潼關(guān)高程上升為328.09 m，較2012年汛后抬升0.70 m。

3 庫區(qū)沖淤情況分析

3.1 庫區(qū)沖淤情況

2019年度三門峽庫區(qū)的沖淤量見表5。由表5可知，三門峽庫區(qū)2019年度非汛期泥沙淤積0.0209億m3，汛期沖刷0.7269億m3，全年共沖刷泥沙0.7061億m3。其中潼關(guān)以下沖刷0.1171億m3，黃河小北干流沖刷0.3917億m3，渭河下游沖刷0.1946億m3，北洛河下游沖刷0.0027億m3。因此，2019年度三門峽庫區(qū)總體淤積狀況為沖刷。2019年渭河下游各區(qū)段沖淤情況見圖5。

表5 2019年度三門峽庫區(qū)各河段沖淤量分布表 單位：億m3

圖5 2019年渭河斷面淤積分布圖

3.2 渭、洛河下游沖淤變化及分布

3.2.1 渭河下游

2019年度渭河下游河勢整體變化不大，主槽受洪水影響左右擺動，個別斷面因淤積影響，河道斷面發(fā)生變化。總體看河勢整體變化不大，局部河段有沖刷變化，在黃河洪水和渭河洪水的共同影響下，渭河入黃段河道順直，河勢向有利方向發(fā)展。經(jīng)計算渭河下游2019年度各時段各區(qū)間河道沖淤情況列于表6。

表6 2019年度渭河下游沖淤量及分布表

3.2.2 北洛河下游

2019年北洛河下游總體呈現(xiàn)沖刷狀況，河道泥沙減少0.0027億m3，其中非汛期淤積0.0014億m3，汛期沖刷0.0041億m3。從淤積分布來看，洛淤3斷面以下淤積0.0012億m3，洛淤3斷面以上沖刷0.0039億m3。北洛河下游沖淤及其分布情況見表7。

表7 2019年度北洛河下游沖淤量及分布表

3.2.3 渭河下游2020年淤積發(fā)展趨勢預(yù)測

運用水文數(shù)據(jù)的數(shù)理統(tǒng)計結(jié)合趨勢預(yù)測方法，對渭河1961年～2019年時間淤積系列進行數(shù)據(jù)分析，并對2020年度庫區(qū)淤積趨勢進行預(yù)估。目前庫區(qū)淤積資料已經(jīng)積累59 a，具有一定的連續(xù)性，是一個隨機的時間系列樣本，其變化規(guī)律與流域的產(chǎn)匯流規(guī)律同步，同時包含潛在的河床發(fā)展演化規(guī)律，因此對其進行數(shù)理統(tǒng)計規(guī)律分析是可行的必要的，采用五種分析方式對其進行嘗試性分析計算與比較：a.平穩(wěn)時間序列模式；b.方差分析周期模式；c.周期分析與平穩(wěn)時間序列合成模式；d.平穩(wěn)時間序列與周期分析合成模式；e.諧波回歸分析法五種方法預(yù)計結(jié)果。

通過對結(jié)果的比較平穩(wěn)時間序列模式及諧波回歸分析法符合渭河淤積發(fā)展規(guī)律，可認為2020年渭河淤積趨勢為沖多於少概率事件，其在正常水庫運用模式下，將產(chǎn)生0.1106億t～1.168億t的沖刷量，根據(jù)這也符合2020年渭河中長期洪水預(yù)報有大洪水發(fā)生的結(jié)論(見表8、表9)，本次2020年度渭河淤積趨勢預(yù)測見表10。

表8 2020年臨潼站最大流量預(yù)測

表9 2020年臨潼站年徑流量預(yù)測

表10 數(shù)理統(tǒng)計分析方法對渭河下游淤積2020年預(yù)估

3.2.4 渭河下游的河勢變化

2019年9月渭河發(fā)生較大洪水，部分河段河道拓寬，河槽刷深，過水面積略有增大，河床整體擺動不大，河勢基本穩(wěn)定。汛期渭河下游上段河勢總體穩(wěn)定，變化不大，部分河段主槽有所刷深；下段部分河段彎頂上提下挫，河勢變化較大。

4 結(jié)論與建議

1)2019年度黃河小北干流為豐水少沙年；渭河下游、涇河屬于平水少沙年，汾河、北洛河均屬枯水少沙年。

2)近幾年三門峽水庫運用水位非汛期超318 m天數(shù)較多，建議加強科學(xué)調(diào)度發(fā)揮水庫減災(zāi)防洪效益。

3)2019年非汛期抬升0.15 m，汛期抬升0.06 m，總體抬升了0.21 m。

4)2019年度斷面法計算三門峽庫區(qū)共沖刷泥沙0.7059億m3，其中黃河小北干流沖刷0.3917億m3，潼關(guān)～三門峽大壩沖刷0.1171億m3。渭河下游沖刷泥沙0.1944億m3，北洛河下游沖刷泥沙0.0027億m3。