花园口水文站测验河段河势变化

2015-03-23王作岭吴幸华

东北水利水电 2015年10期

关键词：花园口河势小浪底

王作岭，吴幸华，崔鹏

（黄委郑州水文水资源勘测局，河南郑州450045）

花园口水文站测验河段河势变化

王作岭，吴幸华，崔鹏

（黄委郑州水文水资源勘测局，河南郑州450045）

简要介绍了花园口水文站基本情况、黄河调水调沙以及该站近几年河势情况，初步分析了该站河势变化的原因，阐述了对该站测报工作的影响并提出了相应的对策，提高了该站的测报精度。

花园口水文站；河势变化；分析与对策；河南

1　花园口水文站的基本情况

1.1测站基本概况

花园口水文站位于河南省郑州市花园口镇花园口村，设立于1938年7月，集水面积730036 km2，距河口距离768km。承担着搜集黄河水文基本资料和向防汛部门提供实时水情信息的重任，是黄河干流国家重要报汛站，是下游黄河防洪决策的标准站，具有重要的防汛地位。也是黄河上第一个“数字化水文站”。

该站两岸为大堤控制，测验断面附近最宽约9800m，河床由细沙组成，冲淤变化剧烈，主流摆动频繁，分流串沟较多，经常出现弯道、浅滩，水位流量关系复杂多变，属典型的游荡性宽浅河道。测验断面在上游北裹头和马庄坝两处控导工程作用下，中高水水流比较顺直，主流集中于右岸。

目前测验河段内共布设9个测验断面，拥有大型测船5艘，冲锋舟2艘，最长为31.03m，配备了超声波水位计、ADCP、GPS、振动式测沙仪、测深仪、全站仪、红外测距仪、电子天平、自动整平水准仪等先进仪器。

1.2测站测验河段上下游情况

在花园口水文站上下游20km测验河段内，大型水工建筑物主要有：上游17km处武陟至西峡高速公路桃花峪黄河大桥、上游15km处京广铁路郑州黄河铁路大桥、上游14.8km处新建郑焦城际黄河大桥、上游10～8km处左岸北裹头控导工程、上游8～7km处右岸南裹头控导工程、上游6～3km处左岸马庄坝控导工程、下游1.8km处郑州黄河公路大桥、下游5km处原阳黄河浮桥、下游11km处郑新黄河大桥等。

2　黄河调水调沙情况及该站的河势

2.1调水调沙情况

2002年以来，黄委组织开展了15次黄河调水调沙，其中2002—2004年开展了3次不同模式的调水调沙试验。

2002年是基于小浪底水库单库调节为主的原型试验，以小浪底、三门峡两库联合水沙调度为主，结合三门峡以上河道中小洪水进行。在保证试验目标实现的前提下，兼顾了在小浪底坝前形成天然铺盖，减小水库渗漏量。天然异重流入库并到达坝前后，对其进行了适当的控制。

2003年是基于空间尺度水沙对接的原型试验，通过以小浪底水库为主的四库水沙联调，有效地利用小花间的清水，与小浪底水库下泄的高含沙量水流进行水沙“对接”，在下游河道冲刷或不发生淤积的前提下，最大限度地排出小浪底水库的泥沙，减少小浪底水库的淤积，并进一步深化对小浪底水库运用方式和黄河水沙规律的认识。

2004年是基于干流水库群联合调度、人工异重流塑造和泥沙扰动的原型试验，主要依靠水库蓄水，充分而巧妙地利用自然的力量，通过精确调度万家寨、三门峡、小浪底等水利枢纽工程，在小浪底库区塑造人工异重流，辅以人工扰动措施，调整其淤积形态，同时加大小浪底水库排沙量；利用进入下游河道水流富余的挟沙能力，在黄河下游“二级悬河”及主槽淤积最为严重的河段实施河床泥沙扰动，扩大主槽过洪能力。

从2005年起，转入正常生产运行后，至2013年共开展了12次调水调沙生产运行。

在已进行的15次调水调沙过程中，其时间一般在6月中下旬至7月上旬，流量调度方式为先期大流量（流量为3500～4000m3/s）清水下泄冲涮河床，中期利用小浪底水库产生的异重流进行排沙，高含沙量浑水下泄，后期再利用清水以流量为2000～3000m3/s对下游河道中的泥沙进行冲涮入海。在调水调沙期间，其最大下泄流量是根据下游河道最大平滩过流能力控制，2002—2007年逐年加大，从2002年的2600m3/s加大到2007年的4000m3/s，2007年后，一般控制在4000m3/s左右。但由于小浪底水文站至花园口水文站河道的特殊性，在2010年出现了较大的洪峰增值现象，花园口水文站达到了6600m3/s。排沙方式一般是当小浪底水库产生较强异重流后，小浪底水库排沙洞全部打开，含沙量大小由异重流产生的含沙量大小决定。小浪底水文站最大含沙量一般在200～400kg/m3，通过河道的演进，到达花园口水文站时其最大含沙量一般在60～150kg/m3之间。

2.2花园口水文站河势情况

近几年来，花园口水文站测验河段河势变化巨大，2008年以前，河势主要受上游北岸马庄坝工程控制，黄河主流挑南后，直向基本断面上游2 km处的花园口险工，主流沿黄河南大堤而下，顺着南大堤靠右岸行洪，大水期间，水流集中顺直，洪水紧靠南岸大堤，北岸有少量浅滩，但流量不大。2008年左右，上游北岸马庄坝工程主体渐脱河，湾道下移，主流开始分散，在河道内分为左、右两股水流，河道中间出现大片浅滩、串沟，流向紊乱，桥下断面以下，河段水流集中在南岸200m范畴内，水面大片出现涡流、翻花等现象。河床局部冲涮严重，最大水深超过10m，北岸出现近1000 m浅滩串沟，杂草丛生，流向错综复杂。2008年之后，上游北岸马庄坝工程完全脱河，彻底失去了控导作用，工程以下北岸滩地从上而下塌陷剧烈，花园口水文站Cs34断面附近河道由原来的600m迅速扩至2000m宽，并一直在持续发展中。黄河主流也渐北移，靠北行洪，河道在向北扩展的过程中，南岸没有较大的淤积现象，致使花园口水文站整个测验河段水流分散，在2000多m的河道中形成多股水流，且中间夹杂大片沙滩、杂草等。2005—2008年、2008—2010年和2010—2013年断面逐渐变化套绘图。

3　河势变化的原因

1）由于花园口水文站测验断面上下游河段中，在2002—2004年调水调沙中，河段淤积较严重，水面宽，马庄坝处新建设的控导工程能有效地控导黄河主流向黄河南岸大堤导流，在花园口水文站基本断面附近沿黄河南大堤而下；但随着调水调沙工作的进行，整个河段的河床进行下切，过流能力增强，在小浪底水库最大下泄流量基本控制不变的情况下，北岸的马庄坝水利控导工程基本不着水，甚至于目前的完全脱河，起不到控导作用，但在其下游北岸滩地从上而下塌陷剧烈，导致该测验河段黄河主流河势向北移动。

2）通过对花园口水文站测验断面上下游河段20km内的大型水利工程调查可知，在这河段存在较多的水利工程，且各工程之间的位置相距较近，或多或少将影响洪水在河道中的演进规律，在桥墩之间越冲越深，而在桥墩之后，将逐渐形成淤积，导致在其下游形成多股水流。

3）虽然小浪底水库的最大排沙量及持续时间较长，但由于通过水库的沉淀之后，其排出的沙量颗粒较小，通过测站泥沙颗粒级配分析研究可以看出，级配均在1.0mm以内，这样就形成了黄河下游特别是宽浅河道，容易形成“只冲不淤”的现象。

4　对观测的影响及对策

到目前为止，通过黄委的15次调水调沙工作，花园口水文站的平滩流量由2002年的2000 m3/s达到了现在6000m3/s。因此，此次分析主要以不同的流量级进行分析。

4.1花园口水文站出现中高水时

当花园口水文站出现7000m3/s以上洪水时，河势主要受上游北岸马庄坝工程控制，经过马庄坝后，黄河主流向南挑，直向基本断面上游2 km处的花园口险工，之后主流沿黄河南大堤而下，顺着南大堤靠右岸行洪。此时花园口水文站的测报方案为：

水位：在Cs34断面利用现有遥测水位计结合水尺观读，视水位涨落变化情况，合理分布测次。

流量、含沙量：在现有的桥下断面或Cs34断面进行正常的水文测验工作。

报汛：建立适时水位流量关系线，以测站报汛任务书为基础，以控制洪水过程为原则，及时加报起涨、洪峰、峰腰转折点及落平的水情。

4.2花园口水文站出现中水时

当花园口水文站出现中水（4000～7000m3/s）时，此级洪水在现有河道内行洪，基本不受马庄坝工程的控制，在黄河国家湿地公园河段水流集中，在其上游将出现较大的漫滩，可能持续到马庄坝下延工程，水面将达3000m以上，南岸将出现较大的塌陷，而北岸滩地有较多杂草，不适合断面的布设和流量的测验。当水流通过郑州黄河公路大桥后，由于其下游南北两股水，中间是较大的嫩滩（达1000m），浅滩、串沟较多，这样主流将分布在南北两岸，中间水流分散，流向不定。根据河势，测站在基下4640m处设立临时Ⅱ断面，进行流量、含沙量的测验。此时花园口水文站的测报方案为：

水位：在CS34断面以现有遥测水位计结合水尺观读，视水位涨落变化情况，合理分布测次。

流量、含沙量：在临时Ⅱ断面，进行正常的水文测验工作。

报汛：建立适时水位流量关系线，以测站报汛任务书为基础，以控制洪水过程为原则，及时加报起涨、洪峰、峰腰转折点及落平的水情。

4.3花园口水文站出现低水时

当花园口水文站出现低水（4000m3/s以下）时，此级洪水在现有河道内行洪，不受上游任何控导工程的控制，在黄河国家湿地公园河段内水流集中，河道顺直，河床相对稳定，水面宽在400～800 m之间；当水流通过郑州黄河公路大桥后，水流情况与当花园口水文站出现中水（4000～7000m3/s）时一致，甚至更糟，北岸冲涮、塌陷严重，河心滩及南岸进一步淤积，在Cs34断面处形成多股水流，对测站影响较大。此时，测验断面需建立在测站上游5km处（李西河村），该处水流集中，河道顺直，水深、流速分布均匀，河床相对稳定，具有良好的测验条件。此时花园口水文站的测报方案为：

水位：在临时断面处设立水位观测点，与Cs34断面的遥测水位计进行同时对比观测，建立相应关系，以确保Cs34断面水位的准确性与延续性。

流量、含沙量：在该临时断面进行正常的水文测验。

报汛：在流量测验时，在不同断面水位观测点进行水位同时观测，建立各自相应的水位流量关系线，各自进行推流以进行对照，同时充分利用网上水情，进行上下游水量的对照，以保证水情工作的及时、高效、准确地完成。