黄河下游典型年份水沙条件与河床演变特征分析

张宝利，鲁 文，朱莉莉

(1.小开河引黄灌溉管理局，山东 滨州 256600；2.中国水利水电科学研究院，北京 100048；3.黄河上中游管理局，西安 710021)

黄河下游典型年份水沙条件与河床演变特征分析

张宝利1，鲁 文2，朱莉莉3

(1.小开河引黄灌溉管理局，山东 滨州 256600；2.中国水利水电科学研究院，北京 100048；3.黄河上中游管理局，西安 710021)

文章采用实测资料分析方法，研究黄河下游典型年份的水沙条件与河床演变特征。研究结果表明：黄河下游2006年是典型枯水枯沙年份，年水沙量与多年同期相比均偏少。全年洪水过程仅2场，分别是6月小浪底水库调水调沙洪水和8月小浪底水库异重流排沙产生的“06·8”洪水。黄河下游河道2006年利津以上冲刷1.318亿m3，冲刷集中在夹河滩以上，非汛期冲淤沿程分布具有“上冲下淤”的特点。

黄河下游；水沙条件；河床演变；调水调沙；异重流

0 前 言

黄河是一条举世闻名的多泥沙河流，大量泥沙造成黄河善淤、善徙、善决的特性，给两岸人民带来极大危害。人民治黄以来，创造了黄河60多年伏秋大汛不决口的奇迹，保证了人民生命财产的安全。与此同时，黄河流域的水沙资源开发利用也在大力开展，为两岸社会经济的发展提供了最为重要的物质条件。1999年10月后，小浪底水库的投入运用，改变了进入黄河下游的水沙条件，导致黄河下游防洪形势发生了相应变化。2006年是典型的枯水枯沙年，对于小浪底水库运用初期的年际水沙条件具有一定的代表性，研究典型枯水枯沙年份的黄河下游河床演变特征，可以了解小浪底水库运用初期的防洪形势，是进一步黄河治理和可持续开发的基础[1]。文章在分析黄河下游2006年水沙条件的基础上，研究了黄河下游河道河床演变特征，试图为黄河下游河道治理提供科技支撑。

1 黄河下游2006年水沙条件

1.1 水沙年际变化特征

黄河下游2006年运用年(2005年11月-2006年10月)是枯水枯沙年，年水沙量与多年(1956-1999年)同期相比均减少，其中水量减少24%-34%，沙量减少均在80%以上，沙量减少幅度大于水量减少幅度。黄河下游主要控制站下游(小浪底+黑石关+武陟)、花园口和利津站年水量分别为289.16亿m3、292.28亿m3和215.63亿m3，与多年同期相比减少26%-33%；年沙量分别为0.398亿t、0.865亿t和1.592亿t，较多年同期减少86%-96%。

1.2 水沙年内分配特征

黄河下游2006年非汛期花园口和利津由于小浪底水库调水调沙大量泄水，水量分别为208.49亿m3和139.38亿m3，较多年同期增加19%和12%；沙量分别为0.476亿t和0.985亿t，较多年同期增加15%和115%。

汛期进入下游、花园口和利津的水量分别为81.8亿m3、83.78亿m3和76.25亿m3，较多年同期相比减少61%-63%；相应沙量分别为0.331亿t、0.389亿t和0.607亿t，与多年同期相比减少91%-96%。汛期占年比例水量在28%-35%，沙量在86%-99%。汛期下游小流量级占主导，没有日平均3000m3/s以上的大流量，1000m3/s以下花园口和利津均为97d，占汛期历时的79%。

1.3 洪水特征

全年花园口最大洪峰流量为3970m3/s(6月21日16时)，最大含沙量116kg/m3(8月4日17.1时)。花园口洪峰流量2000m3/s以上的洪水仅2场，分别是非汛期6月中下旬小浪底水库调水调沙洪水和8月上旬小浪底水库异重流排沙产生的“06.8”洪水[2]。

非汛期根据主要水库蓄水情况，6月9日14时小浪底水库开始预泄，6月15日9时调水调沙正式开始，29日0.6时排沙洞关闭，期间小浪底水库最大泄流量4200m3/s，最大含沙量53.7kg/m3，出库水量54.97亿m3，排沙量0.084亿t；花园口洪峰流量3970m3/s，最大含沙量26.4kg/m3，水量55.01亿m3，沙量0.182亿t，为历次调水调沙以来持续时间最长、流量最大的一次；入海利津水沙分别为48.13亿m3和0.648亿t，最大流量为3750m3/s，最大含沙量为22.5kg/m3。

受中游洪水影响，潼关站于8月2日5.7时出现洪峰流量1780m3/s，最大含沙量28kg/m3的洪水，由于入库潼关站发生流量超过1500m3/s的流量，达到了三门峡水库泄空冲刷的来水条件，三门峡水库在8月2日凌晨3时左右开始畅泄排沙，历时达17h，出库最大流量4860m3/s，最大含沙量达454kg/m3, 三门峡泄空冲刷产生的高含沙水流在小浪底水库发生了异重流，小浪底水库下泄高含沙洪水，最大含沙量达303kg/m3，在小浪底到花园口期间没有明显大流量加入情况下，相应下游花园口出现洪峰流量3360m3/s，比相应小浪底最大流量2230m3/s明显增大，即使扣除小花间支流的110m3/s流量，花园口的流量仍然增大了约1020m3/s，即增大了46%，说明小花间发生了流量沿程增大现象。这是小浪底水库投入运用以来，第3次在黄河下游小花间发生洪峰流量沿程增大等“异常”现象，该次洪水在夹河滩洪峰流量为3030m3/s，较花园口减少10%；利津洪峰流量2380m3/s，最大含沙量59.2kg/m3。

2 黄河下游2006年河床演变特征分析

2.1 年际冲淤演变特征

运用沙量平衡法计算各河段冲淤量，由计算结果可以看出，非汛期高村以上河段冲刷0.943亿t，高村以下河段冲刷0.361亿t，全下游冲刷1.304亿t；汛期高村以上和以下河段分别冲刷0.198和0.110亿t，全下游冲刷0.308亿t。运用年内下游河道冲刷1.598亿t，其中高村以上冲刷1.127亿t。

根据黄河下游河道2005年10月、2006年4月和2006年10月三次统测大断面资料计算各河段冲淤量，由计算结果可以看出，非汛期冲淤量的沿程分布具有“上冲下淤”的特点，除夹河滩以上河段显著冲刷外，其余河段冲淤量都不大，全下游总冲刷量为0.464亿m3；汛期整个下游河道均为冲刷，冲刷量为0.854亿m3，其中花园口-夹河滩河段占53%。全年冲刷1.318亿m3，其中汛期占65%，全年冲刷量集中在夹河滩以上，尤其是花园口-夹河滩河段，这主要是由于汛期和非汛期同时冲刷造成[3]。

2.2 洪水冲淤演变特征

2006年汛期黄河下游只有两场小洪水，但为了分析较大流量过程对黄河下游冲淤变化的影响，还统计了汛前下游春灌期及汛期较大流量过程共7场，洪水特征值和冲淤量，由统计结果可以看出，春灌期平均流量在1000m3/s左右时，高村以上河段均为冲刷，高村以下河段以淤积为主，全下游表现为冲刷；调水调沙洪水期，下游冲刷量最大为0.678亿t，占全年沙量平衡法冲刷量的42%；其余各场洪水黄河下游总体上是冲刷的，但在高村以下河段有冲有淤，冲淤量值均比较小。总体来看，除调水调沙期平均流量较大外，其余在800-1300m3/s之间，当径流量较大时、下游河道的总冲刷量较大[4]。

2.3 同流量水位变化特征

汛期首场洪水和末场洪水的同流量水位变化可以大体上反映汛期河道的过流能力变化。2006年黄河下游发生洪峰流量超过2000m3/s的洪水只有两场，分别是6月中下旬的调水调沙洪水和8月上旬的“06.8”洪水。点绘两次洪水的水位流量关系，由点绘结果可以看出，从调水调沙涨水期到“06.8”洪水落水期，同流量(3000m3/s)水位花园口上升0.1m、而同流量(2000m3/s)下降0.12m；夹河滩下降0.46m、高村(2000m3/s)下降0.03m、孙口上升0.03m、艾山上升0.06m、泺口下降0.18m、利津上升0.06m。夹河滩同流量水位下降幅大的主要原因，是其下游的贯台古城附近的畸形河湾在2006年5月1日前后突然发生了自然裁弯，流路大大缩短引起的[5]。

3 结 论

黄河下游2006年运用年是枯水枯沙年，年水沙量与多年同期相比均偏少，其中水量减少24%-34%，沙量减少在80%以上。非汛期由于水库调水调沙，水沙量均较多年同期有所增加。全年花园口洪峰流量2000m3/s以上的小洪水过程仅2场，分别是非汛期6月中下旬小浪底水库调水调沙洪水和8月上旬小浪底水库异重流排沙产生的“06.8”洪水，其中“06.8”洪水在小花间发生洪峰流量沿程增大等“异常”现象。2006年下游利津以上冲刷1.318亿m3，其中汛期占65%，冲刷量集中在夹河滩以上，尤其是花园口-夹河滩河段。非汛期冲淤量的沿程分布具有“上冲下淤”的特点，除夹河滩以上河段显著冲刷外，其余河段冲淤量都不大；汛期整个下游河道均为冲刷，冲刷量为0.854亿m3，其中花园口-夹河滩河段占53%。

[1]胡春宏.黄河水沙过程变异及河道的复杂响应[M].北京：科学出版社，2005：27-36.

[2]尚红霞，孙赞盈.小浪底水库运用以来下游河道冲淤效果分析[R].郑州：黄河水利科学研究院，2007.

[3]潘贤娣，李勇，张晓华，等.三门峡水库修建后黄河下游河床演变[M].郑州：黄河水利出版社，2006：55-70.

[4]胡春宏，陈建国，郭庆超，等.黄河水沙调控与下游河道中水河槽塑造[M].北京：科学出版社，2007：18-26.

[5]李文学，李勇，姚文艺，等.黄河下游河道行洪能力对河道萎缩的响应关系[J].中国科学(E辑)，2004，34(增刊)：126-132.

Analysis for Water and Sand Conditions of Lower Yellow River in Typical Year andIts Evolution Characters of River Bed

ZHANG Bao-li1;LU Wen2;ZHU Li-li3

(1.Xiaokai River Diversion to Yellow River Irrigation Management Bureau, Binzhou 256600, China; 2. ChineseWater Conservancy & Hydroelectric Power Science Research Institute, Beijing 100048, China;3. Management Bureau of Upper and Middle Yellow River, Xi'an 710021, China)

Observed data analysis method was adopted to study the water and sand conditions on lower Yellow River in typical years and its characters of river bed evolution. The results show that 2006 is the typical low flow year and dry sand year for the Yellow River, and mean annual quantities of water and sand are less than the same period. Only two flood processes for the whole year, there were respectively water and sand transportation flood of the Xiaolangdi reservoir in June and "06.8 flood" caused by sediment flushing through density gravel flow in the Xiaolangdi reservoir. There were 0.1318billion m3scoured on the upper Lijin of the river course on the downstream of Yellow river in 2006, concentrating on the upper Jiahe alluvial plain, and silt scouring was characterized as "scouring on the upstream and silting on the downstream" along the river not in the flood period.

downstream of Yellow River; conditions of water and sand; evolution of river bed; water and sand transportation; density current

1007-7596(2017)07-0005-03

2017-06-20

国家十三五重点研发计划重点专项(2016YFC0402408)；中国水科院科研专项(泥基本科研KY1785)

TV147

B

张宝利(1977- )，男，山东滨州人，工程师，从事农田水利建设与管理；鲁文(1976-)，女，江苏瞿宁人，高级工程师；朱莉莉(1973-)，女，河南皖西人，高级工程师。