黄河下游泥沙淤积的滞后响应规律分析

孟兆龙 ，刘娜楠 ，申红彬

黄河下游山东段西起东明县，东至垦利县注入渤海，河道全长628 km，流域面积1.83万km2，沿程分布有高村、孙口、艾山、泺口、利津等水文站。受上游不利水沙条件的影响，黄河下游山东段历来泥沙淤积问题严重，利津以上河段河底高程高出两岸地面4.0～6.0 m，形成典型的“地上悬河”，利津以下尾闾段摆动频繁，泥沙不断淤积，年均造陆面积达25～30 km2。本文在上述研究成果的基础上，重点选取黄河下游山东段中的艾山——利津弯曲型河段为研究对象，进一步分析其河床累计淤积量的滞后响应规律。

1 来水来沙及河床冲淤演变情况

黄河下游山东段艾山——利津河段进口断面艾山站1950—2004年来水来沙变化情况如图1所示。可以看出：20世纪70年代以来，艾山进口站流量总体呈现出不断下降的趋势，而来沙系数则不断增大，反映出艾山——利津河段来水来沙的组合条件不断恶化。图2为艾山——利津河段1952—2004年累计冲淤量的变化情况以及利津出口站3 000 m3/s流量水位相对于1952年的变化情况。可以看出：1）艾山——利津河段在20世纪70年代以前整体基本处于冲淤平衡状态，70年代后受来水来沙不断恶化的影响出现了持续淤积；2）相对于1952年，利津站3 000 m3/s同流量水位总体呈现出不断上升趋势，间接反映出河底高程总体在不断抬升；3）艾山——利津河段累计淤积量与艾山站年平均流量呈负相关关系，而与来沙系数、利津站同流量水位变化值呈正相关关系。

图1 艾山年均流量与来沙系数变化情况

图2 艾山——利津河段累计冲淤量与利津站同流量水位变化情况

2 累计淤积量对来水来沙的滞后响应

黄河下游艾山——利津河段河床淤积受上游进口艾山站来水来沙条件与下边界出口利津站河底高程的综合影响。根据河床滞后响应模型，黄河下游艾山——利津河段累计淤积量不仅与当年艾山站来水来沙条件及利津站河底高程有关，还受到前期艾山站来水来沙条件及利津站河底高程的影响。图3、图4为艾山——利津河段多年累计淤积量与艾山站当年平均流量以及多年滑动值的相关关系。可以看出：艾山——利津河段多年累计淤积量与艾山站流量负相关关系的相关系数随滑动平均年数的增多而增大，约到15年左右时达到最大。同理，可绘出艾山——利津河段多年累计淤积量与艾山站来沙系数、利津出口断面同流量水位变化值正相关关系相关系数的变化情况，分别如图5、图6所示。可以看出：艾山——利津河段多年累计淤积量与艾山站来沙系数、利津站同流量水位变化值相关系数最大时对应的滑动平均年数分别为15年、13年。

图3 累计淤积量与艾山站当年平均流量关系

图4 累计淤积量与艾山站多年滑动平均流量关系

图5 累计淤积量与艾山站多年滑动平均来沙系数关系

图6 累计淤积量与利津站多年滑动平均水位变化值关系

3 结 语

黄河下游艾山——利津河段累计淤积量不仅与当年艾山站来水来沙条件及利津站河底高程有关，还受到前期艾山站来水来沙条件及利津站河底高程的影响：1）艾山——利津河段累计淤积量与艾山站多年滑动平均流量、来沙系数的相关程度随滑动平均年数的增多而增大，约到15年左右时达到最大。2）艾山——利津河段累计淤积量与利津站多年滑动平均同流量水位抬升值相关系数随滑动平均年数的增多而增大，约到13年左右时达到最大。

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