小浪底水库建成后黄河下游防洪形势变化研究

齐璞　孙赞盈　齐宏海

黄河小浪底水库投入运用以来下游河床产生强烈冲刷.河槽的过洪能力逐渐增大。中上游近几十年大规模的治理使得黄河来沙量逐年大幅度减少，进入下游大洪水已近消失，近年来没有发生高于警戒水位的流量.下游河道防洪形势发生变化。

河床演变受流域地质地貌大环境、来水来沙条件与河流边界条件等因素制约，当其中一些方面发生改变时会引起河流的自动调整，当这些因素改变剧烈时河床就会随之发生迅速的调整。黄河是世界有名的多沙河流。历史上，黄河“三年两决口，百年一改道”，制造灾难无数。泥沙在下游淤积是洪水泛滥根源。为了从根本上治理，曾以“节节蓄水、分段拦泥”的原则，对黄河做了全面规划，企图使黄河水变清，从根本，上解决下游的洪水灾害。由于规划不符合国情，三门峡水库被迫进行两次改建，改“蓄水拦沙”为“滞洪排沙”运用。50多年来，黄河来水来沙条件已发生重大改变，对黄河认识不应是50年前的认知，其治理方法也不应是50年前老办法，需要不断地进行调整。

黄河干支流上修建了大量水利工程，洪水和泥沙已经得到有效控制，已经使黄河来水来沙条件与下游河道情况发生巨大变化，黄河来沙量与洪水流量均大幅度减小，小浪底水库投人运用以来下游河床发生强烈冲刷，洪水位大幅度下降，河槽过洪能力迅速增大。水利部针对21世纪黄河治理，提出“堤防不决口、河道不断流、水质不超标、河床不抬高”宏观治理目标已基本实现。

由于黄河下游河道多年的淤积抬高，形成的河道比降陡，从万分之二到万分之一，流速可达3～4米/秒，且在涨水期河床不断冲刷，水深迅速增大，最大洪峰时河床最低，过流能力最大。与淮河泄洪河道比降三万分之一、长江下游比降为三万分之一到五万分之一的情况不同，黄河要比淮河、长江陡。这是由于黄河长期多沙，且水沙组合不合理，小水挟沙过多，形成很陡的比降。黄河下游花园口站河床海拔为90多米，长汇武汉站海拔只有20多米。优化来水来沙组合后，目前河床比降利用洪水输送泥沙人海是有余的。

小浪底水库投人运用初期，下泄清水并造峰冲刷下游河道，改变了多年小水挟沙淤积河槽形成游荡性河道的历史，使黄河下游已成为较为安全的大河。美国密西西比河河道防洪标准是50年至百年一遇;长江下游防洪标准是40年一遇，设防流量80000米3/秒，三峡水库建成后到达百年一遇;黄河下游河道目前的设计洪水标准明显偏大，这会造成下游河道超标准堤防工程和中游过度治理。

小浪底水库投入运用后下游形势变化河道发生强烈冲刷

三门峡水库改建后，“蓄清排浑”的减淤作用已经使花园口以上河道基本不淤。小浪底水库自2000年投人运用已经19年，在死库容淤积时期，下泄清水并造峰，下游河道冲刷21.5亿米了，河槽的泄洪能力迅速增大。河南段河槽因冲刷3000米3/秒水位下降2.35～2.66米，河道的平滩流量由2700～3650米31秒增加到6100～7200米秒;高村以下河道3000米31秒水位下降1.3～1.6米，河槽的平滩流量由2800～3200米3/秒增加到4350～4650米3/秒。

河道过洪能力增大

黄河～下游堤防在小浪底水库建成前按百年洪水设计标准，花园口站设计洪峰流量22000米秒，花园口至高村河段大堤顶高程按设计洪水位超高3米修建，大堤后淤背宽度100米，小浪底水库建成后成为千年一遇洪水标准。高村以下河段大堤顶高程按设计洪水位超高2.5米修建。

在2003年蔡集出险后，黄河下游的生产堤普遍大幅度加高培厚，已经形成高出当地滩面2～3.5米，堤顶宽4～8米的比较完整的堤内防洪体系。若考虑1.5米高生产堤防洪作用（基于报汛报告上各站给的设计水位流量关系曲线"）：花园口河段生产堤内河道可以下泄洪峰流量为22000米3/秒，高村以上河段能下泄洪峰流量为15000米31秒，艾山以下河道可下泄洪峰流量达7000～8000米3/秒。

花园口断面河道在小浪底水库投人运用前后，其泄洪能力巨大变化，主河槽冲刷，平滩流量增大，现在河道泄洪能力比2000年22000米3/秒洪水位又下降近3米，以上资料分析表明黄河下游河道已经成为很安全的大河，今后洪水基本没有漫滩可能。

随着小浪底水库下泄清水与水库调水调沙的运用，黄河下游河道还会继续发生冲刷，河槽的过洪水能力还会不断增大，河床不抬高已经实现，并可以长期保持。而且小浪底水库的调节避免了下游河道断流，增加河南、山东两省用水保证率，保证下游灌溉用水。

日前黄河下游游荡河段主流还在下切后宽浅河槽中不断摆动冲刷，对稳定主流、引水防洪均不利，应通过有效工程设施加以控制，如进行双岸整治形成窄深稳定中洪水河槽和形成高效排洪输沙通道。而且小浪底水库投人运用后下游河道强烈刷，水位降低需要修建桃花峪水利枢纽进一步控制，可以发挥以下作用：（1）可进一步控制黄河干流小浪底水库以下干支流无控制区的洪水;（2）对小浪底水库投人运用后下泄的清水进行调配，满足中原经济区发展的需要;（3）控制黄河下游河道，上河段河床冲刷，保证花园口以，上河段引水，使黄河下游的冲刷能充分向下游发展。

黄河及海河流域水沙量大幅减小

黄河实测最大洪水流量变化趋势

黄河流域绝大部分属半湿润、半干旱乃至干旱地区，中上游大量兴建水库，灌溉农业与水土保持的发展，引起～下垫面汇流条件的巨大变化，也使黄河实测洪水大幅减小。

早在上世纪，黄委会王化云主任就已认识到“黄河洪水具有峰高量小的特性”，通过水库调节的削减洪峰作用特别明显。据1994年统计，黄河支流上已有的大中小型水利枢纽达600余座（4），总库容达110亿米，黄河干流总库容达600多亿米3，使得总库容达到700多亿米了，超过黄河的年水量600亿米了，具有较大的调节能力。目前仅龙羊峡、刘家峡、三门峡、小浪底四库防洪库容就达156.2亿米（相当原有设计黄河千年一遇洪水12天的总量）。在小浪底水库以下的主要支流上也兴建许多大型水库，如伊河陆浑、洛河故县水库，防洪库容分别为6.77亿米3和6.98亿米3，沁河河口村水库库容3.3亿米”。百年一遇洪水的洪峰流量由29200米31秒降为15700米3秒;若发生1958年的22300米3/秒洪水，花園口站洪峰流量将降为9620米3/秒;自1982年发生15300米3/秒大洪水以来，30多年来花园口站洪峰没有大于8100米3/秒，小浪底水库投入运用以来没有出现洪峰流量大于5000米3秒，洪水已经得到有效控制，大洪水发生的机会在大幅减少。

黄河来沙量大幅减小

黄河水沙主要来自于上中游地区，中游的潼关站控制黄河流域面积的91%、径流量的90%、泥沙的近100%。分析潼关水文站各个年代水沙发现，由于多种水利水土保持措施作用的不断增长，黄河水沙自1960年代之后发生变化。基于全流域水利水土保持措施情况、干流水库投人运用情况以及潼关水文站累积年径流量、输沙量变化过程综合考虑，对黄河水沙变化系列长度超过20年的三个时段重点开展分析。

1960年代以前，黄河水沙受水利水土保持措施影响较小，实测输沙量基本可以代表水利水土保持措施实施前的天然情况。1919-1959年潼关水文站实测年平均径流量426.1亿米.3输沙量15.92亿吨，平均含沙量37.4千克/米了。

1980年代中期以来，黄河干流盐锅峡、青铜峡、刘家峡、龙羊峡多年调节水库的蓄水运用以及黄土高原水土流失治理力度进一步加大，除了以上大量工程作用外，1999年以来实施退耕还林还草工程，以及2003年以来实施“淤地坝亮点工程”，更为主要的是近年来中游地区农民不再开荒种地，而是进城务工，也是减少沙量的不可忽视原因之一。

2000-2012年相对较短时段，与1987年以来的区间系列相比，潼关站径流量、输沙量更少，含沙量也进一步减小，径流量、输沙量分别为231.2亿米了、2.76亿吨，平均含沙量为12.0千克/米。2010年以来年沙量只有2.51亿吨。

黄河中上游进一步治理，进人黄河下游洪峰还会进一步逐渐减小。以汾河上水库为例，流域上兴建小1型以上水库69座，总库容达13.3亿米了，已经超过汾河年水量（年径流9.7亿米3）后，使得河津站洪水基本消失。

华北地区河流的变化

华北地区河流的流域特性与黄河流域近似，经过干支流水库群的调节，已经几十年没有大洪水发生，其治理经验与教训对指导黄河治理具有重要指导意义。

由于海河流域的治理，华北平原上的河流已经相继都变成干河，偶尔才会有洪水下泄。据环保部调查，华北地区北方河流已经有2/3变为干河（干河比总数为227/333）。海河流域已有大、中型水库141座，其中的123座水库的总库容达247亿米，蓄水量常达70～80亿米：永定河、拒马河、滹沱河、漳河各大支流及汾河已经长期断流，多年来没有洪水发生，河流的环境严重破坏。黄河治理也要避免此类情况发生。华北地区海河支流的永定河的年径流量与总库容比为14/21.滹沱河为22/29，漳河岳城库容13亿米3，均已经几十年没有大洪水发生了，洪水人海机会更谈不上。

黄河进入河口地区水沙量变化趋势

据利津水文站1950-1999年的资料统计，其多年

平均径流量为343.3亿米”，多年平均来沙量为8.68亿吨。显而易见，黄河泥沙是黄河三角洲迅速造陆的主要动力。黄河口利津站1950-2016年来水来沙特征表明，来水量来沙量逐年减少，呈现出黄河人海水沙条件变化总趋势，主要表现在以下几个方面。

（1）黄河进入河口来水来沙年际间变化过程极不均匀，最大年来水量来发生在1964年为973亿米3，最小年来水量发生在1997年仅为42亿米3;最大年来沙量发生在1958年为20.99亿吨，最小年来沙量发生在1997年仅为0.30亿吨;来水来沙主要集中于汛期的洪水期。

（2）进入河口地区来水来沙年际间变化呈现逐年变小的趋势，利津站多年平均径流量和输沙量分别为229.2亿米和5.82亿吨，与1950-1999年多年平均流量和输沙量相比均有较大幅度的减小，1970年后没有出现年沙量大于13亿吨的情况，1986-1999年利津站的年平均沙量只有4.04亿吨，1986年以后年沙量最大发生在1988年，为8.12亿吨。

（3）小浪底水库投人运用以来，2000-2015年利津站的平均年水量还有150亿米了，平均年沙量只有1.26亿吨。最大年沙量只有3.32亿吨，不足天然情况下年沙量12亿吨的30%。其变化趋势与黄河中游的沙量变化趋势相同。

（4）如果今后长时期输沙到人海口地区的年沙量减小到小于河口地区海岸动力自然侵蚀能力的每年3～4亿吨，河口淤积延伸对下游河道淤积造成影响将可以忽略。

对黄河治理中存在的新问题与前景分析

小浪底可长期发挥泥沙多年调节作用

小浪底水厍总库容126亿米了，按小浪底水库初步设计运用到15年后254米高程以下70亿米3的库容要被淤满。实际上到目前水库淤积泥沙只有32亿米了，可利用库容还有94亿米’。洪峰流量的减小，所需防洪库容的变小。不管黄河水沙怎样变化都要通过小浪底水库调节进人下游河道，总之搞好小浪底水库运用方式，优化进人下游的水沙组合是关键。

通过黄河八五攻关（1996年）的研究，小浪底水库淤满死库容后应进行利用洪水排沙，形成洪水多，来沙多，水库排沙机会多，洪水输送更多泥沙人海。可以使小浪底水库发挥更大效益，已经取得共同认识。2014年7月10日《黄河报》在最醒目的位置，刊登黄河设计院等单位关于小浪底水库运用方式，“多年调节泥沙，相机降低洪水位冲刷，形成高含沙水流，拦沙库容重复利用....”.比初步设计效益大大提高，河段平滩流量还会增大，只要在黄河～下游通过双岸整治形成窄深高效排洪输沙通道，河床不抬高是可能的，利用高含沙输沙用水量也可以大量节省。

利用洪水涨冲落淤的输沙特性，可以制定不同目的调水调沙运用方式。如要提高冲刷河道效率应造峰，形成非恒定流洪水输沙;若为了输沙输水人海为主目，应放平头洪峰。可根據黄河～下游河道平滩泄流能力，制定具体的小浪底水库调水调沙运用指标。

黄河经过几十年的治理大水带大沙现象出现机会明显减少，但黄河的来沙主要由洪水携带的特点不会改变。1986年以前，泥沙多由大洪水携带，年水量大的年份，年沙量也大，这种特点较为明显;1986-1999年已经不太明显。因此更需要小浪底水库.进行泥沙多年调节，充分利用洪水输沙人海，充分发挥水库的调节能力，其控制运用水位参数也有调整的必要。

下游河道治理中应解决的问题

第一，小浪底水库投入运用下游河道发生强烈冲刷，河槽泄流能力迅速增大，防洪形势发生巨大变化，河床不抬高已经实现。但游荡河段主流还在宽浅河槽中不断摆动，对稳定主流、引水防洪均不利，应通过有效工程设施加以控制。

第二，黄河干支流及流域治理使得黄河洪水流量和沙量趋势性大幅度减小，对黄河治理的前景会产生重大影响。小浪底水库可以来发挥更大防洪、利用洪水排沙.供水等综合效益。今后人海水沙量的减小，使得河口淤积速度对下游影响不断减弱，甚至可以忽略。

第三，鑒于黄河来水来沙条件已经发生趋势性变化，对黄河洪水设计标准及设防流量应尽早进行审定，包括合理的防洪标准，设计洪峰流量值。对黄河流域大型水库兴建应当适当控制，防止出现华北地区河流长期断流，流域环境恶化情况发生。

第四，从以上黄河洪水变化分析可知，在目前黄河下游河道泄流能力情况下洪水没有漫滩可能，黄河规划中提出的滩区是行洪和堆沙的场所已经成为历史，滩区淹没政策补偿也没有意义。解放黄河下游滩区的客观条件已经成熟。黄河宽河治理规划应该尽早重新修订。

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关键词：小浪底水库 水沙趋势性 多年调沙 河槽泄洪 平滩流量