黄河宁蒙河段2018年汛期水沙特性分析

谢学东，赵文荣，刘伟莉，裴 斌

（黄河水利委员会宁蒙水文水资源局，内蒙古包头014030）

1 雨水情概况

2018年汛期（6—10月），黄河流域降水量与多年平均相比总体偏多。暴雨过程频繁，强降雨落区重叠度高、极端性强，并主要发生在上中游，特别是唐兰区间（唐乃亥—兰州区间）、宁蒙区间和山陕北部，以致黄河部分支流出现百年一遇洪水，兰州站出现3场编号洪水[1-2]。

2018年汛期，宁蒙河段平均降水量为241.6 mm，较历年（1987—2017年，下同）均值偏多34.7%，主汛期7、8月分别较历年均值偏多94.7%、61.0%。测区内除青铜峡水文站汛期降水较历年均值偏少2.9%外，其余各站均较多年同期降雨偏多，最大为石嘴山水文站，偏多92.6%。2018年汛期宁蒙河段降水量统计见表1。

汛期黄河干流各主要控制站实测来水量与历年均值相比均偏多。黄河上游唐乃亥站（龙羊峡水库入库站）径流量为215.3亿m3，较历年均值偏多50.6%；兰州站径流量为289.5亿m3，较历年均值偏多44.9%；下河沿站径流量为280亿m3，较历年均值偏多52%；头道拐站径流量为225.9亿m3，较历年均值偏多86.6%。汛期宁蒙河段来水量较历年均值明显偏大，其中6—9月偏大1.0倍～1.7倍，10月偏大1.3倍～4.3倍。日均流量大于2 000 m3/s的流量过程维持135 d，大于2 500 m3/s的流量过程维持57 d，大于3 000 m3/s的流量过程维持26 d。

表1 2018年汛期宁蒙河段降水量统计 mm

2 洪水情况

2018年汛期，受黄河上游干支流来水持续偏多影响，黄河上游先后出现了2018年1号、2号和3号洪水，黄河宁蒙河段高水位、大流量过程持续近3个月。3场洪水的主要过程见图1及表2。

图1 黄河2018年第1号、2号洪水宁蒙测区主要站流量过程

7月，受黄河河源区持续降雨影响，黄河上游干支流来水持续增加，7月8日11时上游唐乃亥水文站出现2 500 m3/s流量，形成2018年黄河第1号洪水，13日2时42分黄河宁蒙河段下河沿水文站出现洪峰流量2 330 m3/s，13日21时42分青铜峡水文站出现洪峰流量1 830 m3/s，15日16时24分石嘴山水文站出现洪峰流量1 780 m3/s。

7月23日，受刘家峡至兰州区间强降雨影响，黄河兰州段流量快速上涨，23日4时54分兰州水文站流量2 700 m3/s，8时18分洪峰流量为3 610 m3/s，形成黄河2018年第2号洪水。黄河第2号洪水水量较大，峰值较高。洪水向下演进，兰托区间（兰州—托克托区间）安宁渡站23日23时18分洪峰流量3 460 m3/s，下河沿站24日13时42分洪峰流量2 910 m3/s，青铜峡站25日9时30分洪峰流量2 260 m3/s，石嘴山站27日23时2分最大流量2 500 m3/s，石嘴山以下各站由于海勃湾水库调控，因此流量较为平稳。

8月，受黄河上游来水、区域降雨和水库调节等因素影响，宁蒙河段持续高水位，测区7站均出现流量大于2 000 m3/s洪水过程，其中下河沿、石嘴山两站出现2 500 m3/s以上洪峰流量。8月30日4时48分下河沿站最大洪峰流量2 780 m3/s，为测区本月最大流量，31日21时石嘴山站最大洪峰流量2 600 m3/s，其他5站最大流量为2 260～2 490 m3/s。

9月以后兰州站一直维持在2 500 m3/s以上流量，9月20日2时18分流量达到3 200 m3/s，形成黄河2018年第3号洪水，26日23时洪峰流量为3 590 m3/s，洪水继续演进，兰托区间出现入汛以来最大洪水过程。9月28日16时42分下河沿站最大洪峰流量为3 540 m3/s，相应水位为1 233.95 m，为1989年以来最大流量（最高水位）；29日8时6分青铜峡站最大洪峰流量为3 200 m3/s，为1989年以来最大流量；10月7日15时30分石嘴山站最大洪峰流量为3 500 m3/s，为1985年以来最大流量；内蒙古4站最大流量除头道拐站为2 900 m3/s外，其他均在3 000 m3/s以上。第3号洪水过程具有涨水历时长、复式峰及峰型矮胖、高水位持续时间长等特点。

表2 黄河2018年第3号洪水宁蒙河段主要站特征值

3 含沙量情况

2018年汛期宁蒙河段大含沙量过程集中在7—9月。受宁夏局部地区降水及上游祖厉河来沙和青铜峡水库调节影响，下河沿、青铜峡站均出现较大沙峰过程，其中下河沿站出现1996年以来最大沙峰过程。随着沙峰推进，含沙量由上游至下游逐步递减。7月，下河沿、青铜峡两站出现含沙量大于100 kg/m3的沙峰过程，其中7月25日19时6分下河沿站含沙量为194 kg/m3，为2018年汛期宁蒙测区最大含沙量。8月，下河沿、青铜峡、石嘴山三站出现含沙量大于30 kg/m3沙峰过程，其中8月6日下河沿站含沙量69.6 kg/m3。受黄河干流水利工程以及内蒙古河段漫滩影响，内蒙古河段含沙量急剧减小，除三湖河口站月最大含沙量为11.4 kg/m3外，其他3站含沙量均在10 kg/m3以下。9月，下河沿、青铜峡两站最大含沙量均为14.6 kg/m3，其余5站均未出现含沙量大于10 kg/m3的沙峰过程。汛期主要站含沙量变化过程见图2。

图2 汛期宁蒙测区主要站含沙量过程

4 洪水期间断面冲淤变化及过流能力

套绘汛前及洪水期间石嘴山及以下各水文断面，计算相同水位下断面面积，绘制水位—断面面积关系曲线，分析洪水期间宁蒙河段各水文断面的冲淤变化以及过流能力。其中，石嘴山断面在3场洪水期间发生持续冲刷，最大冲刷深度为1.94 m，洪水前后同水位（1 089.61 m）下断面平均河底高程降低约1.1 m，面积增大386 m2，冲刷了36%。洪水过后断面形态趋于稳定，过流能力提高（见图3）。

巴彦高勒水文站断面套绘及同水位面积变化见图4、图5。汛前至第1号洪水到来之前，断面冲刷剧烈，且主要集中在主槽。第2号洪水期间，断面略有冲刷，随后逐渐淤积，8月25日淤至最小，同水位（1 053.00 m）下平均河底高程升至1 049.58 m。9月该站流量一直维持在2 000 m3/s以上，断面持续冲刷。比较8月25日与9月22日两次断面情况，同水位（1 053.00 m）下面积相差约659 m2，平均河底高程相差约1.91 m，局部最大刷深达3.24 m。洪水过程中巴彦高勒断面左岸变化较小，主槽及右岸滩地冲淤变化剧烈。整个汛期断面总体表现为持续冲刷，深泓点不断右移。比较汛前与9月底同水位（1 053.00 m）下面积增大约1 100 m2，冲刷了83.1%；平均河底高程降低2.74 m，断面过流能力明显提高。

图3 石嘴山水文站测验断面套绘

图4 巴彦高勒水文站测验断面套绘

图5 巴彦高勒水文站同水位（1 053.00 m）断面面积变化

从图6可知，洪水前后三湖河口断面主槽摆动明显，且断面形态变化较大。洪水过程中，断面时冲时淤，总体表现为冲刷。冲淤主要发生在主槽部分，由洪水前（7月7日）宽浅型冲刷成为8月1日的窄深型，主槽移至左岸。比较两次断面，最大冲刷深度为3.36 m。之后开始逐渐回淤，至9月24日，断面与汛前断面面积相差不大，断面形态由原来的U形变为左岸有深槽的V形。8月1日断面同水位（1 021.00 m）断面面积较汛前增大472 m2，冲刷了32.2%；至9月底断面又逐渐回淤，左岸较8月1日冲刷最深时平均淤积抬升近3 m。

图6 三湖河口水文站测验断面套绘

从图7可知，包头断面洪水前后主槽摆动明显，且形态变化较大。洪水过程中，断面总体表现为冲刷。断面形态由洪水前（6月19日）左岸有深槽的V形冲刷成为9月23日的窄深W形。9月23日断面与汛前断面相比面积增大了347 m2，冲刷了32.4%，平均河底高程相差约1.01 m，局部最大刷深近4 m。

图7 包头水文站测验断面套绘

洪水过程中，由于头道拐断面上游多处漫滩，因此洪水过程中头道拐断面表现为时冲时淤，但较汛前总体呈淤积状态。其中：汛前至第1号洪水到来之前，断面显著淤积；洪水期间断面略有冲刷，主槽摆动明显，深泓点右移，随后又逐渐淤积（见图8）。

图8 头道拐水文站测验断面套绘

5 结 语

（1）2018年汛期宁蒙测区平均降水量为241.6 mm，较历年均值偏多34.7%，总体呈现主汛期偏多，前、后期偏少的特点。汛期宁蒙河段来水量较历年平均明显偏大，其中6—9月偏大1.0倍～1.7倍，10月偏大1.3倍～4.3倍。

（2）7月上旬，受河源区持续降雨影响，黄河宁蒙河段干支流持续涨水。7月下旬和9月下旬，受区间降水、水库调节和上游来水影响，宁蒙河段出现2次较大的洪水过程。其中：下河沿站、青铜峡站最大洪峰流量分别为3 540、3 200 m3/s，为这两站1989年以来最大流量；石嘴山站最大洪峰流量为3 500 m3/s，为1985年以来最大流量；内蒙古4站10月最大流量除头道拐站为2 900 m3/s外，其他均在3 000 m3/s以上。

（3）洪水过程中，宁蒙测区各站水位偏高，大流量持续时间长。其中：石嘴山、巴彦高勒、三湖河口站为1985年以来最高水位；下河沿、青铜峡站为1989年以来最高水位；包头、头道拐站为2012年以来最高水位。

（4）受局部地区降水、上游祖厉河来沙及青铜峡水库调节影响，汛期下河沿、青铜峡站均出现较大的含沙量过程，其中下河沿站出现1996年以来最大沙峰过程。受黄河干流水利工程以及内蒙古河段漫滩影响，含沙量由上游至下游急剧减小。

（5）2018年汛期宁蒙河段典型断面总体表现为冲刷，过洪能力明显提高。除头道拐断面以外，各水文站测验断面均发生较明显冲刷。

（6）2018年是多年不遇的丰水年，洪水持续时间之长、来水量之大，为龙刘水库（龙羊峡、刘家峡水库）运行以来少有。进一步加强汛期水沙特性分析、探索黄河上中游洪水泥沙演进规律及预报关键技术以及上中游水库群联合优化调度方式，显得尤为重要[3-5]。