小浪底水库对泺口至利津河段冲淤变化分析

刘 昀，杨 钊，毕 栋，毕 博

小浪底水库对泺口至利津河段冲淤变化分析

刘 昀，杨 钊，毕 栋，毕 博

（黄河水利委员会山东水文水资源局，济南2501000）

根据小浪底水库2002～2015年的调水调沙资料，对泺口至利津河段的冲淤情况进行分析，认为调水调沙使泺口至利津河段的河道得到明显冲刷，主槽断面形态向良性发展，平滩流量大幅增加，过流能力大大增加。同时近几年调水调沙资料表明河道冲刷力度减弱，冲刷效率降低，河床粗化，主槽过流能力已基本稳定。

调水调沙；冲淤变化；过流能力

水少沙多是黄河的主要特点之一，在多沙河流上修建水库可使下游河道的来水来沙过程发生改变，河床也会得到相应调整。小浪底水库位于河南洛阳以北40km的黄河干流上，于1999年10月25日开始下闸蓄水［1］，2002年开始调水调沙。调水调沙一般在汛初进行，通过运用小浪底水库或联合陆浑、故县、三门峡、万家寨等多个水库［2］，人工塑造洪峰，对水沙关系进行调控，形成比较优化的水、沙组合，从而减轻水库和河道的淤积，增强河道的行洪能力。

1 小浪底水库运用对泺口至利津河段水沙条件的影响

1.1 水沙量年内分配的改变

小浪底水库运用前水量多集中在8～10月份；小浪底水库运用后由于调水调沙，水量多集中在6～8月份。小浪底水库运用前，1952～1999年泺口站、利津站汛期来沙量分别占84.9%，84.8%；小浪底水库建库运用后，黄河泺口站、利津站汛期来沙量分别减少66.9%，67.3%。

1.2 全年输沙量大幅减少

小浪底水库运用以来，三门峡水库下泄的泥沙大部分被拦截在库内，非汛期则下泄清水［3］。以泺口站为例，小浪底水库运用前，年平均输沙量8.62亿t，小浪底水库运用后，年平均输沙量减少1.43亿t。

1.3 汛期大流量持续时间短

据统计，自调水调沙以来泺口、利津站2500m3/s以上的流量一般出现在调水调沙中期或上游有较大洪水的时期，其他时期以小流量为主。

1.4 洪水次数减少，洪峰流量减小

以泺口为例，调水调沙以来日平均最大流量均在4500m3/s以下，超过3000m3/s的洪水一年2次。

2 调水调沙对泺口至利津河段河道的影响

泺口至利津河段属人工控制的弯曲性河段，河长174km，堤距0.5～4km。两岸险工、控导工程所形成的河道防护长度占河长的80%，制约了河道的摆动范围，河槽比较稳定，调水调沙对此段河道的冲刷主要以下切为主。

2.1 调水调沙期间泺口至利津河段以冲为主

2002年小浪底水库进行了首次调水调沙试验，至2015年已有14年，2002～2015年调水调沙期间泺口至利津河段共冲刷泥沙0.973亿t，淤积泥沙0.180亿t，2004年冲刷量最大，达0.150亿t（沙量平衡法）。从2002～2015年泺口至利津冲淤情况（图1）看，泺口至利津河段调水调沙时期总体以冲刷为主，部分年份发生了淤积，但随着调水调沙的逐年进行，冲刷趋势减弱。从年冲淤情况上看，2003年冲刷量最大，2011年以后则以淤积为主如图1。

图1 调水调沙冲淤量与全年冲淤量对比

2.2 主槽断面形态得到调整

主槽断面形态的改变反映了水流、泥沙等对河床的塑造结果，小浪底水库的运用使黄河下游河段主槽断面得到相应调整，对泺口、利津断面变化情况（表1）进行分析，认为泺口断面河宽没有增加、利津断面展宽也不明显，两断面主槽均刷深，河底高程降低，泺口断面下切幅度达2.39m，利津断面下切幅度较小，为1.41m。河相系数■B /H［1］2015年调水调沙后与2002年调水调沙后相比，两断面均有所减少，横断面趋于窄深，其中B为平滩时的水面宽度，H为平滩时断面平均水深。

表1 黄河泺口、利津断面特征变化单位：m

主槽的冲深和展宽与河道整治和冲刷历时有关［1］，泺口与利津之间的河段两岸险工、控导工程较多，调水调沙期间没有出现塌滩现象，因此两断面展宽幅度非常小，从2002，2007，2015年调水调沙水位落平后泺口、利津站的主槽断面（图2，图3）中可以看出两断面主槽形态变化均以下切为主，测验河段主槽河床得到一定改善。

图2 泺口站2002，2007，2015年调水调沙后主槽断面套汇图

图3 利津站2002，2007，2015年调水调沙后主槽断面套汇图

2.3 主槽过流能力增强

2.3.1 历年调水调沙期间水位流量关系曲线逐年

右移

水位流量关系的变化可以反映河道的过流能力及冲淤情况，调水调沙期间的水位流量关系点及关系曲线如图4，图5，从图中可以看出水位流量关系逐年右移，尤其是最初几年，水位流量关系右移幅度较大，说明同级水位的相应流量逐年增大，主槽冲刷明显，过流能力逐年增强，但近几年水位流量关系偏移量不大，并且中低水时有重合、交叉现象，说明目前主槽过流能力已基本稳定。

图4 泺口站调水调沙期间水位流量关系曲线

图5 利津站调水调沙期间水位流量关系曲线

2.3.2 平滩流量明显增加

平滩流量是指某一断面水位与该断面滩唇齐平时该断面所通过的流量，是河道主河槽过流能力的重要指标［4］。1986年以来，黄河下游来水量持续偏枯，导致下游河道淤积抬高，断面萎缩，平滩流量减小，主槽过流能力显著降低，至小浪底水库投入运用前，下游河道平滩流量从80年代中期的6000m3/s减少到2000～3000m3/s。2002年汛后，泺口的平滩流量仅2360m3/s。根据历年汛后大断面资料，2002～2015年泺口、利津平滩流量变化总体呈递增趋势，尤其调水调沙初期平滩流量增幅较大。2002～2015年泺口站的平滩流量由2360m3/s增至5000m3/s，利津站的平滩流量由3350m3/s增至5240m3/s，各河段的平滩流量增加值有所差异，增加幅度为1900～3700m3/s。

2.3.3 同水位流量呈增加趋势

不同时期同水位级流量可以反映主槽过流能力的变化，比较历年调水调沙时期泺口、利津站同水位级流量变化情况（表2，表3），可以看出同水位下的流量呈逐年增加的趋势，但2010年以后两站逐年增加趋势有所减缓，甚至表现为同水位流量逐年减小。如泺口站水位29.5m时，2013年流量2980m3/s，2014年2940m3/s，2015年2930m3/s，说明主槽过流能力已经稳定甚至有所减弱，应引起足够重视并采取相应措施。

表2 泺口站同水位级流量对比单位：m3/s

表3 利津站同水位级流量对比单位：m3/s

2.4 冲刷效率降低，河床质粗化

当上游来水含沙量低于水流挟沙能力时，河床往往被冲刷，由于小浪底水库长期下泄清水，使水流挟沙能力增强，从而造成非均匀泥沙组成的河床质发生分选现象，首先颗粒较细的床面泥沙被冲走，留下的泥沙平均粒径逐渐增大，从而形成粗化层。形成的粗化层越来越难被揭穿，因此冲刷效率也逐渐降低。小浪底水库运用期间，泺口床沙中径由0.082mm增大到0.22mm，利津由0.046mm增大到0.12mm，全河普遍增加2.25倍［3］。河床质粗化影响了洪水对河床的冲刷，只有当上游来水大到足以揭穿粗化层时，河床的冲刷效率才有可能进一步提高。当上游来水不能满足冲刷要求时，可采取相应的辅助措施，如加大泥沙扰动河段的范围、在难于冲刷的河段进行爆破等［5］方法提高冲刷效率。

3 结语

调水调沙是解决黄河泥沙问题的关键举措。调水调沙期间，泺口至利津河段河道冲刷明显，主槽被刷深，河道行洪能力增强，漫滩几率减小。但近几年资料表明，调水调沙时期冲刷效果并不理想，随着水库的淤积、库容损失的增加，尤其2014年以来北方持续干旱，汛限水位以上蓄水量持续偏少，使下游河道维持冲刷效果的难度越来越大，因此应进一步探索提高下游河道冲刷效率的方法，使调水调沙最大限度地发挥水沙调节的作用。

［1］苏运启，尚红霞，李勇，等.小浪底水库对水沙的调控及下游河道响应［J］.泥沙研究，2006（5）：28-32.

［2］付春兰，李庆银，王庆斌，等.小浪底水库调水调沙对黄河下游河道冲淤的影响分析［J］.水资源与水工程学报，2012，23（5）：173-175.

［3］陈建国，周文浩，孙高虎.黄河小浪底水库初期运用与下游河道冲淤的响应［J］.泥沙研究，2008（5）：1-8.

［4］陈建国，胡春宏，董占地，等.黄河下游河道平滩流量与造床流量的变化过程研究［J］.泥沙研究，2006（5）：10-16.

［5］张仰正，任汝信.黄河调水调沙对山东河段主槽冲淤变化的初步分析［J］.水利建设与管理，2006（5）：67-70.

The changes of erosion and siltation of Luokou to Lijin watercourse since the Xiaolangdi Reservoir

LIU Jun，YANG Zhao，BI Dong，BI Bo
（Yellow River Conservancy Commission Shandong Bureau of Hydrology and Water Resources，Jinan 250100，China）

According Xiaolangdi Reservoir 2002～2015 years of water and sediment regulation data，situation of erosion and siltation of watercourse of Luokou to Lijin was analyzed，that water and sediment regulation to make Luokou to Lijin river erosion significantly，the cross-sectional shape of the main channel to the sound development，bankfull discharge increased，flow capacity greatly enhanced，but in recent years，sediment regulation data show that river erosion weakened，erosion efficiency reduced，riverbed coarsening，the main channel flow capacity has been basically stable.

water and sediment regulation；erosion and siltation；flow capacity

TV211

B

1672-9900（2016）04-0005-04

2016-07-14

刘昀（1983-），女（汉族），山东齐河人，工程师，主要从事水文工作，（Tel）15288865362。