小浪底水库运用初期黄河下游河道冲刷特征分析*

(1.小开河引黄灌溉管理局，山东 滨州 256600； 2.黄河河口管理局，山东 东营 257091; 3.中国水利水电科学研究院，北京 100048)

1 前 言

黄河是中华民族的母亲河，也是世界上最为复杂难治的河流。黄河干流河道全长5464km，流域面积79.5km2。黄河具有善淤、善决、善徙的特征，其安危始终是中华民族的心腹之患。在长期治理黄河的实践中，许多学者提出和实践过多种设想和对策。治河思想是一定历史条件下的产物，随着自然环境的变化和黄河水沙关系的改变，治河思想也相应发生变化。1999年10月，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，研究小浪底水库运用初期的黄河下游河床冲淤演变特征，可以及时掌控小浪底水库运用后的防洪形势，不断完善小浪底水库运用方式，是进一步黄河治理和可持续开发的基础[1]。本文在分析小浪底水库运用初期(2000—2015年)黄河下游水沙特征的基础上，研究了相应时期黄河下游河道冲刷特征，试图为小浪底水库运用后的下游河道治理提供科技支撑。

2 小浪底水库运用初期黄河下游水沙特征

2.1 年际水沙特征

小浪底水库运用初期(2000—2015年)，年均进入下游水量223.10亿m3，较多年均值偏少44%，年均进入下游沙量0.648亿t，较多年均值偏少94%，属于枯水枯沙系列。其中汛期平均水沙量分别为82.10亿m3和0.63亿t，较多年同期均值分别偏少62%和94%。年平均含沙量2.9kg/m3，汛期平均含沙量7.7kg/m3，与多年年均值(29kg/m3)和多年汛期均值(48kg/m3)相比，大幅度减少。

2.2 汛期洪水特征

小浪底水库运用初期(2000—2015年)，汛期下游水流过程以1000m3/s流量级以下的小流量为主。汛期花园口小于500m3/s流量级的历时为49.7d；500～1000m3/s流量级历时为51d。小浪底水库运用初期(1999—2015年)，花园口洪峰流量大于2000m3/s的洪水仅16场，年平均仅2.4场，较多年平均偏少60%；没有洪峰流量大于4000m3/s的洪水，多年平均3.6场，洪水场次明显偏少。7年中花园口最大洪峰仅3970m3/s，洪峰流量明显减小[2]。

2.3 入海水沙特征

小浪底水库运用初期(2000—2015年)，年均入海(利津站)水量131.85亿m3，较多年均值偏少59%，年均入海沙量1.562亿t，较多年均值偏少81%，也属于枯水枯沙系列。其中汛期平均水沙量分别为68.69亿m3和1.062亿t，较多年均值分别偏少66%和85%。年平均含沙量11.5kg/m3，汛期平均含沙量15.5kg/m3，与多年年均值(25kg/m3)和多年汛期均值(35kg/m3)相比，大幅度减少。

3 小浪底水库运用初期黄河下游河道冲刷特征分析

3.1 河道冲刷年际变化特征

小浪底水库运用初期(2000—2015年)，水库除调水调沙和洪水期间外，以下泄清水为主，下游河道全程持续冲刷，河道淤积萎缩的局面得到有效遏制[3]。根据实测大断面资料计算，16年下游累计冲刷量为8.895亿m3，其中汛期冲刷量为5.993亿m3，占全年冲刷量的67%，14次调水调沙冲刷1.954亿m3，占汛期冲刷量的33%。16年中，除2002年调水调沙期间滩地淤积0.477亿m3外，其余冲淤均发生在河槽。16年中，主槽累计冲刷量为9.373亿m3，其中汛期占69%。从年际冲刷量看，2003年冲刷量最大，为2.62亿m3，占16年总冲刷量的29%；2000—2002年3年冲刷相对较少，均在0.8亿m3左右，3年合计占冲刷总量的26%。

3.2 河道冲刷沿程变化特征

小浪底水库运用初期(2000—2015年)，黄河下游河道实现全程冲刷。从冲刷量沿程分布看，全年呈现出两头大中间小的特点。其中高村以上河段冲刷量占冲刷总量的78%，泺口—利津河段占冲刷总量的9%；孙口—艾山和艾山—泺口河段冲刷量仅占冲刷总量的3%～4%。非汛期孙口以上沿程冲刷量逐渐减少，冲刷主要在夹河滩以上，其冲刷量为3.133亿m3，孙口以下沿程淤积量逐渐增加，泺口—利津河段淤积量达0.368亿m3。汛期全程冲刷，冲刷量与年冲刷量表现一样，也呈现出两头大中间小的特点。花园口—夹河滩河段主槽持续累计冲刷3.267亿m3，占全下游主槽冲刷量的35%，是下游冲刷量最多的河段；孙口—艾山河段主槽累计冲刷0.304亿m3，占全下游主槽冲刷量的3%，是下游冲刷量最小的河段[4]，参见下图。

黄河下游河道2000—2015年冲刷沿程变化特征图

3.3 河道冲刷发展过程

小浪底水库运用初期(2000—2015年)，黄河下游河道沿程冲刷随着时间的推移不断向下游发展。从冲刷发展过程看，2000年为小浪底水库运用后的第一年，夹河滩以上河段发生冲刷，夹河滩以下均发生淤积。2001年冲刷发展到高村，高村以下河段处于微淤状态。2002年由于调水调沙冲刷集中在两头，即高村以上和泺口以下两个河段，高村—泺口河段发生淤积，主要是因为该河段在洪水期发生漫滩，部分泥沙落淤到滩地上。2003年由于调水调沙和秋汛期洪水持续冲刷，基本上达到全程冲刷。2004—2015年，全下游各河段均发生冲刷，且均以孙口—艾山河段的冲刷量为最小。2015年冲刷主要集中在孙口以上和泺口以下河段，孙口—艾山基本冲淤平衡，艾山—泺口河段发生淤积；初步分析认为，孙口以下河段没有发生冲刷，甚至发生淤积，主要是由于汛期水量少，特别是洪水的量级很小，只有调水调沙的平均流量在3000m3/s以上，其他洪水的平均流量均在1500m3/s以下。

3.4 洪水期河道冲刷特征

小浪底水库运用初期(2000—2015年)，黄河下游花园口洪峰流量大于2000m3/s的16场洪水中，花园口水量占16年总水量28%，沙量占16年沙量的59%，历时占16年总历时的10%，利津以上冲淤量占16年总冲刷量的42%。各河段洪水冲刷量占相应河段的冲刷比例分别为花园口以上37%、花园口—夹河滩20%、夹河滩—高村36%、高村—孙口97%、孙口—艾山243%、艾山—利津29%(见右表)。由于部分洪水期间没有考虑引沙，实际冲淤量可能更大。高村—艾山河段冲刷主要发生在洪水期间，洪水冲刷量占相应河段的冲刷量比例超过95%，特别是孙口—艾山河段达到243%。高村—孙口和孙口—艾山河段14次调水调沙冲刷量分别占相应河段的45%和94%。高村—艾山河段主要依靠洪水冲刷[5]。

16场洪水冲刷量占相应河段总冲刷量的比例表

4 结 论

小浪底水库运用初期(2000—2015年)，黄河流域历经枯水少沙系列年，大洪水较少，仅2003年秋汛期水量较为丰沛。这16年来小浪底水库运用以蓄水拦沙为主，期间进行14次调水调沙试验，绝大多数中粗泥沙拦在库里，进入黄河下游的泥沙明显减少，一般情况下，小浪底水库下泄清水，洪水期间水库以异重流为主排出细泥沙，从而使得下游河道发生持续的冲刷，河道淤积萎缩的局面得到有效遏制。根据实测大断面资料计算，16年下游累计冲刷量为8.895亿m3，其中汛期冲刷量为5.993亿m3，占全年冲刷量的67%，14次调水调沙冲刷1.954亿m3，占汛期冲刷量的33%。2000—2015年的16年中，除2002年调水调沙期间滩地淤积0.477亿m3外，其余冲淤均发生在河槽。

[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.

[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.

[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.

[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.