黄河小北干流漫滩洪水分析和预报方法探讨

李杨俊 郑雁芬 孙文娟 宁爱琴 柯桂英

摘要：在分析黄河小北干流河道特性、漫滩洪水水沙特点和演进规律以及平滩流量随来水来沙和河道冲淤变化情况的基础上，考虑小北干流宽浅河道的特点和漫滩洪水调蓄特征，用实测淤积断面资料和水位站资料建立了河道槽蓄关系，用“蓄率中线法”对漫滩洪水进行演算预报。对高含沙漫滩大洪水在滩地滞蓄淤积，洪量减小、洪峰曲线坦化的情况，建立了滞水滞沙处理模型。结果表明：1960年以来21场漫滩洪水的预报检验合格率为85.7%，对黄河“92·8”洪水和“%·8”洪水预报的确定性系数分别为0.87，0.93，洪峰流量预报精度分别为86.5%，96.3%.

关键词：预报方法；漫滩；水沙特性；洪水；小北干流；黄河

中图分类号：P332；TV122；TV882.1 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2018.03.002

黄河小北干流（龙门至潼关河段）是典型的宽浅游荡型河道，区间集水面积为184 589km2，河段长132.5km，河床纵比降为0.03%一0.06%。黄河从龙门水文站下游约1.5km的禹门口卡口出山陕峡谷人小北干流，河道骤然展宽，由约130 m展宽到3km左右，最宽处可达19km，河道宽浅，水流散乱，沙洲密布，冲淤变化剧烈，素有“三十年河东、三十年河西”之称。1986年以来，小北干流河道淤积不断增加，河道萎缩严重，平滩流量不断减小，洪水漫滩概率增大。洪水漫滩后，洪峰削减率增大，传播时间延长，给洪水预报工作带来了较大的困难。本文在分析小北干流河道情况和漫滩洪水特性的基础上，对预报方法进行了探讨，以期为提高漫滩大洪水的预报精度提供技术支撑。1河道平滩流量变化情况

龙门一潼关河段属于三门峡库区，该河段平滩流量的变化与三门峡水库运用、河道冲淤、潼关高程等关系密切。三门峡水库运用初期以蓄水运用为主，库区河道严重淤积，小北干流平滩流量由建库前的13 000m3/s左右骤减到到1966年汛前的4 000m3/s。三门峡水库在1965-1973年先后经历二次大的改建，增大了泄流规模，加之敞泄排沙运用，到1973年10月实行“蓄清排浑”运用前，水库库容恢复到50亿一60亿m3，河道平滩流量增大到10 000m3/s左右（见图1）。

三门峡水库实行“蓄清排浑”控制运用后，1974-1985年龙门站年均来水量303.3亿m3，比多年（1950-2010年，下同）均值[]增大11.4%；年均来沙量6.14亿t，比多年均值减小15.8%。可见，该时段小北干流属丰水枯沙系列年，水沙条件有利，小北干流累计冲刷0.1538亿m3。河道平滩流量为9000一13 500m3/s。

1986-2003年龙门站年均来水221.3亿m3，比多年均值偏小18.6%；年均來沙5.76亿t，较多年均值偏小21.0%，属枯水枯沙系列年，年均含沙量为26 kg/m，，比控制运用后（1974-1985年）增大6 kg/m，，来水来沙条件不利。该时段小北干流累计淤积7.025亿m3，河道淤积萎缩严重，主槽过洪能力显著减弱。到2003年汛前，小北干流平滩流量减小到2 600m3/s。2003年7月31日龙门站洪峰流量7 340m3/s的洪水经小北干流漫滩滞蓄，到潼关站时洪峰流量仅为2 110m3/s，洪峰削减率达73.3%，洪峰传播时间30.1 h，较未漫滩洪水的传播时间增加10 h以上。

2004-2015年小北干流虽然出现连续枯水枯沙年份，但是来水来沙条件较为有利，龙门站年均水量较多年均值偏小约30%，而年均沙量较多年均值偏小约70%，沙量的减小比例大于水量的，水沙组合有利。加之黄委从2004年汛期开始在小北干流连伯滩实施放淤原型观测试验、从2002年11月开始三门峡水库蓄水位按不超过318 m控制运用、从2007年开始开展利用桃汛洪水冲刷降低潼关高程试验，这些措施使小北干流河道2004-2015年累计冲刷1.346亿m3，河道平滩流量由2003年汛前的2 600m3/s增大到2015年汛前的5 010m3/s（见图1），河道萎缩状况比前期有所改善。

三门峡水库在1973年10月控制运用前，小北干流平滩流量受水库蓄水淤积影响较大；三门峡水库控制运用后，小北干流平滩流量变化主要由来水来沙条件决定。目前，由于来水来沙条件有利，加之小北干流放淤试验和利用桃汛洪水冲刷降低潼关高程等举措，小北干流河道淤积萎缩状况有所改善，但河道萎缩仍较严重，因此分析小北干流漫滩洪水的水沙特性和演进规律，探讨漫滩洪水预报方法，对防汛和三门峡水库防洪调度运用具有重要作用。2漫滩洪水特性分析

小北干流河道平面面积约为1 107km2，其中滩地面积为696km2，占河道总面积的63%，主槽面积仅占37%。洪水漫滩后，由于小北干流滩地糙率为0.020-0.032，主槽糙率为0.010一0.012[]，加之滩地水草丛生、凸凹不平，因此上滩洪水受到的阻力加大，流速减小，泥沙大量淤积，使洪水过程总量减小，洪峰曲线坦化，传播时间延长。洪峰削减率K、滩地滞水滞沙量等。

2.1漫滩洪水洪峰削减情况分析

从三门峡水库1960年蓄水运用以来（1960-2015年），小北干流出现21场较为明显的漫滩洪水过程，从洪峰的削减情况看，最大削峰率为73.3%，最小削峰率为22.00/c （1977年“揭河底”冲刷除外），平均削峰率为40.3%，比未漫滩的一般洪水削峰率大10%一15%，见表1。

从实测漫滩洪水资料分析可知，洪峰削减率K不仅与漫滩程度有关，还与龙门站洪峰流量的大小、洪峰曲线的“胖瘦”等有关。为此建立了反映洪水漫滩程度的综合参数——漫溢系数y，计算公式为式中：叽为漫滩水量（龙门站流量大于平滩流量时对应的水量）；W平为平滩水量；叭为龙门站水量。

在龙门站水量一定的条件下，y值愈大漫滩水量愈大，洪峰削减率愈大，y=0时为槽流量。由漫溢系数与洪峰削减率之间的关系（见图2）可知，洪水的漫溢系数（即漫滩程度）越大，洪峰削减率越大。y=0时的洪峰削减率约为20%。由表1和图2可知，漫滩洪水的削减率总体上随着洪峰涨率刀的增大而增大。2.2漫滩洪水演进过程水沙量变化分析

从表2可见，漫滩洪水在小北干流演进过程中，滩地滞水滞沙，泥沙淤积，洪水过程径流总量平均减少15.8%，输沙总量减小45%，减少的输沙量换算为体积（干容重取1.5t/m，），约占径流总量的8%。洪水漫溢到滩地的水沙量（大于平滩流量的水沙量）越大，洪水过程径流总量的损失量越大。洪水过程输沙量s，与输沙量减小量OS，的关系见图3。

由图3可知，漫滩洪水输沙量越大，漫滩后淤积减少的沙量也越大。同时，洪水漫溢出主槽的水沙量越大，淤积减少的输沙量也越大。由资料求得一次洪水滞沙量OS，与洪水输沙量S，、漫滩沙量义（Q龙>Q平时对应的输沙量）之间的综合关系：

△s，=a，Sw+a sr2 }+R=（a，+azy）Sw+R（2）式中：a，.az为系数，分别取0.306，0.575；P为常数，此处取O；y=0时孔=0。

3.5预报成果的检验和评定

对1960年三门峡水库建成运用以来小北干流出现的21次漫滩洪水进行评定和检验，洪水过程预报检验合格率为85.7%。对典型的黄河" 92·8..洪水和“96·8”漫滩大洪水进行检验，洪水過程预报精度（确定性系数[4]）分别为0.87、0.93，洪峰流量预报精度分别为86.5%和96.3%（见图4）。可以看出，该预报方法对小北干流漫滩大洪水的预报具有重要的参考价值。

4 结语

通过对小北干流河道情况和漫滩洪水特性、演进规律、冲淤变化等进行分析，用实测淤积断面资料和水位站资料建立了河道的槽蓄关系，用“蓄率中线法”对漫滩洪水进行调洪演算预报，收到了良好的预报效果。对高含沙漫滩大洪水，在滩地水量滞蓄、泥沙淤积使得洪水径流总量减小的情况下，建立滞水滞沙处理模型，提高了漫滩洪水预报精度。需要指出的是，该漫滩洪水预报方法还需不断完善，以适应不同的河道情况和洪水特性。

参考文献：

[1]和晓应，屠新武，郭相秦，等.水情工作手册[Z].三门峡：黄河水利委员会三门峡库区水文水资源局，2013：2-7.

[2]程龙渊，刘栓明，肖俊发，等.三门峡库区水文泥沙实验研究[J].郑州：黄河水利出版社，1999：113-123.

[3]庄一鸽，林三益.水文预报[M].北京：水利电力出版社，1986：92-114.

[4]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.水文情报预报规范：GB/T 22482-2008[S].北京：中国标准出版社，2008：5-9.