滕 凱

（齊齊哈爾市水務(wù)局，黑龍江 齊齊哈爾161006）

1 基本情況

尼爾基水庫(kù)位于嫩江上游與中游交界處的干流之上，距下游的齊齊哈爾市189km，于2006年完工并投入運(yùn)行，壩址以上流域面積6.64萬(wàn)km2，占嫩江流域總面積的22.4%，多年平均徑流量104.7億m3，占嫩江流域的45.7%。水庫(kù)正常蓄水位216.00m，設(shè)計(jì)洪水位218.15m，校核洪水位219.90m，汛限水位213.37m，總庫(kù)容86.1億m3。該工程以防洪、城鎮(zhèn)供水為主。

2013年6月至8月嫩江流域連續(xù)出現(xiàn)強(qiáng)降雨天氣，嫩江干流及其主要支流先后發(fā)生大洪水［1］。7月27日8時(shí)，尼爾基水庫(kù)水位上漲至214.08m，超汛限水位0.71m，27日14時(shí)水庫(kù)開(kāi)始泄洪，出庫(kù)流量1600m3/s，到8月12日14時(shí)，庫(kù)水位已達(dá)到215.73m，最大入庫(kù)流量達(dá)9440m3/s，超50年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，出庫(kù)流量增大到5500m3/s。與此同時(shí)，水庫(kù)以下的諾敏河、阿倫河、訥謨爾河、烏裕爾河、雅魯河及綽爾河等支流也相繼在8月13日至15日發(fā)生15～30年一遇大洪水，經(jīng)與水庫(kù)下泄流量組合后，致使干流中下游江段全線(xiàn)發(fā)生20年一遇大洪水。

同盟水文站8月14日3時(shí)出現(xiàn)最高水文170.40m，洪峰流量8760m3/s；8月16日8時(shí)富拉爾基水文站出現(xiàn)最高水文145.79m，洪峰流量8450m3/s。

2 洪水特點(diǎn)

2.1 高水位持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)

當(dāng)水庫(kù)上游發(fā)生大洪水時(shí)，由于水庫(kù)的調(diào)控作用，其入庫(kù)洪水過(guò)程線(xiàn)與出庫(kù)泄水過(guò)程線(xiàn)具有如下關(guān)系［2］：

式中 Q入、Q泄分別為入庫(kù)及出庫(kù)的最大洪峰流量（m3/s）；、分別為與入庫(kù)及出庫(kù)洪水平均流量相對(duì)應(yīng)的時(shí)段長(zhǎng)（h）。

由于水庫(kù)下泄洪水過(guò)程的平緩及總歷時(shí)的延長(zhǎng)，因此當(dāng)水庫(kù)下游支流洪水與下泄流量過(guò)程組合后將使下游干流洪水的高水位持續(xù)時(shí)間增長(zhǎng)，或出現(xiàn)高水位情況下的多峰現(xiàn)象。

Q～△T2013，1998，1988年洪水關(guān)系曲線(xiàn)，如圖1。

圖1 2013，1998，1988年洪水Q～△T關(guān)系曲線(xiàn)

圖1為齊齊哈爾水位站1988［3］，1998［4］，2013年3次大洪水的實(shí)測(cè)洪水流量過(guò)程線(xiàn)。其中2013年洪水（相當(dāng)于20年一遇）出現(xiàn)最高水位（148.65～148.68m）的時(shí)間為8月15日11時(shí)至17日5時(shí)，持續(xù)時(shí)間達(dá)42h，分別為本站1998年（大于100年一遇，高水位149.27～149.30m）和1988年（小于20年一遇，高水位148.45～148.48m）大洪水高水位持續(xù)時(shí)間的1.7和5.3倍。究其原因主要是尼爾基水庫(kù)泄水自2013年8月12日10時(shí)至19日12時(shí)一直維持在5500m3/s左右，使水庫(kù)下游干流河道保持了比較穩(wěn)定的高水位過(guò)程，而在水庫(kù)至齊齊哈爾水位站之間的諾敏河古城子水文站、訥謨爾河訥河水位站、阿倫河那吉水文站分別在8月13日13時(shí)、14日9時(shí)、13日2時(shí)出現(xiàn)洪峰流量，這些支流洪峰與干流洪水（水庫(kù)泄水）構(gòu)成了小錯(cuò)峰疊加組合，從而形成了齊齊哈爾水位站高水位持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)這一顯著特點(diǎn)。同理可見(jiàn)，當(dāng)上述各支流洪水洪峰出現(xiàn)的相隔時(shí)間較大時(shí)，下游齊齊哈爾水位站將發(fā)生高水位情況下的多峰洪水。

2.2 水位流量關(guān)系復(fù)雜

2.2.1 曲線(xiàn)類(lèi)型變化突出

在河道洪水的漲落過(guò)程中，對(duì)于同一個(gè)過(guò)水?dāng)嗝?，由于洪水漲落時(shí)的水面比降不同，即漲水時(shí)的水面比降i大于同水位穩(wěn)定流情況下的水面比降i0，落水時(shí)的水面比降i′小于同水位穩(wěn)定流情況下的水面比降i0，因此，當(dāng)漲水與落水為同一個(gè)流量級(jí)時(shí)，對(duì)應(yīng)于落水時(shí)的水位大于漲水時(shí)的水位，體現(xiàn)在水位流量關(guān)系的特征即為逆時(shí)針的繩套形曲線(xiàn)。

圖2為富拉爾基站上游無(wú)水庫(kù)調(diào)節(jié)情況下1988年大洪水的水位流量關(guān)系曲線(xiàn)，呈逆時(shí)針繩套形。

圖2 1988年洪水Q～H關(guān)系曲線(xiàn)

當(dāng)干流上游為水庫(kù)泄洪時(shí)，由于較高的庫(kù)水位使泄入下游的水體具有較大的勢(shì)能，雖經(jīng)消能工程可以消除大部分能量，但所剩余能仍將對(duì)下游河道水勢(shì)產(chǎn)生較大影響。因此，在水庫(kù)下游河道一定區(qū)段內(nèi)，河道的水位流量關(guān)系將隨之發(fā)生變化。

由于河道水流運(yùn)動(dòng)屬三維非恒定流問(wèn)題，為簡(jiǎn)化分析過(guò)程，假定在一定區(qū)段內(nèi)，其水流過(guò)程符合恒定漸變流條件，采用能量法進(jìn)行分析，其基本方程為［5］：

式中 H、h分別為水庫(kù)大壩上、下游斷面的水位（m）；α1、α2分別為水庫(kù)大壩上、下游斷面的動(dòng)能修正系數(shù)；v1、v2分別為水庫(kù)大壩上、下游斷面的平均流速（m/s）；Ej、Ey分別為水庫(kù)大壩上、下游斷面之間的局部及沿程能量損失（m）。

在式（2）中，應(yīng)v1一般較小，可近似取為≈0，經(jīng)整理可得，庫(kù)下游河道斷面的總有效能量E為：

式（3）中的H一般與水庫(kù)的汛期調(diào)度有關(guān)，通常情況下，在水庫(kù)下泄流量Q泄增大期間，庫(kù)水位H或緩慢上升或保持不變，而當(dāng)下泄流量逐漸減小時(shí)，H或保持不變或小幅回落。

圖3 尼爾基水庫(kù)2013年Q～△TH～△T關(guān)系曲線(xiàn)

圖3為尼爾基水庫(kù)2013年大洪水期間的Q泄～△T及H～△T關(guān)系曲線(xiàn)（△T為泄水過(guò)程時(shí)段）。在Q泄～△T關(guān)系曲線(xiàn)上分別選取Q泄?jié)q=Q泄落（Q泄?jié)q，Q泄落分別為Q泄～△T曲線(xiàn)上加大和減小泄水時(shí)段內(nèi)的流量，m3/s），并分別查得與Q泄?jié)q及Q泄落相對(duì)應(yīng)的庫(kù)水位H1和H2，因H1h2（h1、h2分別為與Q泄?jié)q及Q泄落相對(duì)應(yīng)的下游河道斷面過(guò)水水深，m），體現(xiàn)在水位流量關(guān)系曲線(xiàn)圖形即為順時(shí)針的繩套型曲線(xiàn)。

當(dāng)水庫(kù)的下泄流量較小時(shí)，盡管當(dāng)Q泄?jié)q=Q泄落時(shí)有可能存在H2>H1，但由于下泄流量占下游河道總流量的比例較小（支流匯入流量相對(duì)較大），下泄水體的有效剩余能量E較小，僅對(duì)水庫(kù)下游有限范圍內(nèi)河道的水面比降產(chǎn)生影響，對(duì)距離水庫(kù)較遠(yuǎn)的齊齊哈爾水文站的過(guò)水?dāng)嗝嬉褵o(wú)影響，其水位流量關(guān)系已基本恢復(fù)自然形態(tài)，即曲線(xiàn)圖形由上部的順時(shí)針逐步過(guò)渡到常態(tài)的逆時(shí)針繩套型曲線(xiàn)。

2.2.2 曲線(xiàn)整體上移明顯

由式（2）～（3）可見(jiàn)，由于水庫(kù)下泄水體經(jīng)消能工消能后剩余能量的作用，在同一流量情況下，庫(kù)下河段水流總水頭將大于無(wú)水庫(kù)泄流自然流態(tài)情況下的總水頭。表1為嫩江干流中下游相關(guān)水文站在有尼爾基水庫(kù)調(diào)控（2013年洪水）及無(wú)水庫(kù)調(diào)控（1988、1998年洪水）情況下的同流量水位比較成果。

表1 1988，1998，2013年洪水同流量水位比較 單位：m

由表1可見(jiàn)，在同流量級(jí)情況下，尼爾基水庫(kù)調(diào)控的2013年嫩干中下游洪水水位較無(wú)水庫(kù)調(diào)控的1998及1988年洪水水位分別高0.09～0.19m，并且其差值越向下游越小。

2.3 河道沖淤變化加劇

由于上游水庫(kù)調(diào)控較大程度地改變了自然河道的行洪流態(tài)，下泄水體的殘余能量及相對(duì)較小的含沙量，將使水庫(kù)下游河道形成比較明顯的沖刷及落淤段。沖刷段主要為靠近水庫(kù)流速較大的局部河段，而落淤段主要位于沖刷段下游的較長(zhǎng)河段。根據(jù)汛后對(duì)尼爾基水庫(kù)下游局部河段的選點(diǎn)實(shí)測(cè)，在水庫(kù)下游70km范圍內(nèi)具有明顯的沖刷痕跡，其中河灘地的沖刷深度在0.05～0.1m之間，主槽的沖刷深度在0.1～0.4m之間。自水庫(kù)下70km至江橋水文站長(zhǎng)240km的河段內(nèi)具有明顯的落淤情況，其中河灘地的落淤厚度在0.01～0.03m之間，主槽除個(gè)別河段存在局部沖刷外，大部分河段灘地以落淤為主，落淤厚度在0.05～0.2m之間。

由沖刷河段沖起的泥沙主要通過(guò)推移質(zhì)和懸移質(zhì)隨水體流向下游，推移質(zhì)主要為粉細(xì)沙，多沉積在沖刷段下游河道灘地低流速區(qū)的坑塘內(nèi)。而懸移質(zhì)則按粒徑的大小由上游至下游有規(guī)律地分布于落淤河段，其落淤的主要區(qū)域?yàn)楹訛┑氐耐鈧?cè)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)2013年嫩江中下游洪水與無(wú)水庫(kù)調(diào)控下的1998，1988年大洪水的相關(guān)分析比較，獲得了水庫(kù)調(diào)控下嫩干中下游洪水的洪峰持續(xù)時(shí)間相對(duì)加長(zhǎng)、水位流量關(guān)系具有順時(shí)針繩套形、同量級(jí)流量下水位偏高及沖淤河段變化等主要結(jié)論，意在為下游地區(qū)的防汛工作提供有益的借鑒。

［1］齊齊哈爾市防汛指揮部辦公室.嫩江流域江河水情記錄資料匯編［R］.2014.

［2］雒文生，宋星原.工程水文及水利計(jì)算［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2010.

［3］黑龍江省水文總站.黑龍江流域水文資料（第四冊(cè)）嫩江區(qū)［R］.1990.

［4］齊齊哈爾市水文局.嫩江流域水文資料匯編［R］.2000.

［5］張志昌.水力［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2011.