謝學(xué)東，趙文榮，謝 濤，張 健，楊桂珍

（黃河水利委員會(huì)寧蒙水文水資源局，內(nèi)蒙古包頭014030）

黃河河床演變是挾沙水流與可動(dòng)性河床相互作用、相互制約下產(chǎn)生的不停頓的變形運(yùn)動(dòng)，河勢(shì)變化主要受河道條件和來(lái)水來(lái)沙條件影響，而人類活動(dòng)對(duì)河道演變的影響日益顯著。目前，黃河水沙條件與天然狀態(tài)下有很大不同，主要表現(xiàn)為水利樞紐巨大的徑流、泥沙調(diào)蓄能力較大程度上改變了黃河的水沙特性及河道演變規(guī)律；下游河道普遍處于淤積狀態(tài)，河床不斷抬高等［1-3］。在龍羊峽水庫(kù)等一系列干流水利工程投入運(yùn)行以后，水沙條件發(fā)生改變，黃河內(nèi)蒙古河段河道主槽淤積嚴(yán)重，斷面面積日趨減?。?］。由于河床淤積，因此同流量水位升高，河道過流能力降低。據(jù)實(shí)測(cè)資料，2003年汛期巴彥高勒水文站流量1 360 m3/s時(shí)的水位超過“81·9”洪水最大流量5 290 m3/s時(shí)相應(yīng)水位0.09 m，斷面過流能力僅為“81·9”洪水的23.5%。本文通過分析巴彥高勒水文站斷面形態(tài)、同水位斷面面積、平灘流量等變化，分析河床的沖淤演變及現(xiàn)狀斷面條件下的過流能力。

1 測(cè)驗(yàn)河段概況

黃河巴彥高勒水文站位于內(nèi)蒙古巴彥淖爾市磴口縣巴彥高勒鎮(zhèn)北糧臺(tái)村，至河口距離為2 523 km，集水面積為31.4萬(wàn)km2，是河套灌區(qū)重要的水沙控制站。測(cè)驗(yàn)河段基本順直，長(zhǎng)約1 000 m，為沙質(zhì)河床，單式斷面?；舅邤嗝嫖挥邳S河三盛公水利樞紐閘下400 m處，測(cè)流斷面位于基本水尺斷面上游23 m處。受工程調(diào)節(jié)影響，斷面水位、流量變化頻繁、變幅大，水位—流量關(guān)系呈多條臨時(shí)曲線。同時(shí)，受三盛公水利樞紐開啟閘孔位置不同的影響，主流時(shí)有變化，多數(shù)靠左岸。

巴彥高勒水文站洪水主要來(lái)自黃河干流蘭州以上，其特點(diǎn)是歷時(shí)長(zhǎng)、漲落緩慢、峰型矮胖，多發(fā)生在7—9月。泥沙主要來(lái)自斷面以上干支流及三盛公水利樞紐排沙。自2014年上游87 km處的海勃灣水利樞紐投入運(yùn)行以來(lái)，斷面含沙量明顯減小，年內(nèi)含沙量多在3 kg/m3以下。

巴彥高勒水文站測(cè)驗(yàn)河段河床沖淤變幅大，年內(nèi)變化一般表現(xiàn)為封河期淤積、開河期沖刷，汛期沖刷、汛后至次年封河期淤積；洪水過程沖淤變化不定，一般表現(xiàn)為漲沖落淤或漲淤落沖。

2 沖淤演變規(guī)律

2.1 斷面形態(tài)變化

由巴彥高勒水文站斷面1973—2017年汛前大斷面套繪圖（見圖1）可知，斷面主流靠左，沖淤變化主要發(fā)生在主槽，排除人為因素影響，左右岸變化較小。歷年斷面沖淤變化規(guī)律不明顯，這主要與上游來(lái)水大小和三盛公水利樞紐閘門開啟位置有關(guān)。1973—2006年斷面呈逐漸淤積趨勢(shì)，其中1992—2006年深泓點(diǎn)淤高了2 m，河寬相應(yīng)減小。2006—2012年汛前斷面時(shí)沖時(shí)淤，總體呈淤積趨勢(shì)，淤積幅度及速度均較小；2012年及2014年汛期斷面發(fā)生較大沖刷，2015年汛后斷面開始逐漸回淤。起點(diǎn)距50～300 m的主槽部分，2015年沖刷最深，2017年淤積最高。

圖1 不同年份巴彥高勒水文站汛前斷面變化情況

2.2 斷面沖淤變化

巴彥高勒水文站測(cè)驗(yàn)河段河床由粉沙組成。暢流期三盛公水利樞紐壓閘蓄水，上游來(lái)沙大量淤積在水庫(kù)，流凌前閘門提空，庫(kù)區(qū)泥沙開始下泄，整個(gè)封凍期斷面處于淤積狀態(tài)，待開河時(shí)斷面淤積達(dá)到最大。開河后主槽開始沖刷，灘地沖刷很少，大洪水到來(lái)后，整個(gè)斷面河床才開始普遍沖刷，洪水過程中沖刷達(dá)到最大，洪水過后又開始逐漸淤積。套繪汛前、汛后斷面變幅較大的2012年、2014年斷面圖（見圖2）可見洪水期漲沖落淤的規(guī)律。其中：2012年汛后（水位1 052.00 m）較汛前河道沖刷面積590 m2增大51.8%；2014年汛后（水位1 052.00 m）較汛前沖刷面積721 m2增大77.3%，可見洪水對(duì)斷面沖淤變化影響較大。

2.3 同水位斷面面積變化

由巴彥高勒水文站水位1 052.00 m以下歷年汛前、汛后斷面面積變化過程（見圖3）可知，在汛前面積系列（1992—2018年）中，1992—2006年斷面面積總體呈減小趨勢(shì)，2007—2012年總體呈增大趨勢(shì)，以后年份除2015年顯著偏大外，其他年份趨于減小。2015年汛前面積較其他年份偏大的原因是2014年汛期發(fā)生較大沖刷、封河期流量較往年偏大，且受海勃灣水利樞紐影響，斷面含沙量減小，回淤較少。在汛后面積系列（2009—2017年）中，2009—2015年總體趨勢(shì)較為穩(wěn)定，但年際間有一定的變幅，2015年后面積顯著減小。此外，2011年汛后面積增大最多，2017年汛后增大最少（2015年除外）。汛后斷面面積增幅與汛期洪水沖刷及含沙量大小有關(guān)。

圖2 典型年汛前、汛后大斷面變化情況

圖3 巴彥高勒斷面歷年汛前汛后水位1 052.00 m以下斷面面積變化情況

2.4 平灘流量變化

平灘流量反映了沖積河流河床形態(tài)與來(lái)水量、來(lái)沙量及其年內(nèi)、年際變化之間的一種平衡關(guān)系，是河流自動(dòng)調(diào)整過程的一種結(jié)果［5-6］。河水漫灘后，一是給水文測(cè)驗(yàn)工作帶來(lái)困難，二是給防汛工作造成了隱患。本文采用巴彥高勒水文站1972—2017年逐年汛后斷面水位與灘唇高程齊平時(shí)的相應(yīng)流量作為該年的平灘流量，點(diǎn)繪平灘流量的變化過程（見圖4）。由圖4可見，20世紀(jì)90年代以前，巴彥高勒斷面平灘流量為4 000～5 500 m3/s；20世紀(jì)90年以來(lái)平灘流量持續(xù)減小，不考慮已建河流整治工程，目前巴彥高勒斷面汛期的平灘流量為1 300～1 500 m3/s。

圖4 巴彥高勒斷面歷年平灘流量變化情況

3 過流能力分析

3.1 典型年水位流量關(guān)系線分析

由圖5可以看出，目前巴彥高勒斷面過流能力遠(yuǎn)不如1981年。盡管經(jīng)2012年、2014年汛期洪水沖刷，同流量水位略有下降，但2014年以后斷面又開始回淤。

圖5 巴彥高勒站歷年汛期水位—流量關(guān)系

經(jīng)統(tǒng)計(jì)：①與1981年相比，2012年同流量（2 500 m3/s）水位抬高約1.06 m；②與2012年相比，2017年同流量（1 000 m3/s）水位抬高約0.30 m；③與1981年漲水段比，2012年汛期同水位（1 052.00 m）過流能力為1981年的46.9%；④2017年、2012年及1981年落水段同水位（1 051.00 m）流量分別為830、1 120、3 110 m3/s，2017年過流能力為2012年的74.1%，為1981年的26.7%。

3.2 2018年高水報(bào)汛曲線繪制

分別用水位面積及水位流速關(guān)系曲線法、水力學(xué)公式法、參照鄰近年份曲線趨勢(shì)延長(zhǎng)法繪制巴彥高勒水文站2018年高水報(bào)汛曲線。因巴彥高勒斷面在洪水過程中沖淤變化較劇烈，故前兩種方法均不能完全適應(yīng)測(cè)站特性，效果較差。將1981年、2012年和2017年汛期水位流量關(guān)系曲線套繪在一起（見圖6）。參考1981年的關(guān)系線，對(duì)2012年的關(guān)系線在水位1 052.21 m以上的部分作高水延長(zhǎng)后可看出，這兩個(gè)年份關(guān)系線的變化趨勢(shì)基本相似。2017年最大流量?jī)H為1 220 m3/s，根據(jù)圖6來(lái)看，若流量再上漲后，則關(guān)系曲線基本與2012年的曲線重合，證明2017年水位流量關(guān)系與2012年的變化趨勢(shì)基本相似。

2018年汛前斷面與2017年汛前斷面基本相似。依據(jù)2017年流量1 220 m3/s以下的水位流量關(guān)系曲線和2012年流量1 220 m3/s以上的水位流量關(guān)系曲線分析，2017年若流量再上漲的話，則關(guān)系線基本與2012年重合。根據(jù)這些情況，繪制了高水報(bào)汛曲線（見圖6），以此來(lái)估算2018年巴彥高勒斷面的過流能力。

圖6 巴彥高勒站2018年高水報(bào)汛曲線

3.3 2018年巴彥高勒斷面過流能力

根據(jù)圖6估算出2018年巴彥高勒斷面不同水位下的過流能力，見表1。

表1 巴彥高勒站2018年斷面過流能力

4 結(jié) 語(yǔ)

（1）巴彥高勒水文測(cè)驗(yàn)河段為沙質(zhì)河床，沖淤變化較大且主要發(fā)生在主槽，沖淤變化規(guī)律不明顯，主要與上游來(lái)水大小和三盛公水利樞紐各閘門開啟位置有關(guān)。年內(nèi)變化一般表現(xiàn)為封河期淤積、開河期沖刷，汛期沖刷、汛后至次年封河期淤積。

（2）巴彥高勒斷面同水位斷面面積、平灘流量、過流能力均隨水沙條件的變化呈明顯減小趨勢(shì)。自1981年以來(lái)河床淤積嚴(yán)重，目前斷面過流能力遠(yuǎn)不如1981年。與1981年漲水段比，2012年汛期同水位過流能力為1981年的46.9%，2017年汛期同水位過流能力為2012年的74.1%，為1981年落水段的26.7%。

（3）在編制巴彥高勒水文站洪水預(yù)報(bào)方案和繪制高水報(bào)汛曲線時(shí)，既要考慮河床當(dāng)前的淤積狀況，也要考慮洪水過程中的沖刷情況，參照鄰近年份曲線趨勢(shì)延長(zhǎng)法繪制的高水報(bào)汛曲線及過流能力更接近該站的實(shí)際情況。