2011—2013年黃河上游水沙關系分析

王平娃 魏健 王凡 劉永孝

摘 要：根據黃河上游各站輸沙量與多年平均值的差異，考慮干支流引水引沙、退水退沙等影響，分析了2011-2013年沙量平衡、洪峰流量、對應輸沙量等水文資料。結果表明：2011年沙量基本平衡，水沙基本匹配，2012年沙量不平衡，最大沙峰和洪峰不匹配，2013年沙量基本平衡，水沙較為匹配。

關鍵詞：水沙關系；沙量平衡；水沙搭配

1 概況

黃河，中國北部大河，全長約5464公里，流域面積約752443平方公里，是世界公認的含沙量最高的河流。上游河段年來沙量只占全河年來沙量的8%，水多沙少，是黃河上游水沙變化最為復雜、河道演變最劇烈的關鍵河段。黃河寧蒙河段共設有國家基本水文站10處，其中包含7個黃河干流水文站，3個渠道站。7個干流站中，下河沿水文站為黃河入境寧夏把口站、青銅峽為青銅峽水利水電樞紐壩下站、石嘴山為寧夏出口站，巴彥高勒站為黃河入境內蒙把口站，三盛公水利樞紐工程壩下站；頭道拐為內蒙出口站。由于三湖河口無顆分任務，包頭站于2014年新設，故本文中不做研究。

2 沙量分析

2.1寧蒙河段沙量分析

黃河干流輸沙量主要來自黃河安寧渡以上干支流。

2011年，安寧渡站年輸沙量1970萬t，較多年平均值偏少84%。黃河下河沿至頭道拐年輸沙量在2240萬t至4560萬t之間，青銅峽沙量最小，三湖河口最大。與多年平均值相比分別偏少76%、83%、68%、77%、55%和61%。

2012年，安寧渡年輸沙量6060萬t，比多年平均值少49%，黃河下河沿至頭道拐各站年輸沙量在4810萬t（磴口）至11100萬t（三湖河口）之間，下河沿、青銅峽、石嘴山、巴彥高勒、頭道拐年輸沙量與多年均值相比分別偏小33%、60%、37%、47%和25%，三湖河口偏多10%。

2013年，安寧渡站年輸沙量2780萬t，比多年平均值偏少77%，黃河下河沿至頭道拐年輸沙量在3040萬t至6190萬t之間，磴口沙量最小，三湖河口最大。

2.2沙量平衡對照分析

2011年，下河沿至青銅峽區間引排沙量主要是清水河退水和河西總干渠引水，引退水量基本相同，因此青銅峽上游合成沙量2380萬t與青銅峽平衡；青銅峽至石嘴山區間沒有明顯的來沙補給，苦水河最大為21.5萬t，石嘴山沙量較上游合成偏大1460萬t；磴口至巴彥高勒區間，由于總干渠引沙541萬t，導致巴彥高勒較上游合成沙量偏大590萬t；三湖河口至頭道拐區間引退水偏小，但由于三湖河口凌汛期開河流量偏大，沖刷帶來大量泥沙以及汛期來水來沙，導致三湖河口輸沙率明顯偏大；頭道拐受上游三湖河口影響，沙量與上游合成量基本平衡。

2012年，下河沿至青銅峽區間主要由七星渠、河西總干渠、河東總干渠引沙，清水河、紅柳溝退水退沙，引退沙基本相同，青銅峽與上游合成沙量基本平衡；青銅峽至石嘴山區間主要是苦水河退沙較大，其它5個排水溝較小，石嘴山較上游合成沙量偏大1800萬t，主要因為石嘴山5-10月份平均流量基本在981-2790 m3/s之間，大水攜帶大沙，使得石嘴山5-10月份平均輸沙率在1670-8000kg/s之間；三盛公水利樞紐的調節，使得磴口輸沙量明顯減少，磴口至巴彥高勒區間總干渠引沙較大，因此巴彥高勒較上游合成沙量偏大1730萬；三湖河口至頭道拐區間，汛期7-10月份平均流量在995-2370m3/s之間，大水攜大沙，使得三湖河口7-10月份平均輸沙率在3590-12900kg/s之間，三湖河口至頭道拐區間退沙均較小，因此頭道拐較上游合成沙量偏小3730萬t，沙量不平衡。

2013年，下河沿至青銅峽區間引水主要有七星渠、河東總干渠、河西總干渠，退水主要有清水河，泉眼山2013年輸沙量為1130萬t，引退沙基本相同，青銅峽和上游合成沙量對比基本平衡；青銅峽與石嘴山區間，沒有引沙，退沙也很小，苦水河稍大，郭家橋2013年退沙量為42萬t，但石嘴山較上游合成沙量偏大1660萬t，主要因為石嘴山6-10月份平均流量基本在1030-1330 m3/s之間，大水攜帶大沙，使得石嘴山6-10月份平均輸沙率在1520-3600kg/s之間；由于下游三盛公水利樞紐調節，使得磴口輸沙量明顯減少；磴口至巴彥高勒區間，有沈烏干渠、南干渠、總干渠引沙量877萬t，因此巴彥高勒較上游合成沙量偏少970萬t，與磴口站平衡；三湖河口至頭道拐區間，沒有引沙，退沙量也較小，罕臺川響沙灣較大，2013年退沙量為70.1萬t。總體來說，頭道拐與上游區間合成沙量基本平衡。

3 水沙搭配分析

水沙搭配是水利界常用的技術術語，用來描述水沙關系的好壞程度。水沙搭配指的是天然來水情況下水沙的組成情況亦或是人為干預下的水沙調配。

2011年，黃河上游寧蒙河段各干流站最大洪峰流量在1460m3/s（巴彥高勒）至1990m3/s（青銅峽（黃三）），洪水主要有凌汛開河、黃河安寧渡（二）站以上干流來水、本站上游水利工程調蓄形成。青銅峽（黃三）站年最大洪峰流量1990m3/s，出現在10月18日，下游石嘴山（二）站、磴口（二）站19、20日出現年最大洪峰流量1880m3/s、1570 m3/s，洪水傳播過程正常。黃河干流安寧渡（二）站年最大洪峰流量1630m3/s（7月6日）。受沙坡頭水利樞紐的影響，本區下河沿（黃二）站出現在9月10日，年最大洪峰流量1570m3/s，巴彥高勒、三湖河口站也出現年最大洪峰流量1460 m3/s、1660 m3/s，本次洪水是汛期7-9月份一場完整大洪峰過程。受三盛公水利樞紐影響，本次洪水未在下游站形成年最大洪峰流量。

上游安寧渡年最大日平均輸沙率為27900kg/s，發生在7月26日，此次沙峰傳播到下河沿為7月28日，下河沿年最大日平均輸沙率為12000 kg/s。由于青銅峽水庫10月份拉沙，青銅峽10月19日出現年最大為62900 kg/s；受青銅峽影響，石嘴山站10月20日出現年最大為8470 kg/s，此次沙峰沒有對下游造成年最大沙峰，受三盛公水利樞紐影響，磴口和巴彥高勒8月24日和20日出現年最大，三湖河口9月14日出現的最大流量的同時出現最大沙峰，頭道拐3月19日出現年最大流量，22日出現年最大沙峰9040 kg/s。

由此可見：各站洪峰與沙峰基本匹配，安寧渡到下河沿區間洪峰、沙峰傳播一致；青銅峽受水庫影響，洪峰、沙峰出現在10月份，石嘴山、磴口基本匹配，三湖河口至頭道拐區間受凌汛影響，最大洪沙峰分別出現在汛期9月和凌汛期3月。

2012年，8月24日至9月7日本區黃河各干流站出現了2710m3/s（巴彥高勒）至3480m3/s（下河沿）的洪峰流量，此次洪水主要來自黃河安寧渡（二）站以上干流。安寧渡站年最大洪峰流量3670m3/s（8月23日），下河沿（黃二）站出現在8月24日，年最大洪峰流量3480m3/s，受青銅峽、三盛公水利樞紐和區間降水等因素的影響，下游站出現的最大洪峰流量時間略有不同，但整個洪水過程完整，在石嘴山、三湖河口、頭道拐洪峰流量在增大。凌汛期3至4月凌汛期由于各站開河的時間不同，形成的最大洪水時間不同，等內蒙古段全線開河后，上游水庫聯合調蓄，才能形成完整的洪水傳播過程，下河沿（黃三）站1330 m3/s（3月26日），到頭道拐（4月5日）1000 m3/s。汛期洪水較大，非汛期10月青銅峽水庫沒有拉沙，所以沒有洪水過程。安寧渡最大日平均輸沙率為57700 kg/s，發生在7月31日，8月2日沙峰傳播至下河沿，出現年最大日平均輸沙率為58800 kg/s，同日青銅峽也發生最大輸沙率39400kg/s，4日石嘴山出現年最大34400 kg/s，5日磴口發生最大輸沙率19000 kg/s，巴彥高勒也同日出現年最大21300 kg/s，此次沙峰傳播規律，傳播時間合理，但是出現沙峰的同時并沒有出現洪峰，5站對應日流量分別為2580、1880、2450、2200（8.4）、2280，均不是年最大洪峰流量。

因此本年最大沙峰和洪峰不匹配，三湖河口年最大出現在汛期9月份，年最大流量2840出現在9月3日，4日出現年最大輸沙率為17900 kg/s，頭道拐出現在凌汛開河3月26日，最大輸沙率為12200 kg/s。

2013年，黃河各干流站最大洪峰流量在1300m3/s（巴彥高勒）至2090m3/s（青銅峽（黃三）），洪水主要有凌汛開河、黃河安寧渡（二）站以上干流來水、本站上游水利工程調蓄形成。通過凌汛期3至4月、汛期7至9月份、非汛期10月的洪水過程的統計，凌汛期由于各站開河的時間不同，形成的最大洪水時間不同，等內蒙古段全線開河后，上游水庫聯合調蓄，才能形成完整的洪水傳播過程，下河沿（黃三）站1430 m3/s（3月31日），到頭道拐（4月7日）1030 m3/s。黃河干流安寧渡（二）站年最大洪峰流量2050m3/s（8月8日），受沙坡頭水利樞紐的影響，本區下河沿（黃二）站出現在8月3日，年最大洪峰流量1900m3/s，受青銅峽水利樞紐影響，本次洪水沒有在下游站形成年最大洪峰流量。巴彥高勒及以下三湖河口（三）、頭道拐站，年最大洪峰流量也沒有形成明顯的洪峰過程，分別出現在9月3日、9月11日、3月16日。青銅峽（黃三）站年最大洪峰流量2090m3/s，出現在10月20日，下游石嘴山（二）站、磴口（二）站21、22日出現年最大洪峰流量1860m3/s、1620 m3/s，洪水傳播過程正常。受三盛公水利樞紐影響，本次洪水沒有在下游站形成年最大洪峰流量。

安寧渡最大日平均輸沙率為48000 kg/s，發生在8月2日、8月3日沙峰傳播至下河沿，發生年最大為39400 kg/s，8月6日、7日石嘴山、磴口站也相繼出現年最大沙峰，分別為10200 kg/s、8440 kg/s，此次沙峰沙量沿程減小，沙峰傳播規律，安寧渡和下河沿同期發生了年最大流量，洪峰和沙峰匹配；青銅峽10月份拉沙，20日出現最大流量，21日出現最大輸沙率31600 kg/s，三湖河口和頭道拐均在3月26、4月17日開河期出現最大輸沙率，分別為8800 kg/s、14700 kg/s，其中頭道拐3月18日出現年最大流量。因此本年度水沙匹配較好。

4 結論

黃河干流輸沙量主要來自黃河安寧渡以上干支流，受凌汛期開河流量增大、大水挾大沙、區間水利樞紐等影響，2011年各站洪峰與沙峰基本匹配，安寧渡到下河沿區間洪峰、沙峰傳播一致；青銅峽受水庫影響，洪峰、沙峰出現在10月份，石嘴山、磴口基本匹配，三湖河口至頭道拐區間受凌汛影響，最大洪沙峰分別出現在汛期9月和凌汛期3月，沙量平衡；2012年最大沙峰和洪峰不匹配，三湖河口年最大出現在汛期9月份，年最大流量2840出現在9月3日，4日出現年最大輸沙率為17900 kg/s，頭道拐出現在凌汛開河3月26日，最大輸沙率為12200 kg/s，沙量不平衡；2013年水沙搭配較好，沙量基本平衡。

基金項目：水陜西省水利科技計劃項目（2017slkj-16；2017slkj-27）；中國博士后科學基金資助項目（2017M623332XB）；陜西省自然科學基礎研究計劃項目（2018JQ5145）

參考文獻

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作者簡介：

王平娃（1965-），男，陜西戶縣人，高級工程師，從事防汛、水資源管理工作。

通信作者：

魏健（1995-），男，碩士生，主要從事水資源系統方面研究。