黃河內蒙古段河床沖淤規律分析

王平娃 張明 王凡 劉永孝

摘 要：根據巴彥高勒、三湖河口、頭道拐水文站1981年-2015年大斷面資料，分析河床沖淤變化與河道過流能力。結果表明：進入90年代以來，黃河上游來水持續偏枯，使得內蒙古河段河床逐年淤積抬高，主要發生在巴彥高勒至三湖河口區間，截止2015年淤積量約4.4億噸，導致河道大量萎縮，過流能力銳減，輸水能力下降。

關鍵詞：河床沖淤；徑流量；輸沙量；沖刷深度；洪量

1 問題的提出

黃河從寧夏石嘴山市與內蒙古烏海市交界處的麻黃溝進入內蒙古，從內蒙古準格爾旗馬柵鄉出境，在內蒙古境內的河道流程782km，包括巴彥高勒、三湖河口和頭道拐站。自1991年以來，黃河徑流逐年減少，持續偏枯，內蒙古河段汛期最大流量超出2000m3/s的幾率很少。由于來水量的持續偏枯，主槽逐年萎縮，河床逐年淤高，部分河段已變成了地上懸河，汛期1500m3/s以上的洪水，漫灘非常嚴重。由于河床的淤積，以往的洪水和冰期預報，防洪、防凌預案和洪水測報方案，已不適應現在的河道形勢。為了防汛、防凌及大堤建設等工程需要和指導水文測報工作，有必要對黃河內蒙古段河床沖淤規律和過洪能力等進行分析研究。

2 各斷面徑流量、輸沙量歷年變化情況

巴彥高勒、三湖河口、頭道拐歷年徑流量變化如圖1所示。可以看出：三斷面徑流量的歷年變化是相似的，所不同的是三湖河口徑流量較巴彥高勒和頭道拐為大，主要是三湖河口以上區間有總干渠二閘、三閘、四閘泄水和總排干退水加入，三湖河口以下區間有鐙口揚水站、團結渠揚水站、包鋼取水口、包頭市取水口引出。

從圖2可知：在1981～2003年的23年中，1986年以前，巴彥高勒輸沙量小于三湖河口，三湖河口輸沙量又小于頭道拐站；1986年以后，規律相反，巴彥高勒輸沙量大于三湖河口，三湖河口輸沙量又大于頭道拐。由此說明：1986年以前，該河段從上到下是沖刷的，1986年以后，該河段從上到下是淤積的。三斷面輸沙量變化與該河段的實際沖淤變化情況是吻合的，且1991年以后，頭道拐和三湖河口的輸沙量較巴彥高勒減少較多，說明該河道自上而下淤積加重。

3 各斷面河底高程變化情況

將歷年汛后斷面河底平均高程與年份點繪關系，各斷面沖淤隨時間的變化見圖3、圖4、圖5。

以圖3～5與圖1中各自的徑流量對照，河床的沖淤變化，與來水量大小有較好的關系，總的沖淤變化情況是：來水量大，河床沖刷；來水量小，河床淤積。

4 洪水對河床的沖刷條件及沖刷量

4.1 河床沖刷條件

黃河內蒙古段的河床由粉砂組成，受水流的作用，極易發生變化。根據資料分析，巴彥高勒站、三湖河口一次洪水過程的洪峰流量超過1350m3/s以上且洪量達到9億m3以上，河床會出現輕微沖刷；頭道拐一次洪水過程的洪峰流量超過2000m3/s且洪量達到35億m3以上，河床才出現輕微沖刷。如“81.9”洪水，各站的洪峰流量都在5000m3/s以上，洪量在150億m3左右，巴彥高勒和三湖河口河床平均沖刷深度分別為1.8m和1.6m，頭道拐沖刷深度為0.5 m。再如1988年洪水，洪峰流量為1350m3/s，洪量為9億m3，巴彥高勒和三湖河口河床沖刷輕微，深度分別為0.3m和0.2m；頭道拐河床幾乎沒有變動，沖刷深度僅0.05 m。

1986年以前，內蒙古河段平灘流量為5000m3/s，能使河床產生顯著沖刷的最佳流量是2500m3/s以上。但是現狀河道的嚴重淤積，改變了這一情況，巴彥高勒至昭君墳段1500m3/s已開始漫灘。漫灘水流一是削減了洪峰，二是減慢了流速，對沖刷河床十分不利。對于黃河內蒙古段來說，為使河床沖淤平衡保持穩定或有所沖刷，年徑流量需要200億m3以上才能達到這一目的。

4.2 洪量與河床沖刷深度的關系

1990年以前，黃河徑流量較大，1990年以后，黃河來水持續偏小。故本文選用1990年以前的洪水，對巴彥高勒、三湖河口、頭道拐洪量與河床沖刷深度進行分析。

巴彥高勒一次洪水過程的洪水總量與河床沖刷深度的關系，如圖6所示。圖中點據雖然少些，但關系比較明顯，相關系數0.96，相關關系為：y=-0.0000528×x2+0.01974×x。可以看出：隨著洪量的增大，河床沖刷深度增加變緩。河床沖刷總有一個限度，不會無限度的沖刷下去，與原型實際變化情況基本相符。

三湖河口站一次洪水過程的洪水總量與河床沖刷深度的關系，如圖7。從圖中可看出：曲線的變化趨勢與巴彥高勒站很相似，相關關系也與巴彥高勒站很接近。

頭道拐站一次洪水過程的洪水總量與河床沖刷深度的關系，如圖8。將頭道拐關系曲線及關系式與巴彥高勒和三湖河口進行比較看出：曲線的線形及趨勢相似，但關系式中的常數變小了很多。表明，同量級的洪水對河床的沖刷作用，頭道拐比巴彥高勒和三湖河口的小。

5 結論與建議

黃河內蒙古段河床沖淤變化，與來水量大小關系密切，其河床淤積主要發生在1985年以后，淤積嚴重區段為巴彥高勒至三湖河口。內蒙古河床沖淤變化量，與一次洪峰總量存在有較好的定量關系。在目前河床嚴重淤積情況下，沖刷河床的最佳流量是多少，有待進一步研究。解決黃河內蒙古段的河床淤積問題，應標本皆治。治標的方法是加高大堤，治本的方法是大水沖刷。加高大堤只能解決目前防洪、防凌的問題，沖刷河床才是遏制淤積降低河床辦法。

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：

張明（1996-），男，碩士研究生，主要從事水資源系統工程研究。