內(nèi)蒙古河段過(guò)流能力分析與探討

方 立 ,羅 琪

（河南黃河水文勘測(cè)設(shè)計(jì)院,河南 鄭州 450004）

1 引言

1.1 內(nèi)蒙古河段概況

黃河流域內(nèi)蒙古河段全長(zhǎng)842.8 km，首尾兩段為峽谷河段，中間為平原河段，河寬坡緩，彎道多，昭君墳至頭道拐河段比降僅1‰，河段河流擺動(dòng)劇烈，游蕩性河段較長(zhǎng)，大部分屬于沖積性河道[1]。

1.2 水庫(kù)概況

龍羊峽水庫(kù)位于青海省共和縣與貴南縣交界的龍羊峽峽谷進(jìn)口約2 km處，是黃河干流上梯級(jí)開發(fā)規(guī)劃中最上游的水庫(kù)。劉家峽水庫(kù)位于甘肅省永靖縣境內(nèi)的黃河干流上，是一座以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉、防凌、養(yǎng)殖等綜合效益的大型水利樞紐。龍羊峽水庫(kù)與劉家峽水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度運(yùn)用，擔(dān)負(fù)水庫(kù)下游河段的防洪、灌溉和防凌任務(wù)。

龍羊峽、劉家峽水庫(kù)運(yùn)用前，上游來(lái)水基本由河道自然調(diào)節(jié)，兩庫(kù)運(yùn)用后，不同時(shí)段的河道流量均受到水庫(kù)防凌調(diào)度的調(diào)節(jié)。水庫(kù)投入運(yùn)行后，河道發(fā)生淤積，輸冰輸沙能力降低。

近20 年來(lái)內(nèi)蒙古河段河床淤積嚴(yán)重，加之近年來(lái)由于上游來(lái)水持續(xù)偏枯、河套地區(qū)工農(nóng)業(yè)用水急劇增加；同時(shí)“十大孔兌”的高含沙洪水匯入等原因，造成河床淤積、主槽萎縮、河道形態(tài)惡化、平灘流量減小、河段過(guò)流能力不斷降低[2-3]。

2 上游來(lái)水情況

2018 年8 月～10 月，黃河流域上游來(lái)水嚴(yán)重偏多，受河源區(qū)持續(xù)來(lái)水及龍劉區(qū)間、劉蘭區(qū)間降雨增加水量及水庫(kù)調(diào)度影響，蘭托區(qū)間多條支流出現(xiàn)超歷史洪水。

黃河上游唐乃亥水文站2018年8 月份月均流量為1310 m3/s，9 月份月均流量為2060 m3/s，流量過(guò)程見(jiàn)圖1，9月份流量從1500 m3/s持續(xù)增加，9 月中旬流量2000 m3/s～2500 m3/s，從一個(gè)側(cè)面可以看出上游洪水歷時(shí)和強(qiáng)度較大。

2018 年汛期黃河流域?qū)崪y(cè)來(lái)水量與歷年均值相比均偏多。唐乃亥水文站徑流量為215.3 億m3，較多年均值偏多50.6%；劉家峽入庫(kù)徑流量為227.8 億m3，較多年均值偏多24.6%。

圖1 唐乃亥水文站來(lái)水過(guò)程線

3 水庫(kù)調(diào)度分析

3.1 調(diào)度原則

龍羊峽和劉家峽水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度主要是為防御2018 年6 月以來(lái)上游洪水和滿足凌汛期防凌安全。

考慮到龍羊峽水庫(kù)位于最上游，庫(kù)容大、調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，而劉家峽水庫(kù)庫(kù)容小、調(diào)節(jié)能力弱，且距下游寧蒙河段較近、調(diào)水快，寧蒙河段凌主要靠劉家峽水庫(kù)調(diào)節(jié)河道泄量。因此，在龍羊峽、劉家峽水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度時(shí)可按照先劉庫(kù)后龍庫(kù)的原則，即當(dāng)下游需水或需要增加梯級(jí)出力時(shí)，首先由劉庫(kù)補(bǔ)水，加大劉庫(kù)下泄流量，而龍庫(kù)應(yīng)少放水。當(dāng)劉家峽水庫(kù)滿足不了調(diào)節(jié)任務(wù)時(shí)，再由龍羊峽水庫(kù)補(bǔ)水，這樣既可使龍羊峽水庫(kù)多蓄少補(bǔ)，盡可能發(fā)揮龍羊峽水庫(kù)的多年調(diào)節(jié)作用，又能使劉家峽水庫(kù)提早騰庫(kù)，降低水位運(yùn)用，提前預(yù)留防凌庫(kù)容[4]。

3.2 調(diào)度情況

2018 年8月1日～9月30日的龍羊峽和劉家峽水庫(kù)出入庫(kù)流量水位統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1，水庫(kù)下泄流量和庫(kù)水位對(duì)比分別見(jiàn)圖2、圖3、圖4。

從表中可以看出：龍羊峽水庫(kù)8月入庫(kù)均值為1270 m3/s，出庫(kù)均值為979 m3/s，基本以蓄水為主，劉家峽水庫(kù)8 月入庫(kù)均值為1800 m3/s，出庫(kù)均值為1730 m3/s，基本以下泄為主。

從圖可以看出：龍羊峽水庫(kù)8 月份出庫(kù)流量一直低于1000 m3/s，9月份超過(guò)1500 m3/s，而劉家峽水庫(kù)8月份出庫(kù)流量為1500～2000 m3/s，9月份上、中旬出庫(kù)流量在2100 m3/s；下旬出庫(kù)流量在2500 m3/s。

龍羊峽水庫(kù)水位一直在持續(xù)增長(zhǎng)，維持凌汛初期龍羊峽水庫(kù)以蓄水為主的調(diào)度原則。劉家峽水庫(kù)庫(kù)水位8月和9月都是前期增長(zhǎng)，后期庫(kù)水位保持持平。

表1 龍羊峽、劉家峽水庫(kù)出入庫(kù)流量均值統(tǒng)計(jì)表單位：流量： m3/s;水位：m

圖2 龍羊峽、劉家峽水庫(kù)出入庫(kù)流量對(duì)比

圖3 龍羊峽水庫(kù)水位變化圖

圖4 劉家峽水庫(kù)水位變化圖

4 重點(diǎn)水文站過(guò)流能力分析

4.1 實(shí)際過(guò)流情況分析

2018 年8月～9月，劉家峽水庫(kù)根據(jù)調(diào)度指令進(jìn)行下泄，內(nèi)蒙古河段巴彥高勒、三湖河口、包頭、頭道拐等重要水文站8 月份月均流量均超過(guò)1500 m3/s，9 月份月均流量均超過(guò)2500 m3/s。劉家峽水庫(kù)8 月份維持1500 m3/s以上下泄流量，9 月份維持2500 m3/s左右下泄流量，而各個(gè)水文站點(diǎn)維持1500 m3/s～2500 m3/s大流量，而且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。劉家峽水庫(kù)出庫(kù)及各站點(diǎn)流量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 劉家峽水庫(kù)出庫(kù)及水文站流量統(tǒng)計(jì)表 單位：m3/s

4.2 過(guò)流能力分析

2012 年汛期，黃河寧蒙河段發(fā)生了自1981 年以來(lái)的最大洪水，2000 m3/s以上流量過(guò)程持續(xù)一個(gè)多月，河道全線發(fā)生沖刷。因此，內(nèi)蒙古河段巴彥高勒、三湖河口、包頭、頭道拐等重要水文站斷面的河道過(guò)流能力分析采用2012 年、2017 年、2018 年汛后的斷面資料，分別見(jiàn)圖5～圖8。

從圖中可以看出內(nèi)蒙古河段除頭道拐外，巴彥高勒、三湖河口、包頭斷面均發(fā)生了不同程度沖刷。根據(jù)大斷面套繪成果分析，內(nèi)蒙古河段最小平灘流量由2017 年的1800 m3/s增至2018 年的2450 m3/s，河道主槽過(guò)流能力增大，見(jiàn)表3。

表3 內(nèi)蒙古河段主要斷面平灘流量表單位：流量m3/s；水位m

圖5 巴彥高勒水文站斷面套繪圖

圖6 三湖河口水文站斷面套繪圖

圖7 包頭水文站基本水尺斷面套繪圖

4.3 分析與探討

（1）目前，黃河內(nèi)蒙古河段共有各類堤防1043 km，其中干流堤防987km，河道整治273 km，干流連續(xù)堤防主要分布在三盛公以下的平原河道兩岸。干流堤防設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為：三盛公至蒲灘拐河段左岸為50 年一遇，右岸為30 年一遇，設(shè)計(jì)防洪流量為5710 m3/s～5900 m3/s。內(nèi)蒙古河段近幾年堤防標(biāo)準(zhǔn)逐步提高，為水庫(kù)大流量持續(xù)下泄和河段主槽過(guò)流提供了安全保障。

圖8 頭道拐水文站斷面套繪圖

（2）2018 年從8 月上旬開始，到10 月中旬結(jié)束，黃河上游持續(xù)強(qiáng)降雨，水庫(kù)長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)維持在1500 m3/s以上流量進(jìn)行下泄，內(nèi)蒙古河段河道主槽一直維持2000 m3/s以上大流量過(guò)流，主槽發(fā)生沖刷，河道行洪能力增大，寧蒙河道最小平灘流量從2017 年的1800 m3/s增大至2018年的2450 m3/s。

（3）《黃河內(nèi)蒙古河段主要萎縮原因和對(duì)策》結(jié)論中提出“要減輕內(nèi)蒙河段河槽淤積，要科學(xué)調(diào)控進(jìn)入該河段的洪水量級(jí)，使之盡可量到1500 m3/s～2000 m3/s以上[5]”。2018年水庫(kù)實(shí)際下泄流量和水文站實(shí)際過(guò)流流量綜合數(shù)據(jù)印證了《黃河內(nèi)蒙古河段主要萎縮原因和對(duì)策》結(jié)論中的洪水量級(jí)方案的正確和實(shí)效性。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)2018年汛期黃河上游水庫(kù)下泄和內(nèi)蒙河段重點(diǎn)水文站實(shí)際過(guò)流情況綜合分析可以得出，在黃河流域汛期期間，如果上游來(lái)水較多，通過(guò)水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度進(jìn)行下泄，保證河道主槽內(nèi)維持一個(gè)生態(tài)大流量暢流過(guò)程的周期，對(duì)于穩(wěn)步提高內(nèi)蒙古河段過(guò)流能力有著重要的意義。