三門峽庫區(qū)年度淤積分析與預測

李雙平

(陜西省三門峽庫區(qū)水文水資源中心，陜西 渭南 714000)

1 庫區(qū)來水來沙概況及趨勢分析

1.1 各河水年均沙量及年際其變化分析

三門峽庫區(qū)涉及的主要河流為黃河、涇河、渭河、汾河和北洛河。分析統(tǒng)計以龍門水文站、華縣水文站、汾河的河津水文站和狀頭水文站作為進庫站。以多年均值水沙量為基準進行水沙豐枯劃分，125%以上為豐水豐沙年份，75%～125%為平水平沙年份，小于75%為枯水少沙年份。黃河小北干流為平水少沙年；渭河下游、涇河屬于平水少沙年，汾河、北洛河均屬枯水少沙年。2019年三門峽庫區(qū)有關水文站年水沙量統(tǒng)計結果見表1。

表1 2019年三門峽庫區(qū)有關水文站年水沙量統(tǒng)計表

1.2 2019年庫區(qū)各干支流洪水變化趨勢分析

1.2.1 渭河下游水位流量年際變化趨勢分析

通過對三門峽水庫全年控制運用以來咸陽、臨潼和華縣水文站歷年洪水水位流量關系點分布特性比較，確定洪水位較以前整體有所抬升與下降趨勢，來判斷河道整體水流條件是否得到改善。圖1～圖3為2019年度三站比較圖，從1974年水庫控制運用以來，水位流量關系點基本呈兩條帶狀分布，同流量水位稍有下降，河道下泄能力增強。

圖1 咸陽站歷年最高水位最大流量關系線

圖2 臨潼站歷年最高水位最大流量關系線

圖3 華縣站歷年最高水位最大流量關系線

1.2.2 渭河下游年度常水位變化趨勢分析

根據咸陽、華縣水文站多年平均流量值，并考慮黃委會防總歷年采用值，確定渭河下游咸陽站以下河段常流量為200 m3/s，常水位抬升說明河道水力特性下降，反之則說明河道特性變化趨勢良好。通過對渭河下游咸陽站和華縣站的實測資料統(tǒng)計分析，將2015年汛后至2019年汛后的常水位變化列于表2。

表2 2019年度及近期渭河下游各水文站常水位變化表 水位：大沽基面 m

1.2.3 渭河下游主槽過洪能力

依據2019年度汛后的實測淤積斷面資料和控制水文站水位流量關系以及河道的沖淤情況，分析確定年度渭河下游洪水行洪以及洪水出槽漫灘情況。根據淤積斷面的洪痕高程和各斷面上下游水文站相應流量，確定具有河道區(qū)段代表性斷面灘唇高程，推求其所對應的流量即為該段河道主槽的過洪能力，成果見表3。

表3 2019年及近期(2017年～2019年)渭河下游主槽過洪能力統(tǒng)計表

2 水庫運用與潼關高程變化

2.1 水庫運用情況

水庫運行方案總體要求：汛期敞泄，非汛期平均水位不超過315 m，最高運用水位不超過318 m。

2.2 潼關高程的變化分析

根據潼關水文站1000 m3/s時水位高程變化情況，分析水庫運用對河道產生的影響。從表4統(tǒng)計情況可以看出，2002年汛后潼關高程為328.78 m，是三門峽水庫全年控制運用以來汛后最高值。隨著降低潼關高程各項措施的實施，潼關高程呈下降趨勢，到2012年汛后潼關高程降至327.39 m。2013年以后，由于三門峽水庫全年均持續(xù)高水位運用，造成潼關高程又開始抬升，到2019年汛后潼關高程上升為328.09 m，較2012年汛后抬升0.70 m。見表4、圖4。

表4 2002年以來潼關高程變化情況表(大沽基面)

圖4 2002年～2019年汛后潼關高程變化圖

2.3 水庫運用與潼關高程變化發(fā)展

黃河在潼關段河流流向由南轉東，渭河支流也由此處匯入黃河。建庫后潼關高程變化可分為5個階段：

1)1960年9月～1962年3月水庫初期“蓄水攔沙”期間，由于泄流能力不足和高水位運用，庫區(qū)泥沙淤積嚴重，潼關高程顯著上升，由323.40 m上升至328.00 m。

2)1962年4月～1973年10月水庫“滯洪排沙”期間，潼關高程曾一度數年(1967年～1970年)徘徊在328.50 m左右。經過第2次改建即低水位泄流規(guī)模加大后，潼關高程下降(恢復)近2.0 m，1973年汛后達326.64 m，水庫初期運用的不利影響基本得到消除。

3)1973年11月～1986年6月，三門峽水庫按“蓄清排渾”方式進行控制運用，雖然非汛期最高運用水位按不超過326 m控制，且?guī)焖辉?22 m以上的歷時較長，由于該時段汛期入庫洪水量接近設計水平，水庫運用對潼關高程的影響較弱，所以，此階段成功地實現了庫區(qū)沖淤平衡和潼關高程相對穩(wěn)定(326.64 m～327.20 m))，其中20世紀80年代初期渭河下游河道平灘流量仍可達4000 m3/s。

4)1986年7月～2002年10月，黃河和渭河汛期洪水量大幅度減少，其中潼關站2500 m3/s以上的洪水量減少90%以上，洪水沖刷河床的能力大幅度降低，黃河干支流河道普遍出現淤積與萎縮現象，潼關高程呈現間歇性上升(2002年汛后達328.78 m)。

5)自2003年汛期開始，由于汛期洪水量增大，加之潼關站流量大于1500 m3/s時的水庫敞泄運用，挖掘了水庫排沙潛力，因此，基本保持了潼關高程下降與穩(wěn)定，至2012年汛后潼關高程已降至327.39 m。自2013年以后，由于三門峽水庫全年均持續(xù)高水位運用，造成潼關高程又開始抬升，到2019年汛后潼關高程上升為328.09 m，較2012年汛后抬升0.70 m。

3 庫區(qū)沖淤情況分析

3.1 庫區(qū)沖淤情況

2019年度三門峽庫區(qū)的沖淤量見表5。由表5可知，三門峽庫區(qū)2019年度非汛期泥沙淤積0.0209億m3，汛期沖刷0.7269億m3，全年共沖刷泥沙0.7061億m3。其中潼關以下沖刷0.1171億m3，黃河小北干流沖刷0.3917億m3，渭河下游沖刷0.1946億m3，北洛河下游沖刷0.0027億m3。因此，2019年度三門峽庫區(qū)總體淤積狀況為沖刷。2019年渭河下游各區(qū)段沖淤情況見圖5。

表5 2019年度三門峽庫區(qū)各河段沖淤量分布表 單位：億m3

圖5 2019年渭河斷面淤積分布圖

3.2 渭、洛河下游沖淤變化及分布

3.2.1 渭河下游

2019年度渭河下游河勢整體變化不大，主槽受洪水影響左右擺動，個別斷面因淤積影響，河道斷面發(fā)生變化。總體看河勢整體變化不大，局部河段有沖刷變化，在黃河洪水和渭河洪水的共同影響下，渭河入黃段河道順直，河勢向有利方向發(fā)展。經計算渭河下游2019年度各時段各區(qū)間河道沖淤情況列于表6。

表6 2019年度渭河下游沖淤量及分布表

3.2.2 北洛河下游

2019年北洛河下游總體呈現沖刷狀況，河道泥沙減少0.0027億m3，其中非汛期淤積0.0014億m3，汛期沖刷0.0041億m3。從淤積分布來看，洛淤3斷面以下淤積0.0012億m3，洛淤3斷面以上沖刷0.0039億m3。北洛河下游沖淤及其分布情況見表7。

表7 2019年度北洛河下游沖淤量及分布表

3.2.3 渭河下游2020年淤積發(fā)展趨勢預測

運用水文數據的數理統(tǒng)計結合趨勢預測方法，對渭河1961年～2019年時間淤積系列進行數據分析，并對2020年度庫區(qū)淤積趨勢進行預估。目前庫區(qū)淤積資料已經積累59 a，具有一定的連續(xù)性，是一個隨機的時間系列樣本，其變化規(guī)律與流域的產匯流規(guī)律同步，同時包含潛在的河床發(fā)展演化規(guī)律，因此對其進行數理統(tǒng)計規(guī)律分析是可行的必要的，采用五種分析方式對其進行嘗試性分析計算與比較：a.平穩(wěn)時間序列模式；b.方差分析周期模式；c.周期分析與平穩(wěn)時間序列合成模式；d.平穩(wěn)時間序列與周期分析合成模式；e.諧波回歸分析法五種方法預計結果。

通過對結果的比較平穩(wěn)時間序列模式及諧波回歸分析法符合渭河淤積發(fā)展規(guī)律，可認為2020年渭河淤積趨勢為沖多於少概率事件，其在正常水庫運用模式下，將產生0.1106億t～1.168億t的沖刷量，根據這也符合2020年渭河中長期洪水預報有大洪水發(fā)生的結論(見表8、表9)，本次2020年度渭河淤積趨勢預測見表10。

表8 2020年臨潼站最大流量預測

表9 2020年臨潼站年徑流量預測

表10 數理統(tǒng)計分析方法對渭河下游淤積2020年預估

3.2.4 渭河下游的河勢變化

2019年9月渭河發(fā)生較大洪水，部分河段河道拓寬，河槽刷深，過水面積略有增大，河床整體擺動不大，河勢基本穩(wěn)定。汛期渭河下游上段河勢總體穩(wěn)定，變化不大，部分河段主槽有所刷深；下段部分河段彎頂上提下挫，河勢變化較大。

4 結論與建議

1)2019年度黃河小北干流為豐水少沙年；渭河下游、涇河屬于平水少沙年，汾河、北洛河均屬枯水少沙年。

2)近幾年三門峽水庫運用水位非汛期超318 m天數較多，建議加強科學調度發(fā)揮水庫減災防洪效益。

3)2019年非汛期抬升0.15 m，汛期抬升0.06 m，總體抬升了0.21 m。

4)2019年度斷面法計算三門峽庫區(qū)共沖刷泥沙0.7059億m3，其中黃河小北干流沖刷0.3917億m3，潼關～三門峽大壩沖刷0.1171億m3。渭河下游沖刷泥沙0.1944億m3，北洛河下游沖刷泥沙0.0027億m3。