汾河中游段河道演變分析

吳村玲

（山西省水文水資源勘測局）

1 汾河流域基本情況

1.1 流域概況

汾河是我省流域面積最大、河流長度最長的第一大河，被喻為山西人民的“母親河”。源頭地處寧武縣的雷鳴寺泉，在萬榮縣榮河鎮(zhèn)廟前村匯入黃河。全長713 km，流域面積39 721 km2。根據(jù)河道特性并考慮行政分界，以便于河道管理，蘭村以上至源頭為上游段，蘭村至洪洞河灘為中游段，洪洞河灘至入黃口為下游段。中游段流經(jīng)太原市的萬柏林、陽曲、尖草坪、杏花嶺、迎澤、晉源、小店、清徐，呂梁市的文水、孝義，晉中市的祁縣、平遙、介休、靈石，臨汾市的霍州、洪洞，共計(jì)4個(gè)市16個(gè)縣（市、區(qū)）。汾河中游段河長266.9 km，區(qū)間流域面積20 509 km2。年均降水量502.6 mm，年均徑流深42.8 mm。由于中游段匯入支流較多，徑流量大，坡度較緩，汛期排泄不暢，是汾河的防汛防洪重點(diǎn)段［1］。

1.2 徑流泥沙

汾河中游的降水量主要集中在7-9月，降水量的年際變化和年內(nèi)分布相差很大，易形成歷時(shí)短、強(qiáng)度大的暴雨。水土流失嚴(yán)重，年輸沙量較大，大部分泥沙產(chǎn)生于汛期，呈現(xiàn)大水大沙的特點(diǎn)。據(jù)資料，義棠水文站1956-2000年間，年均徑流量11.16億m3，最大值為23.3億m3，最小值為3.99億m3，極值比為5.8。1965-1996年，汾河二壩水文站年均輸沙量517萬t，汛期平均輸沙量481萬t，占年輸沙量的93%；義棠水文站年均輸沙量747萬t，汛期平均輸沙量693萬t，占年輸沙量的92.8%。

1.3 洪水特征及洪災(zāi)情況

汾河流域洪水一般大多數(shù)發(fā)生在汛期，歷年最大洪峰主要出現(xiàn)在7-8月，約占60%-80%。從洪量的年際變化來看，豐枯年份的洪水大小十分懸殊，Cv值各測站均在1.05-1.15之間。中游段是汾河河患的多發(fā)區(qū)。汾河進(jìn)入太原盆地后，河道縱坡變緩，有較多的支流匯入，泥沙淤積嚴(yán)重，主要靠堤壩擋水，因而容易遭受洪災(zāi)。據(jù)記載，1954年、1959年、1977年、1988年和1996年，汾河中下游共發(fā)生了5次規(guī)模較大的水災(zāi)。尤其是1977年的平遙水災(zāi)，導(dǎo)致尹回水庫潰壩，南同蒲鐵路中斷10 d，死亡70人［1］。

2 河道歷史演變與整治情況

汾河中游段屬平原型河流，地勢平坦，土質(zhì)疏松，河谷中沖積層深厚，河流兩岸抗沖擊能力低，在水流的長期作用下，兩岸形成了較寬闊的河漫灘，河型蜿蜒曲折，一般流水河床與洪水河床分界明顯。該河段縱坡平均比降1.7‰，水流不穩(wěn)定，主槽擺動相對頻繁，沖刷和淤積均有發(fā)生，以淤積為主。新中國成立以來，政府對汾河的防洪搶險(xiǎn)和治理十分重視，共開展過三次大的治理：

第一次全流域大規(guī)模治理，從1969年9月開始，到1974年5月結(jié)束，先后歷時(shí)近5年。在太原市管轄區(qū)段完成了汾河干流治導(dǎo)線雙河堤工程，接通了從二壩樞紐供水至三壩樞紐的東西干渠，并從介休義棠橋至靈石崔家溝，深挖疏竣河道2.5 km。同時(shí)，在汾河支流上新建了一批中、小型水庫。

第二次干流河道治理，從1977年6月開始，到1981年7月結(jié)束，歷時(shí)4年。汾河中游的主要任務(wù)：一是改建三壩樞紐工程，過閘流量由760 m3/s提高到2 000 m3/s，河底比舊閘降低3.1 m；二是繼續(xù)完成上蘭至兩渡間干流河道治導(dǎo)線的規(guī)劃治理。

第三次干流河道整治，從1998年開始，到2000年結(jié)束，中游段全部治理完成。晉中市共新建堤防118.8 km，舊堤加固 25.7 km，生物防護(hù) 666.7 hm［2］。

通過水利工程和河道整治工程建設(shè)，使汾河河勢發(fā)生了很大變化，洪水峰量、歷時(shí)也隨之發(fā)生了相應(yīng)變化。

3 河道近期演變分析

3.1 汾河中游段橫向變化分析

汾河中游河段屬典型的蜿蜒型河道，河相關(guān)系ζ為2.5-3.0，河道橫向擺幅一般為300 m，最大為700 m。主槽改道頻繁，即使在平常小水作用下，河身也處于不停的擺動之中，河勢極不穩(wěn)定。造成河勢不穩(wěn)定的原因如下：

3.1.1 河床、河岸地質(zhì)條件抗沖刷能力低

根據(jù)1999年1月采集的22組河床質(zhì)顆粒資料分析，河床質(zhì)主要由細(xì)沙和輕砂壤土組成，粘粒小于5%，泥沙粒輕細(xì)，中值粒徑d50在0.036-1.2 mm之間（見表 1）。

3.1.2 水沙特點(diǎn)為洪、中、枯水變幅大

河床地形是與一定的流量級相適應(yīng)的，較小流量所塑造的地形，在遭遇洪峰后往往會被破壞，從而引起主流和河勢的變化。

表1 汾河中游段河床質(zhì)中值粒徑表

3.1.3 彎道較多

汾河中游段共有大小彎道百余處，彎道內(nèi)由于環(huán)流的存在，易引起橫向輸沙不平衡，凹岸沖刷，凸岸淤積，從而使河道向更加彎曲的方向發(fā)展。由于水流動力軸具有“大水取直，小水走彎”的特點(diǎn)，經(jīng)過一場大水后，往往會發(fā)生切灘、撇彎等突變現(xiàn)象，繼而使上下游河勢發(fā)生一系列的變化。

3.2 汾河中游段縱向變化分析

從汾河二壩水文站、義棠水文站橫斷面套繪圖及義棠站水位—流量關(guān)系進(jìn)行分析。

汾河二壩水文站設(shè)立于1968年，位于汾河二壩下游250 m處。由于受汾河二壩攔蓄、放水的影響，從實(shí)測大斷面圖（圖1）可以看出，1975-1985年斷面呈沖刷的趨勢，1985年后雖然主流下切但整體呈淤積趨勢。

義棠水文站設(shè)立于1958年，從實(shí)測大斷面圖（圖2）可以看出，1975年后呈累積性淤高狀態(tài)，至1995年河槽平均淤高1.8m左右。

根據(jù)義棠水文站Q=200 m3/s歷年水位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（表2）。1962-1970年間水位基本穩(wěn)定，說明汾河水庫建庫初期攔蓄泥沙后中游段河道基本處于沖淤平衡狀態(tài)；1970年以后由于進(jìn)行河道整治，河床下切，水位下降；1980年以后水位上升，說明河床呈淤積趨勢。

圖1 汾河二壩水文站實(shí)測大斷面圖

圖2 義棠水文站實(shí)測大斷面圖

綜上所述，河道演變狀況為：橫向上主流方向易變化，縱向上河道呈逐年淤積的上升態(tài)勢。

表2 義棠站Q=200 m3/s歷年水位統(tǒng)計(jì)表

4 河道演變趨勢分析

根據(jù)汾河中游河段現(xiàn)狀演變情況，預(yù)測未來主河槽的擺動明顯受控于兩岸河堤和來水量的大小，隨來水來沙的不同，沖刷和淤積都有可能發(fā)生。小水時(shí)，水流基本穩(wěn)定在主槽內(nèi)，平面變形比較小，但水流流速小，容易產(chǎn)生淤積；大水時(shí)水流流速加大，容易產(chǎn)生沖刷，河床的縱向變形將會加劇。在平面上，該河段堤防標(biāo)準(zhǔn)僅為20年一遇，當(dāng)發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水或持續(xù)長時(shí)間洪水時(shí)，容易發(fā)生溢流或沖刷潰決，根據(jù)地形及歷史情況，水流主線可能仍在現(xiàn)狀河道內(nèi)，主槽擺動的可能性較小。

預(yù)測未來河道演變趨勢為：中小水時(shí)河岸在平面上比較穩(wěn)定，縱向有沖有淤；發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)或持續(xù)長歷時(shí)洪水時(shí)，由于受地形條件的限制，平面上主槽易發(fā)生改變，但擺動幅度有限，縱向上河道沖刷會有所加劇，并呈淤積趨勢。

5 結(jié)語

由于天然河道來水、來沙條件瞬息多變，河床演變的形成及過程及其復(fù)雜，現(xiàn)階段要進(jìn)行精確的定量計(jì)算，尚有不少困難。本文借助汾河干流義棠、汾河二壩水文站實(shí)測資料，采用天然河道實(shí)測資料分析法，對汾河中游河道演變進(jìn)行了定性分析，可為汾河中游段防洪減災(zāi)提供依據(jù)，對當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)社會發(fā)展、水資源評價(jià)、水利工程建設(shè)及保障沿線人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全等具有重要意義。

[1]李英明，潘軍峰主編.山西河流[M].北京：科學(xué)出版社，2004.

[2]裴 群主編.汾河志[M].太原：山西人民出版社，2006.