黃河寧蒙河段2018年汛期水沙特性分析

謝學(xué)東，趙文榮，劉偉莉，裴 斌

（黃河水利委員會寧蒙水文水資源局，內(nèi)蒙古包頭014030）

1 雨水情概況

2018年汛期（6—10月），黃河流域降水量與多年平均相比總體偏多。暴雨過程頻繁，強降雨落區(qū)重疊度高、極端性強，并主要發(fā)生在上中游，特別是唐蘭區(qū)間（唐乃亥—蘭州區(qū)間）、寧蒙區(qū)間和山陜北部，以致黃河部分支流出現(xiàn)百年一遇洪水，蘭州站出現(xiàn)3場編號洪水[1-2]。

2018年汛期，寧蒙河段平均降水量為241.6 mm，較歷年（1987—2017年，下同）均值偏多34.7%，主汛期7、8月分別較歷年均值偏多94.7%、61.0%。測區(qū)內(nèi)除青銅峽水文站汛期降水較歷年均值偏少2.9%外，其余各站均較多年同期降雨偏多，最大為石嘴山水文站，偏多92.6%。2018年汛期寧蒙河段降水量統(tǒng)計見表1。

汛期黃河干流各主要控制站實測來水量與歷年均值相比均偏多。黃河上游唐乃亥站（龍羊峽水庫入庫站）徑流量為215.3億m3，較歷年均值偏多50.6%；蘭州站徑流量為289.5億m3，較歷年均值偏多44.9%；下河沿站徑流量為280億m3，較歷年均值偏多52%；頭道拐站徑流量為225.9億m3，較歷年均值偏多86.6%。汛期寧蒙河段來水量較歷年均值明顯偏大，其中6—9月偏大1.0倍～1.7倍，10月偏大1.3倍～4.3倍。日均流量大于2 000 m3/s的流量過程維持135 d，大于2 500 m3/s的流量過程維持57 d，大于3 000 m3/s的流量過程維持26 d。

表1 2018年汛期寧蒙河段降水量統(tǒng)計 mm

2 洪水情況

2018年汛期，受黃河上游干支流來水持續(xù)偏多影響，黃河上游先后出現(xiàn)了2018年1號、2號和3號洪水，黃河寧蒙河段高水位、大流量過程持續(xù)近3個月。3場洪水的主要過程見圖1及表2。

圖1 黃河2018年第1號、2號洪水寧蒙測區(qū)主要站流量過程

7月，受黃河河源區(qū)持續(xù)降雨影響，黃河上游干支流來水持續(xù)增加，7月8日11時上游唐乃亥水文站出現(xiàn)2 500 m3/s流量，形成2018年黃河第1號洪水，13日2時42分黃河寧蒙河段下河沿水文站出現(xiàn)洪峰流量2 330 m3/s，13日21時42分青銅峽水文站出現(xiàn)洪峰流量1 830 m3/s，15日16時24分石嘴山水文站出現(xiàn)洪峰流量1 780 m3/s。

7月23日，受劉家峽至蘭州區(qū)間強降雨影響，黃河蘭州段流量快速上漲，23日4時54分蘭州水文站流量2 700 m3/s，8時18分洪峰流量為3 610 m3/s，形成黃河2018年第2號洪水。黃河第2號洪水水量較大，峰值較高。洪水向下演進，蘭托區(qū)間（蘭州—托克托區(qū)間）安寧渡站23日23時18分洪峰流量3 460 m3/s，下河沿站24日13時42分洪峰流量2 910 m3/s，青銅峽站25日9時30分洪峰流量2 260 m3/s，石嘴山站27日23時2分最大流量2 500 m3/s，石嘴山以下各站由于海勃灣水庫調(diào)控，因此流量較為平穩(wěn)。

8月，受黃河上游來水、區(qū)域降雨和水庫調(diào)節(jié)等因素影響，寧蒙河段持續(xù)高水位，測區(qū)7站均出現(xiàn)流量大于2 000 m3/s洪水過程，其中下河沿、石嘴山兩站出現(xiàn)2 500 m3/s以上洪峰流量。8月30日4時48分下河沿站最大洪峰流量2 780 m3/s，為測區(qū)本月最大流量，31日21時石嘴山站最大洪峰流量2 600 m3/s，其他5站最大流量為2 260～2 490 m3/s。

9月以后蘭州站一直維持在2 500 m3/s以上流量，9月20日2時18分流量達(dá)到3 200 m3/s，形成黃河2018年第3號洪水，26日23時洪峰流量為3 590 m3/s，洪水繼續(xù)演進，蘭托區(qū)間出現(xiàn)入汛以來最大洪水過程。9月28日16時42分下河沿站最大洪峰流量為3 540 m3/s，相應(yīng)水位為1 233.95 m，為1989年以來最大流量（最高水位）；29日8時6分青銅峽站最大洪峰流量為3 200 m3/s，為1989年以來最大流量；10月7日15時30分石嘴山站最大洪峰流量為3 500 m3/s，為1985年以來最大流量；內(nèi)蒙古4站最大流量除頭道拐站為2 900 m3/s外，其他均在3 000 m3/s以上。第3號洪水過程具有漲水歷時長、復(fù)式峰及峰型矮胖、高水位持續(xù)時間長等特點。

表2 黃河2018年第3號洪水寧蒙河段主要站特征值

3 含沙量情況

2018年汛期寧蒙河段大含沙量過程集中在7—9月。受寧夏局部地區(qū)降水及上游祖厲河來沙和青銅峽水庫調(diào)節(jié)影響，下河沿、青銅峽站均出現(xiàn)較大沙峰過程，其中下河沿站出現(xiàn)1996年以來最大沙峰過程。隨著沙峰推進，含沙量由上游至下游逐步遞減。7月，下河沿、青銅峽兩站出現(xiàn)含沙量大于100 kg/m3的沙峰過程，其中7月25日19時6分下河沿站含沙量為194 kg/m3，為2018年汛期寧蒙測區(qū)最大含沙量。8月，下河沿、青銅峽、石嘴山三站出現(xiàn)含沙量大于30 kg/m3沙峰過程，其中8月6日下河沿站含沙量69.6 kg/m3。受黃河干流水利工程以及內(nèi)蒙古河段漫灘影響，內(nèi)蒙古河段含沙量急劇減小，除三湖河口站月最大含沙量為11.4 kg/m3外，其他3站含沙量均在10 kg/m3以下。9月，下河沿、青銅峽兩站最大含沙量均為14.6 kg/m3，其余5站均未出現(xiàn)含沙量大于10 kg/m3的沙峰過程。汛期主要站含沙量變化過程見圖2。

圖2 汛期寧蒙測區(qū)主要站含沙量過程

4 洪水期間斷面沖淤變化及過流能力

套繪汛前及洪水期間石嘴山及以下各水文斷面，計算相同水位下斷面面積，繪制水位—斷面面積關(guān)系曲線，分析洪水期間寧蒙河段各水文斷面的沖淤變化以及過流能力。其中，石嘴山斷面在3場洪水期間發(fā)生持續(xù)沖刷，最大沖刷深度為1.94 m，洪水前后同水位（1 089.61 m）下斷面平均河底高程降低約1.1 m，面積增大386 m2，沖刷了36%。洪水過后斷面形態(tài)趨于穩(wěn)定，過流能力提高（見圖3）。

巴彥高勒水文站斷面套繪及同水位面積變化見圖4、圖5。汛前至第1號洪水到來之前，斷面沖刷劇烈，且主要集中在主槽。第2號洪水期間，斷面略有沖刷，隨后逐漸淤積，8月25日淤至最小，同水位（1 053.00 m）下平均河底高程升至1 049.58 m。9月該站流量一直維持在2 000 m3/s以上，斷面持續(xù)沖刷。比較8月25日與9月22日兩次斷面情況，同水位（1 053.00 m）下面積相差約659 m2，平均河底高程相差約1.91 m，局部最大刷深達(dá)3.24 m。洪水過程中巴彥高勒斷面左岸變化較小，主槽及右岸灘地沖淤變化劇烈。整個汛期斷面總體表現(xiàn)為持續(xù)沖刷，深泓點不斷右移。比較汛前與9月底同水位（1 053.00 m）下面積增大約1 100 m2，沖刷了83.1%；平均河底高程降低2.74 m，斷面過流能力明顯提高。

圖3 石嘴山水文站測驗斷面套繪

圖4 巴彥高勒水文站測驗斷面套繪

圖5 巴彥高勒水文站同水位（1 053.00 m）斷面面積變化

從圖6可知，洪水前后三湖河口斷面主槽擺動明顯，且斷面形態(tài)變化較大。洪水過程中，斷面時沖時淤，總體表現(xiàn)為沖刷。沖淤主要發(fā)生在主槽部分，由洪水前（7月7日）寬淺型沖刷成為8月1日的窄深型，主槽移至左岸。比較兩次斷面，最大沖刷深度為3.36 m。之后開始逐漸回淤，至9月24日，斷面與汛前斷面面積相差不大，斷面形態(tài)由原來的U形變?yōu)樽蟀队猩畈鄣腣形。8月1日斷面同水位（1 021.00 m）斷面面積較汛前增大472 m2，沖刷了32.2%；至9月底斷面又逐漸回淤，左岸較8月1日沖刷最深時平均淤積抬升近3 m。

圖6 三湖河口水文站測驗斷面套繪

從圖7可知，包頭斷面洪水前后主槽擺動明顯，且形態(tài)變化較大。洪水過程中，斷面總體表現(xiàn)為沖刷。斷面形態(tài)由洪水前（6月19日）左岸有深槽的V形沖刷成為9月23日的窄深W形。9月23日斷面與汛前斷面相比面積增大了347 m2，沖刷了32.4%，平均河底高程相差約1.01 m，局部最大刷深近4 m。

圖7 包頭水文站測驗斷面套繪

洪水過程中，由于頭道拐斷面上游多處漫灘，因此洪水過程中頭道拐斷面表現(xiàn)為時沖時淤，但較汛前總體呈淤積狀態(tài)。其中：汛前至第1號洪水到來之前，斷面顯著淤積；洪水期間斷面略有沖刷，主槽擺動明顯，深泓點右移，隨后又逐漸淤積（見圖8）。

圖8 頭道拐水文站測驗斷面套繪

5 結(jié) 語

（1）2018年汛期寧蒙測區(qū)平均降水量為241.6 mm，較歷年均值偏多34.7%，總體呈現(xiàn)主汛期偏多，前、后期偏少的特點。汛期寧蒙河段來水量較歷年平均明顯偏大，其中6—9月偏大1.0倍～1.7倍，10月偏大1.3倍～4.3倍。

（2）7月上旬，受河源區(qū)持續(xù)降雨影響，黃河寧蒙河段干支流持續(xù)漲水。7月下旬和9月下旬，受區(qū)間降水、水庫調(diào)節(jié)和上游來水影響，寧蒙河段出現(xiàn)2次較大的洪水過程。其中：下河沿站、青銅峽站最大洪峰流量分別為3 540、3 200 m3/s，為這兩站1989年以來最大流量；石嘴山站最大洪峰流量為3 500 m3/s，為1985年以來最大流量；內(nèi)蒙古4站10月最大流量除頭道拐站為2 900 m3/s外，其他均在3 000 m3/s以上。

（3）洪水過程中，寧蒙測區(qū)各站水位偏高，大流量持續(xù)時間長。其中：石嘴山、巴彥高勒、三湖河口站為1985年以來最高水位；下河沿、青銅峽站為1989年以來最高水位；包頭、頭道拐站為2012年以來最高水位。

（4）受局部地區(qū)降水、上游祖厲河來沙及青銅峽水庫調(diào)節(jié)影響，汛期下河沿、青銅峽站均出現(xiàn)較大的含沙量過程，其中下河沿站出現(xiàn)1996年以來最大沙峰過程。受黃河干流水利工程以及內(nèi)蒙古河段漫灘影響，含沙量由上游至下游急劇減小。

（5）2018年汛期寧蒙河段典型斷面總體表現(xiàn)為沖刷，過洪能力明顯提高。除頭道拐斷面以外，各水文站測驗斷面均發(fā)生較明顯沖刷。

（6）2018年是多年不遇的豐水年，洪水持續(xù)時間之長、來水量之大，為龍劉水庫（龍羊峽、劉家峽水庫）運行以來少有。進一步加強汛期水沙特性分析、探索黃河上中游洪水泥沙演進規(guī)律及預(yù)報關(guān)鍵技術(shù)以及上中游水庫群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度方式，顯得尤為重要[3-5]。