2019年小浪底排沙期下游河道水位抬升原因分析

孙赞盈 魏毅琳 马东方 尚红霞 张敏

摘 要：2019年是小浪底水库运用以来进入黄河下游水沙量最多的一年，其中7月8日至8月18日的排沙期，小浪底水库排沙5.317亿t，黄河下游河道淤积3.499亿t。排沙过后，逯村、花园镇、开仪、赵沟、化工3 000 m3/s对应水位分别抬升了1.17、1.51、1.50、1.27、1.26 m，开仪3 000 m3/s对应水位一度抬升1.82 m，局部河段水位抬升十分突出。为了给以后的水库调度提供必要的技术支撑，充分利用常规水文资料、险工水尺资料和加测断面资料，分析了河道发生淤积、水位抬升的过程和原因，河道宽浅和流速低是部分河段淤积的直接原因，进而造成上游河段溯源淤积，引起水位抬升。建议在以后的水库排沙调度中，密切关注相关河段的水位变化，随时调整水库调度方式，以免造成漫滩。

关键词：淤积;水库排沙;水位;小浪底水库;黄河下游

中图分类号：TV147;TV882.1

文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.12.008

引用格式：孙赞盈，魏毅琳，马东方，等.2019年小浪底排沙期下游河道水位抬升原因分析[J].人民黄河，2021，43（12）：41-44，48.

Abstract： 2019 is the year with the largest amount of water and sediment entering into the lower Yellow River since the operation of Xiaolangdi Reservoir. During the sediment discharge period from July 8 to 18， the sediment discharge of the reservoir was 531.7 million tons and the siltation of the lower reaches of the Yellow River was 349.9 million tons. After sediment discharge， the water level corresponding to 3 000 m3/s in Fucun， Huayuan Town， Kaiyi， Zhaogou and Huagong was increased by 1.17 m， 1.51 m， 1.50 m， 1.27 m and 1.26 m respectively. The water level corresponding to 3 000 m3/s in Kaiyi was increased by 1.82 m once， and the water level rising in some river sections was very prominent. In order to provide necessary technical support for future reservoir operation， make full use of conventional hydrological data， water gauge data of vulnerable spots and additional survey section data， it used the method of data analysis to analyze the process and causes of river channel sedimentation and water level rising. Shallow river width and low velocity were the direct causes of siltation in some river sections， resulting in retrogressive siltation in the upstream river sections and water level rising. It is suggested to pay close attention to the water level changes of relevant river sections in the future reservoir sediment discharge operation and adjust the reservoir operation at any time to avoid floodplain.

Key words： sedimentation; reservoir desilting; water level; Xiaolangdi Reservoir; Lower Yellow River

1 研究背景

2019年汛期，黃河上中下游出现多次洪水过程，编号洪水出现4次。其中：受持续降雨影响，黄河上游河源区来水偏多近60%，并形成3次编号洪水;受强降雨影响，黄河中游山陕区间部分支流、渭河出现多次明显洪水过程，渭河洪水与北干流来水汇合后在潼关站形成1次编号洪水;黄河下游干流洪水主要受水库联合调度影响，大流量过程持续时间较长，支流大汶河受台风“利奇马”影响出现一次明显洪水过程。据统计，2019年龙门、华县、河津和头四站（简称“四站”）的水量主要由黄河上游的来水构成，占四站之和264.4亿m3的83%，其次为来自中游支流渭河的洪水，占四站之和的16%。受大汶河来水较多影响，东平湖向黄河干流泄水1.58亿m3[1]。

2019年，小浪底、黑石关和武陟站的水量分别为459.20亿、9.88亿、0.94亿m3，则进入下游的水量（小浪底、黑石关、武陟三站之和，下同）为470.02亿m3，比2000—2018年平均值262.05亿m3偏多79%。2019年进入下游的沙量为5.451亿t，比2000—2018年平均值0.796亿t偏多585%。2019年是小浪底水库运用以来，进入下游水沙量最多的一年，其水沙量分别比次大年份2018年多19.80亿m3和0.81亿t。

2019年小浪底水库排沙过后，西霞院坝下20～40 km的河段在下泄流量为3 000 m3/s时对应水位抬高了1.17～1.51 m，其中在排沙过程中，花园镇对应水位一度抬高2.23 m。分析此次排沙期黄河下游局部河段水位抬升的原因，对今后小浪底水库排沙运用具有指导意义。

2 小浪底水库排沙运用概况

2019年7月1日15时18分，小浪底水库水位降至235 m，为应对黄河上中游洪水并增强水库排沙效果，继续大流量下泄，实施低水位排沙运用。7月1日11时下泄流量达到4 200 m3/s，18时开始按4 000 m3/s下泄，至7月10日库水位降至222.29 m，相应蓄水量为4.5亿m3。为塑造有利水流条件挟沙出库，避免洪峰增大，7月10日至17日，小浪底水库按2 600～3 000 m3/s下泄，保持三孔排沙洞全开，小浪底出库含沙量由7月9日8时的9.91 kg/m3骤增到7月10日14时的142 kg/m3，7月15日18时达到259 kg/m3。

7月20日库水位降至210 m左右后至8月1日，小浪底水库按进出库水量平衡运用。期间，根据入库流量及库水位变化情况调整排沙洞、孔板洞与发电机组组合运用，其中7月24日15时2号排沙洞因启闭故障而关闭，共投入2个排沙洞、2个孔板洞运用。

8月1日20时，小浪底水库关闭孔板洞，开始按1 400 m3/s下泄，库水位逐步升高，至8月5日库水位涨至220 m左右。为应对中游洪水及九号台风“利奇马”可能造成的影响，8月5日17时小浪底水库按4 000 m3/s下泄，再次实施低水位运用，至8月9日库水位降至213 m附近。根据预报，上游来水减少，入库洪水明显减小，8月9日18时小浪底水库开始回蓄运用，下泄流量减至2 600 m3/s，10日8时减至1 500 m3/s，10日12时减至700 m3/s，12日18时减至500 m3/s。8月12日至21日，小浪底平均入库流量1 634 m3/s，下泄流量500 m3/s，至8月21日8时库水位涨至233.96 m，开始向后汛期水位过渡。

7月上旬，随着小浪底水库坝前水位降低，小浪底站7月8日含沙量开始明显增大，至8月18日含沙量明显降低、排沙基本结束。排沙期出库最大流量为4 580 m3/s，最大日均流量为4 210 m3/s，曾出现5次明显的沙峰，分别是7月10日的204 kg/m3、7月15日的259 kg/m3、7月20日的182 kg/m3、7月27日的133 kg/m3和8月9日的216 kg/m3，即出库最大含沙量为259 kg/m3，日均最高含沙量为213 kg/m3。7月8日至8月18日的排沙期間，小浪底水库出库水量92.6亿m3，累计排沙5.317亿t，库区冲刷4.107亿t。

3 下游河道冲淤及水位抬升原因分析

沙量法计算冲淤量便于分析不同流量过程的冲淤状况，而断面法则便于分析冲淤量在断面横向上的冲淤分布。本文根据沙量法和断面法的特点，对2019年汛期黄河下游的冲淤状况进行分析。

3.1 各场次洪水的沙量法冲淤状况分析

考虑区间引水引沙和洪水演进时间，采用逐日平均资料进行分析计算。计算结果显示，7月8日至8月18日期间，进入下游沙量5.354亿t，有3.498亿t淤积在黄河下游利津以上河道，淤积量占来沙量的65%，高村以上河道淤积明显，高村以下淤积较少。在高村以上河道淤积量中，花园口以上占了87%，见表1。

3.2 断面法冲淤量及冲淤特点分析

为更好地研究小浪底水库排沙期间泥沙在黄河下游夹河滩以上河道时程上的变化和空间上的分布，特加测断面，加测分为时程断面加测和洪水过后空间上的加测。时程断面加测是为了控制断面在排沙期时程的变化，包括花园镇、伊洛河口、东小关和黑石共4个，其中前3个位于花园口以上河段，黑石位于花园口—夹河滩河段，加测自7月8日开始，至24日结束，共12次统测（7月18日和7月20—23日未测），合计48断面次。空间加测断面是排沙过后加测的断面，共21个，其中花园口以上河段14个，花园口—夹河滩河段7个。空间加测断面在排沙洪水过后的8月14—19日完成测量。图1为根据2019年4月15日和8月18日断面套汇计算的白鹤镇至夹河滩沿程断面的冲淤面积及沿程累计冲淤量，表2为排沙期夹河滩以上分河段冲淤状况。从2019年4月15日至8月18日，夹河滩以上河段断面法计算淤积量为1.661亿m3，淤积发生在荆隆宫（荆隆宫在柳园口附近）以上长175.27 km的河段;从该河段沿程淤积看，淤积强度有从上到下逐渐减小的现象，白鹤镇—十里铺东河段、十里铺东—来童寨河段、来童寨—荆隆宫河段断面面积分别减少了1 733、829、365 m2，荆隆宫—夹河滩河段非但没有淤积，还冲刷了236 m2，淤积强度沿程减小的现象十分明显;从断面冲淤面积看，双槐、东光、马峪沟、伊洛河口、破车庄和韦城1断面相比上下游断面淤积突出。

汛期时程断面加测自7月8日开始至7月24日结束，基本覆盖了小浪底集中排沙的时段，其测量结果反映了排沙期间的河道冲淤状况。图2为自7月8日开始花园镇、伊洛河口、东小关和黑石断面的累计冲淤面积变化过程，在排沙期间，伊洛河口和东小关分别淤积了1 674 m2和2 138 m2，淤积较为严重，花园镇断面淤积了1 144 m2，最下游的黑石断面接近不冲不淤。从淤冲过程看，伊洛河口和东小关断面从排沙开始即淤积，期间经历略冲，7月16日大量排沙开始，淤积显著增加，到7月24日达到最严重，此后冲淤变化不大;而花园镇断面在7月24日之前呈冲刷状态，7月24日之后大量淤积。

经计算，7月24日—8月15日花园镇断面面积由2 886 m2减小至1 386 m2，减小了52%，淤积非常严重。7月8日—8月17日，伊洛河口断面面积由6 562 m2减小至4 888 m2，减小了26%;东小关断面面积由4 095 m2减小至1 955 m2，减小了52%，淤积也很严重。伊洛河口和东小关断面在淤积过程中伴随着横向上的此冲彼淤，深槽位置发生了显著摆动。4个断面中，只有最下游的黑石断面，断面面积由4 682 m2增大至4 779 m2，冲淤变化很小，断面形态变化不大。

3.3 同流量水位变化情况

图3为排沙后3 000 m3/s水位变化情况，可以看到夹河滩以上河段同流量水位抬升的站点较多，夹河滩—孙口河段同流量水位下降，孙口以下同流量水位有升有降，总的来说变化不大。逯村—裴峪的水位抬升明显，其中逯村、花园镇、开仪、赵沟、化工3 000 m3/s水位分别抬升了1.17、1.51、1.50、1.27、1.26 m，水位抬升十分突出。该河段在花园镇—马峪沟大断面之间，河段长约12 km，在西霞院水库坝下25～37 km，在伊洛河口上游18～30 km，在花园口上游77～89 km。

图3反映了排沙后的同流量水位变化情况，如果分析同流量水位变化过程，则局部河段的同流量水位抬升更为突出。花园镇的3 000 m3/s水位一度抬升2.23 m（从7月12日的111.20 m抬升到8月1日的113.43 m），开仪3 000 m3/s水位一度抬升1.82 m（从7月12日的109.79 m抬升到7月24日的111.61 m）。

3.4 河道淤积及水位抬升的原因分析

（1）水沙条件的影响。据统计，排沙期间，流量小于3 000 m3/s的水流挟带的沙量为2.338亿t，占总量的44%，而流量大于4 000 m3/s的水流挟带的沙量为0.323亿t，仅占总量的6%。小流量的流速小，即使单股河槽也容易造成河道深槽淤积，对于宽浅断面及多股河的河道，流速更小，河槽淤积尤其严重。

（2）越宽浅的断面淤积越严重。夹河滩以上河段可分为伊洛河口以上、伊洛河口—花园口和花园口—夹河滩3个河段，点绘各河段排沙期断面冲淤面积和槽宽的关系，见图4。由图4可以看出：同一河段，淤积面积随槽宽增大而增多;同样的槽宽，越上游的河段，淤积强度越大。

宽浅断面往往是两股河或多股河，小浪底排沙期间的日均流量为1 600～4 200 m3/s，多股河使有限的流量产生分流，每股汊河的流量较小，流速更小，排沙水流在这样的断面上容易发生淤积。图5为伊洛河口断面形态，7月8日水位为105.54 m，该水位下的过水面积A为4 356 m2，考虑洪水演进和沿程坦化，推算当时的流量Q为4 113 m3/s，则断面平均流速V为0.94 m/s。

伊洛河口断面附近为多股河，7月8日排沙前，伊洛河口断面105.54 m水位以下，左浅槽（起点距6 799～8 116 m）和右深槽（起点距8116～9 147 m）的面积分别为1 460 m2和2 896 m2，宽度B分别约为1 317 m和1 031 m。假设全断面流量4 113 m3/s全部集中在右深槽，则“右深槽”的流速仅为1.42 m/s。实际上伊洛河口左浅槽部分是过流的（实测资料如此，而且其确实发生了淤积），由此可见，在流量4 113 m3/s时，伊洛河口断面右深槽的流速还要明显小于1.42 m/s。在排沙流量小于4 113 m3/s时，伊洛河口断面右深槽的流速更小。

综上，断面宽浅是伊洛河口这类断面发生淤积的重要原因，而河道严重淤积又会引起本河段的水位抬升。

（3）纵剖面的影响。图6为根据2019年4月统测大断面测时水位点绘的西霞院坝下115 km河段的水面线。大断面施测水位沿程变化反映了河道比降变化。2019年汛前，下古街（西霞院坝下16.27 km）以上河段的平均比降为6.85/10 000，而下古街以下河段的比降仅为1.49/10 000，下古街以下河段的纵比降明显小于上段的。根据比降估算，同样的流量、河道横断面形态和糙率，下古街以下河道的流速只有下古街以上河道流速的50%。在其他条件一致的情况下，纵比降小的河道，流速也小，从而引起河道淤积。这也是造成纵向上的淤积部位主要在下古街以下河段的原因之一，这和2012年汛期、2018年汛期排沙十分相似[2-3]。

（4）水位抬升的原因。花园镇断面7月24日测时水位为112.73 m，根据汛期加测断面，计算该水位的过水面积为2 732 m2，考虑洪水演进、沿程坦化和沿程引水，推算的流量为3 075 m3/s，则相应流速不到1.13 m/s，流速很小。而自7月8日至7月24日，花园镇断面并未发生淤积，显然，这是其下游宽浅河段的大量淤积，引起水位抬升向上游产生壅水导致的。图7为排沙期间花园镇断面和伊洛河口断面的平均河底高程变化过程，花园口、开仪及神堤在3 000 m3/s流量下水位的变化过程，为显示水库排沙过程，图7（a）中还套绘了西霞院水库的输沙率过程线。

4 結 语

（1）2019年，进入下游的水量为470.02亿m3，比2000—2018年平均值262.05亿m3偏多79%;2019年进入下游的沙量为5.451亿t，比2000—2018年平均值0.796亿t偏多585%。2019年是小浪底水库运用以来，进入下游水沙量最多的一年。自7月8日至8月18日的排沙期间，小浪底水库出库水量92.6亿m3，累计排沙5.317亿t，库区冲刷4.107亿t。

（2）小浪底水库集中排沙期间（7月8日至8月18日），进入下游沙量5.354亿t，采用沙量法计算的黄河下游利津以上淤积3.498亿t，淤积量占来沙量的65%，在高村以上河道淤积量中花园口以上占了87%，这说明淤积主要集中在花园口以上河段。排沙过后，逯村、花园镇、开仪、赵沟、化工3 000 m3/s水位分别抬升了1.17、1.51、1.50、1.27、1.26 m，局部河段水位抬升十分突出。

（3）分析了花园口以上河段发生淤积和水位抬升的原因。①水沙条件。流量小于3 000m3/s的水流挟带的沙量为2.338亿t，占总量的44%，而流量大于4 000 m3/s的水流挟带的沙量为0.323亿t，仅占总量的6%。小流量的流速小，即使单股河槽也容易造成河道深槽淤积，对于宽浅断面及多股河的河道，流速更小，河槽淤积尤其严重。②越宽浅的断面流速越小，淤积越严重。例如，伊洛河口断面流量为4 113 m3/s时断面平均流速仅0.94 m/s。③纵剖面的影响。下古街（西霞院坝下16.27 km）以上河段的平均比降为6.85/10 000，而下古街以下河段的比降仅1.49/10 000，下古街以下河道的流速只有下古街以上河道流速的50%。在其他条件一致的情况下，纵比降小的河道，流速也小，从而更容易引起河道淤积。这也是造成纵向上的淤积部位在下古街以下河段的原因之一。④水位抬升的原因。伊洛河口等宽浅断面发生淤积，引起本河段水位抬升，继而引起水位抬升向上游产生壅水，使其上游的窄深断面（如花园镇）的水位抬升、流速大幅降低，继而又发生淤积。

（4）目前，黄河下游花园口以上平滩流量较大，有一定的滞沙能力，这为利用河道调沙提供了可能。然而排沙期河道的淤积并不是平铺在花园口以上整个河段，通常是堆积在局部河段，从而使局部河段同流量水位剧烈抬升，造成河道排洪能力急剧降低。建议在以后的水库排沙过程中密切关注局部河段的水位抬升幅度，随时调整水库调度方式，以免造成漫滩。

参考文献：

[1] 黄河水利委员会.2019年汛期黄河洪水技术总结[R].郑州：黄河水利委员会，2019：5-25.

[2] 孙赞盈.2012年汛期黄河下游局部河段淤积严重的原因分析[C]//中国水利学会泥沙专业委员会.第九届全国泥沙基本理论研究学术讨论会论文集.北京：中国水利学会泥沙专业委员会，2014：190-193.

[3] 孙赞盈，尚红霞，彭红.2018年汛期黄河下游河道排洪能力分析[J].人民黄河，2019，41（12）：8-12.

【责任编辑 张 帅】