从黄河下游928洪水看游荡性河段高含沙水流的河床演变特精.docx
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从黄河下游928洪水看游荡性河段高含沙水流的河床演变特精
从黄河下游“92.8”洪水看游荡性河段高含沙水流的河床演变特性
(1)
黄河下游花园口92.8洪水属于含沙量中等偏高的高含沙水流,洪峰也只是常遇流量级(6260m3/s)的洪峰,但洪水位异常高(94.33m),仅比1958年22300m3/s洪峰流量时的水位低0.09m。
本文通过现场查勘和对这场洪水水沙特性的分析,指出花园口站产生特高水位的直接原因是河床前期淤积,尤其是主槽淤积,以及该场洪水支、干流来水来沙的不利组合,而其根本原因却是来自于黄河上中游来水来沙的变化。
自80年代后期,黄河下游的径流量和输沙量急剧减少,并且随着流域经济建设的日益发展,下游径流来量日益减少是必然趋势,这将给黄河下游河道带来一系列新的变化,对防洪安全提出一些新的问题,需加强原型观测和深入分析研究。
关键词:
黄河高含沙洪水流量水位水沙变化
1洪水组成
1992年8月7日-13日,黄河中游陕西省境内水土严重流失地区连续发生三场大至暴雨,雨区时程分布为从陕北逐渐向陕南延伸。
第一场大雨,暴雨中心在内蒙古自治区伊克昭盟,东胜9小时降雨108mm,黄河一级支流皇甫川、孤山川和窟野河流域普降大雨,皇甫川8日7时实测最大流量5500m3/s,最大含沙量1080kg/m3,清水川8日8时54分洪峰流量1250m3/s,孤山川高石崖站8日9时06分实测洪峰流量3000m3/s,窟野河温家川站8日12时06分实测最大流量为10500m3/s,最大含沙量为1150kg/m3,由于黄河干流流量较小,洪峰传播至龙门水文站9日9时36分最大流量降至7450m3/s,最大含沙量为215kg/m3(9日20时),洪峰传播到潼关水文站10日7时42分,最大流量削减到3620m3/s;花园口流量站相应出现第一个洪峰(11日22时30分),洪峰流量2870m3/s,沙峰含沙量为91kg/m3(11日17时30分),参见表1。
表192.8第一场大雨洪峰、沙峰的相应出现时间
TBZThefirstfloodpeakdischargeandcorrespondingsedimentconcentrationinAugust1992
河名
站名
洪峰发生时间
洪峰流量(m3/s)
沙峰发生时间
沙峰含沙量(kg/m3)
皇甫川
皇甫
1992.8.87:
00
5500
1080
清水川
清水
1992.8.88:
54
1250
孤山川
高石崖
1992.8.89:
06
3000
430
窟野河
温家川
1992.8.812:
06
10500
1150
黄河干流
龙门
1992.8.99:
36
7450
1992.8.920:
00
215
黄河干流
潼关
1992.8.107:
42
3620
1992.8.118:
00
171
黄河干流
花园口
1992.8.1122:
30
2870
1992.8.1117:
30
91
摘黄河下游花园口92.8洪水属于含沙量中等偏高的高含沙水流,洪峰也只是常遇流量级(626m3/s)的洪峰,但洪
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第二场洪水发生在清涧河、无定河、延河和北洛河流域。
北洛河刘家河水文站10日12时48分出现洪峰流量6100m3/s,头站11日11时36分洪峰流量3080m3/s,最大含沙量706kg/m3;加上黄河干流来水传播到下游,于13日6时在花园口出现第二个小洪峰,洪峰流量为3400m3/s,含沙量峰值为133kg/m3(13日14时)。
第三场洪水发生在泾河和渭河。
泾河景村站于13日0时30分发生最大洪峰流量2430m3/s,13日12时传至桃源站,洪峰流量为2500m3/s,几乎在同时,13日10日渭河咸阳站出现2350m3/s的洪峰,泾渭河洪峰汇合后,在14日2时华县水文站出现3950m3/s洪峰,在向下传播过程中,与北干流龙门14日5时出现的洪峰2010m3/s组合后,
图11992.8.10~18潼关、三门峡、小浪底、花园口四站流量过程图
HydrographsofdischargeatTongguan,Sanmenxia,XiaolangdiandHuayuankoustations
在15日0时潼关站出现流量4020m3/s的洪峰,该洪峰经三门峡水库滞洪调节后,传至下游小浪底、花园口水文站先后出现第3、第4次洪峰(参见图1),其中16日18时出现的第4次洪峰,最大流量达6260m3/s。
图21992.8.10~18潼关、三门峡、小浪底、花园口
四站含沙量过程图
HydrographsofsedimentconcentrationatTongguan,Sanmenxia,XiaolangdiandHuayuankoustations
2洪水特性
2.1洪峰流量小,水位高
花园口站16日18时洪峰流量6260m3/s为该站的常遇洪峰,但其相应的洪水位高达94.33m,比1982年流量为15300m3/s的洪水位还超高0.34m,仅比1958年实测最高洪水位94.42m(洪峰流量为22300m3/s)低0.09m(见图3)。
2.2花园口洪峰流量比上游站显著偏大
小浪底水文站位于花园口水文站上游约150km,两站间有伊河、洛河和沁河等较大支流汇入。
15日20时小浪底实测洪峰流量为4560m3/s,其间伊洛、沁河可控制水文站黑石关站及武陟站实测加水共为150m3/s,即使三者洪峰流量全部遭遇其总流量为4710m3/s,比花园口实测洪峰偏小24.8%。
小花区间在加水不多的情况下,下游站洪峰流量6260m3/s超出上站洪峰流量37.3%。
图3花园口水文站历来洪水水位~流量关系图
RelationshipbetweenwaterstagesanddischargesatHuayuankou
2.3峰前水位上涨率高,峰后水位骤降
“92.8”洪水,根据小浪底流量站的实测洪水过程线来看,除第4次洪峰涨率较大外,在这之前的三次洪峰,无论其峰前陡度还是峰值均不为高,但该洪峰传播到逯村、大玉兰等处,出现水位猛涨猛落现象,花园口流量站也出现类似情况。
2.4沙峰与洪峰不相应
一般说来,水流挟带的含沙量应与流量成正变关系,即沙峰与洪峰应同时出现。
但从“92.8”流量含沙量过程线看,沙峰和洪峰有明显的错峰现象,且沙峰超前,洪峰滞后(参见图1、图2)。
3“92.8”洪水特性分析
3.1关于洪峰小、水位高的原因分析
3.1.1河床前期淤积的影响
黄河下游是多沙河流冲积河床典型河道,善淤善徒。
花园口水文站所在河段(沁河口至东坝头),在1855年由于铜瓦厢决口发生溯源冲刷,形成高滩深槽。
截至1985年,该河段河槽已逐渐回淤,回淤厚度达3~5m。
但花园口附近新淤滩面仍较老滩低1m左右,孟津至沁河口河段从1935年至1985年,河床有冲有淤,基本上处于冲淤平衡状态。
其中1980年至1985年铁榭~花园口,花园口~夹河滩河段不仅不淤,还略有微冲。
自1985年以来,由于黄河上中游出现一段相对枯水年系列,加上大型水库的径流调节,灌溉引水和水利、水土保持减水减沙的作用,汛期来水来沙减少,洪峰次数少,洪量小,含沙量高,尤其是中常洪水很少,平水期历时明显加长。
根据1986年~1989年的统计资料共有35个来水过程,其中大于6000m3/s的洪峰仅有4次,最大一次洪峰流量为7600m3/s(1988年);2000~6000m3/s的中常洪水也仅16次,另外有15次洪水均小于2000m3/s,由于洪峰流量小,除1988年洪水漫滩外,其它洪水基本上不漫滩,或只淹部分低滩,故滩地淤积不大,但由于小水带大沙,而且都在主槽中流动,故主槽有累积性淤积。
主槽为洪水下泄的主通道,主槽过水断面的缩小必将严重影响泄洪能力,一旦出现较大流量,被迫抬高相应的洪水位。
摘黄河下游花园口92.8洪水属于含沙量中等偏高的高含沙水流,洪峰也只是常遇流量级(626m3/s)的洪峰,但洪
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3.1.2“92.8”洪水期间主槽大量淤积
由“92.8”洪水流量、含沙量过程线(图1、图2)可看出,花园口河段“92.8”洪水过程由前后4个洪峰组成,其中前三个洪峰流量在2800~3800m3/s,流量不大,但相应的含沙量小浪底站实测值比花园口实测值高约200kg/m3,13日~15日小浪底实测含沙量在400kg/m3左右,小水带大沙,必然在主槽中形成大量淤积。
据输沙率法粗估,小浪底-花园口河段自1992年8月11日~1992年8月15日时进出沙量为净增2.5亿t,这使前期主槽淤积有进一步发展,当第4个洪峰到来时,造成花园口出现小流量高水位现象。
造成花园口第4个洪峰到来之前小洪峰大沙峰的现象,除了与来水来沙不利组合有关外,还与三门峡水库库区前期淤积有直接关系。
自1986年以来,特别是进入90年代后,黄河中游汛期来水偏枯,洪峰流量小,即使三门峡采用蓄清排浑的控制运用,降低汛期水位排沙,但年内未能达到冲淤平衡,1986年~1989年潼关以下库区累计淤积0.35亿m3,特别在1990及1991两年内,又增加淤积量1.6亿m3。
为了减轻三门峡库区的淤积,1992年汛期,三门峡大坝所有泄洪设施全部敞开泄洪排沙。
在“92.8”洪水过程中,坝前水位降到298.1m。
库区发生冲刷,特别是潼关以下库区冲刷量很大。
据粗略估计,潼三区间自8月12日18时起至8月17日18时冲刷总量为1.8亿t。
由于三门峡库区冲下来的泥沙粒径偏粗,又因为洪峰低洪量小,库区冲刷的泥沙大量淤积在黄河下游高村以上河段,这又进一步促进水位的抬高。
3.1.3不利的来水来沙组成
“92.8”洪水过程由三场大到暴雨所组成,其中第一场、第二场暴雨洪水传播到下游虽然流量不大,但因雨区都分布在水土流失特别严重的地区,含沙量很高,加上三门峡库区大量冲刷,使出库洪水的含沙量进一步升高,在小浪底站出现了自13日9时至15日18时长时间的含沙量高达400kg/m3的连续沙峰,黄河中下游洪水中的泥沙,含沙量越高,所含极细的泥沙颗粒越多,粘性越大,所需的能坡也将比低含沙量或清水所需的能坡