黄河小北干流泥沙影响及防治对策探讨

发表日期:2005-12-10 浏览人数: 作者:薛选世 来源:网易  评论

黄河小北干流为典型的堆积游荡性河道,由于泥沙问题突出,水少沙多,水沙不协调,对社会、经济、环境和河流健康都造成很大影响,使河道萎缩,河床不断淤积抬高,滩槽高差减小,过洪能力降低,河势游荡加剧,洪水漫滩机率增加,临背差加大,滩地盐碱化严重,生态环境恶化,潼关高程居高不下,严重影响防洪、防凌安全。甚至出现小水大险,灾害严重。在高含沙洪水时,还会引发特有的“揭河底”冲刷现象。因此,关键在于增水减沙,调水调沙,协调水沙关系。要坚持科学的发展观,加强流域一体化综合管理,大力建设资源节约型、环境友好型社会,实行预防为主,保护为先,统筹兼顾,标本兼治,综合治理,进一步规范人类活动,采取保、节、拦、排、调、放、挖等综合措施,统筹协调水沙。强化工程、法律、行政、政策、经济、技术等手段,加速河道治理,建立完善工程和非工程体系及干支流水沙调控体系,大力实行开源节流,合理配置、高效利用、节约保护水资源,不断提高用水效率和效益。加快南水北调工程建设,尽快实施引水济渭工程,加大黄土高原水土保持工作力度,大力开展黄河小北干流引洪放淤,相机进行调水调沙,充分利用水库死库容拦沙,合理调整三门峡水库的运用方式,尽快降低潼关高程,有效治理利用黄河泥沙,促使水沙平衡,进一步控制理顺河势,塑造相对窄深河槽,提高河道综合功能。同时,可实行群库联合调度,在潼关河段塑造高含沙洪水,促成“揭河底”冲刷,以有效降低潼关高程,保持三门峡库区长治久安,维持河流健康生命,使人与自然和谐共处。

1、水沙特性

11水少沙多,水沙不平衡

根据19197月~20026月龙门水文站实测资料统计,龙门水文站多年平均水沙量分别为294.5亿m38.81亿t(见表1,多年平均含沙量29.9kg/m3。最大含沙量1040 kg/m3。沙量之多,含沙量之高,水少沙多,水沙关系失调。

1    黄河小北干流河段不同时期水沙量表

水文站

时期

水量(亿m3

沙量(亿t

(年)

710

116

76

710

116

76

龙门

1919-1949

198.4

130.4

328.8

8.9

1.3

10.2

1950-1959

191.5

123.6

315.1

10.75

1.11

11.86

1960-1969

202.9

138

340.9

10.12

1.26

11.38

1970-1979

150.6

132.6

283.2

7.81

0.86

8.67

1980-1989

146.6

132.1

278.7

3.88

0.81

4.69

1990-2002

73.8

108.6

182.4

3.64

0.85

4.49

1986-2002

82.1

112.1

194.2

3.8

0.83

4.63

1919-2002

167

127.6

294.6

7.72

1.09

8.81

河津

1919-1949

9.7

5.6

15.3

0.45

0.03

0.48

1950-1959

11.9

5.5

17.4

0.66

0.04

0.7

1960-1969

9.9

8.4

18.3

0.29

0.06

0.35

1970-1979

6.7

3.3

10.0

0.18

0.01

0.19

1980-1989

4.1

2.6

6.7

0.04

0

0.04

1990-2002

2.7

1.4

4.1

0.02

0

0.02

1986-2002

3.1

1.6

4.7

0.03

0

0.03

1919-2002

7.9

4.6

12.5

0.31

0.02

0.33

 

龙门

河津

  

1919-1949

208.1

135.9

344.0

9.35

1.33

10.68

1950-1959

203.4

129.1

332.5

11.41

1.15

12.56

1960-1969

212.8

146.4

359.2

10.41

1.32

11.73

1970-1979

157.2

135.8

293.0

7.99

0.87

8.86

1980-1989

150.7

134.7

285.4

3.92

0.82

4.74

1990-2002

76.5

109.9

186.4

3.79

0.86

4.65

1986-2002

85.2

113.6

198.8

3.91

0.84

4.75

1919-2002

174.9

132.2

307.1

8.03

1.12

9.15

特别是自20世纪80年代以来,进入黄河小北干流的水量、沙量大幅度减少。龙门站1986年~2002年平均年水量为194.2亿m3,仅占20世纪50年代来水量的61.6%,汛期水量仅为50年代的42.9%。平均年沙量为4.63亿t,仅占20世纪50年代来沙量的39.1%,汛期沙量为20世纪50年代的35.3%。

1986年以来,大流量出现机遇明显减少,小流量出现机遇明显增加。1986年~2002年汛期大于2000m3/s流量出现天数平均每年汛期为6,大于1000m3/s流量出现天数平均为30天,与1950年~1985年汛期大于2000m3/s流量出现天数平均40天、大于1000m3/s流量出现天数平均为90天相比,大大减少(见表2)

2          黄河龙门1950~2001年实测汛期各级流量出现天数统计表

水文系列

流量级(m3/s

天数(天)

年平均天数(天/年)

1950

1985

36年)

0Q≤ 400

217

6

400Q≤ 1000

973

27

1000Q≤ 2000

1815

50

2000Q≤ 2500

605

17

2500Q≤ 3000

381

11

3000Q≤ 4000

310

9

4000Q≤ 5000

78

2

Q5000

49

1

Q >2000

1423

40

合计

4428

123

1986

2002

17年)

0Q≤ 400

620

36

400Q≤ 1000

951

56

1000Q≤ 2000

415

24

2000Q≤ 2500

57

3

2500Q≤ 3000

32

2

3000Q≤ 4000

10

1

4000Q≤ 5000

2

0

Q5000

4

0

Q2000

105

6

合计

2091

123

12来水来沙异源

黄河小北干流河段的水量主要来自河口镇以上水多沙少的清水来源区,河口镇多年平均来水量235.7亿m3,多年平均输沙量1.24亿t,水量占龙门站的79.5%,而沙量仅占14%。而泥沙则主要来自河口镇至龙门之间水少沙多、含沙量高的多沙粗沙来源区,该区间多年平均来水量60.6亿m3,输沙量7.64亿t,含沙量为126.1kg/m3,水量占龙门站的20.5%,而沙量占龙门站的86.0%。

13水沙量年际年内分布不均

一是水沙量年际间分布不均。龙门水文站最大年沙量为1967年的24.24 亿t(按水文年,下同),为最小年沙量1.96亿t2000年)的12.4倍;最大年水量为552.1亿m31967年),为最小年水量131.2亿m32002年)的4.2倍。二是水沙量年内分布不均,主要集中于汛期。龙门水文站多年平均汛期水量为167.0亿m3,占全年水量的56.7%。多年平均汛期沙量为7.72亿t,占全年沙量的87.6%。

19877月以来,水沙量年内分配发生了新的变化,水沙条件更为不利。该河段汛期水沙量分别较1986年以前减少了13.5%和7.2%,且减水幅度大于减沙幅度。1950年7月~19876月,来沙系数为0.010 19877月~19976月为0.012,19907月~1997年6月为0.014,来沙系数逐时期增大,水沙条件更为不利。

2、泥沙来源及其组成

21泥沙来源

黄河流域的黄土高原面积为64万平方公里,就有45.4万平方公里的水土流失区,而产沙集中在中游的黄土丘陵沟壑区,其间黄河两岸粒径组成有明显的分带性,从西北到东南中值粒径从0.045mm以上,逐渐减小到0.015mm以下。据对三门峡库区及下游河道主槽淤积物的粒径分析,73%为大于0.05毫米的粗颗粒泥沙。这些泥沙主要来自7.86万平方公里,仅占黄土高原地区面积12.3%,侵蚀模数大于5000t/km2.a,且粗沙模数大于1300t/km2·a的多沙粗沙区,产沙量高达11.82亿吨,占黄河流域总输沙量的74%,粗泥沙量达3.19亿吨,占粗泥沙量的77%,主要分布于两个地区:一是干流头道拐~吴堡区间的两岸支流,主要有皇甫川(出口站皇甫)、孤山川(高石崖)、窟野河(温家川)、秃尾河(高家川)等,其中值粒径多在0.030mm以上;二是吴堡以下无定河(白家川)、北洛河(刘家河以上)及泾河(马莲河、蒲河)上游地区,以及晋西北的忻县地区,主要涉及黄土丘陵沟壑区、黄土高塬沟壑区。其中粒径大于0.1毫米,且粗泥沙输沙模数为1400吨每平方公里以上的区域为粗泥沙集中来源区,总面积1.88万平方公里。占多沙粗沙区面积23.9%,产生的泥沙却高达4.08亿吨,占多沙粗沙区产沙的34.55%;产生的粗沙(粒径大于0.05毫米)为1.52亿吨,占多沙粗沙区的47.6%;产生粒径大于0.1毫米的粗沙为0.61亿吨,占多沙粗沙区的68.5%。主要涉及黄河中游右岸皇甫川、清水川、孤山川、窟野河、秃尾河、佳芦河、无定河、清涧河、延河等9条主要支流,该区域地貌形态复杂多样,具有沟壑密度大、坡度陡、切割深的特点,形成了黄土高原强烈产沙的地貌形态组合。

22泥沙组成及变化特点

黄河流域中游地区主要是暴雨产流产沙,全年泥沙的80%以上来自汛期,根据有关资料统计,1957年至2000年,龙门站平均悬沙粒径小于0.025mm的占45.7%,其中710月占45.1%,小于0.05mm的占71.7%,其中710月占71.3%,大于0.05mm的占28.3%,其中710月占28.3%。潼关站平均悬沙粒径小于0.025mm的占52.4%,其中710月占54.2%,小于0.05mm的占79%,其中710月占81.3%,大于0.05mm的占21%,其中710月占18.7%1986年以来,其泥沙组成发生了新的变化,主要呈现以下几个特点:一是中游干流汛期来沙量及各分组泥沙量都大量减少。河口镇、龙门、潼关三个站1986年后年均沙量比1968年前分别减少80%、50%46%(见表3)。二是粗泥沙比例相对减少,细泥沙比例却相对增加。1986年后河口镇细泥沙(d<0.025mm)、中泥沙(0.025mm<D<0.05MM)、粗泥沙的年均沙量分别比1968年前减少7585%;龙门各分组沙量减幅分别为38%、57%72%;潼关减幅为40%、51%60%,因而粗泥沙减少最多,中泥沙次之,细泥沙最少,三是中游干、支流各站中值粒径D50均有所减小。尤其进入90年代以后,来沙细化十分显著。四是泥沙组成规律也发生了变化。沙量越大,粗泥沙比例越高,沙量越小,细沙比例越高,7~8月份的泥沙相对910月份细一些。

3  黄河中游干流汛期不同时期各分组沙量多年平均值表

站 名

时 期

沙 量(亿t)

占全沙比例(%

全沙

细沙

中沙

粗沙

细沙

中沙

粗沙

河口镇

19601968

1.587

0.981

0.378

0.228

62

24

14

19711986

0.929

0.556

0.208

0.165

60

22

18

19871995

0.325

0.209

0.058

0.058

64

18

18

龙 门

19601968

10.193

4.541

2.821

2.831

44

28

28

19691986

6.148

2.896

1.648

1.604

47

27

26

19871996

4.832

2.819

1.224

0.789

59

25

16

潼 关

19611968

12.745