流量變化對(duì)黃河下游河道演變影響

1、流量變化對(duì)黃河下游河道演變影響摘要：作者通過對(duì)1958、1964、1973、1985及1997各年黃河下游花園口、高村、艾山、利津水文站逐日平均水文資料的流量級(jí)分析，得到花園口、高村、艾山、利津水文站日均造床流量1958年為340044003/s；1964年530056003/s；1973年為270033003/s；1985年有兩個(gè)峰值，分別為190020003/s和380045003/s；1997年仍有兩個(gè)峰值，花園口和高村水文站為6807403/s和190028003/s，艾山和利津水文站為2002503/s和5108203/s。將上述結(jié)論與對(duì)實(shí)測(cè)資料的分析相結(jié)合，得到造床流量明顯下降及較

2、大日均流量(20003/s)出現(xiàn)頻率大大減少甚至不再出現(xiàn)是黃河下游小流量輸沙、河道淤積、“小水大災(zāi)的根本原因。關(guān)鍵詞：黃河下游有效輸沙流量造床流量在人類大量引水、天然降水偏枯1,2等人為和自然因素作用下，自1972年開場(chǎng)斷流，直至90年代的頻繁斷流，對(duì)黃河下游河床演變產(chǎn)生了深入的影響1,3，河道尤其是主槽淤積加重，使黃河下游防洪面臨前所未有的宏大壓力，“小水大災(zāi)已成為黃河下游流域水資源突出的問題之一4?！靶∷鬄?zāi)是黃河下游河床隨來水來沙自動(dòng)調(diào)整的結(jié)果。本文試圖通過對(duì)1958、1964、1973、1985年1997年黃河下游花園口、高村、艾山、利津水文站逐日平均水文資料的流量級(jí)分析及比照，來尋求

3、其內(nèi)在原因及解決黃河下游“小水大災(zāi)、水資源短缺的方法。1黃河下游造床流量分析1.1分析方法的選取與多年流量過程的綜合作用相當(dāng)，而又對(duì)塑造河床起著控制作用的代表性流量為造床流量。目前，分析造床流量的方法很多，大致可以分為：平灘流量法、輸沙率法、輸沙量法及輸水量法、河床變形強(qiáng)度法等。針對(duì)黃河等多沙河流，張紅武等人提出了輸沙才能法，吉祖穩(wěn)等人提出了水沙綜合頻率法5,6。本文采用輸沙率法來對(duì)黃河下游花園口、高村、艾山、利津水文站1958、1964、1973、1985及1997各年逐日平均水文資料進(jìn)展流量級(jí)分析，從而得到相應(yīng)的造床流量。1.2數(shù)據(jù)的選取本文選取黃河下游花園口、高村、艾山、利津水文站195

4、8、1964、1973、1985及1997各年逐日平均水文資料進(jìn)展流量級(jí)分析，含沙量取懸移質(zhì)含沙量。黃河下游河道演變主要決定于來水來沙條件，據(jù)來水來沙特點(diǎn)和三門峽水庫運(yùn)用情況，其河道演變可以大致分為六個(gè)時(shí)期，各時(shí)段水沙特點(diǎn)如下：19501960年為三門峽水庫修建前的天然情況，根本無人類引水，為豐水多沙系列；19601964年為三門峽水庫“蓄水?dāng)r沙期及“滯洪攔沙期，河道沖刷；19641973年為三門峽水庫“滯洪排水期，為平水多沙系列，河道淤積；19731997年為三門峽水庫“蓄清排渾運(yùn)用期，在此期間內(nèi)根據(jù)來水來沙條件不同又分為：19731980年河道少量淤積、19801985年河道沖刷、1985

5、1997河道萎縮三個(gè)時(shí)期7。1958、1964、1973、1985及1997各年分別代表黃河下游河床演變的各時(shí)段。1.3計(jì)算結(jié)果lan和iller在1960年首次提出了“地貌功的概念，并給出了河流有效流量流量級(jí)分析的計(jì)算方法811。假設(shè)河流流量頻率服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，輸沙率作為流量功函數(shù)，那么輸沙效率即流量出現(xiàn)頻率與輸沙率乘積最大處的流量值為輸沙的有效流量，就長時(shí)期內(nèi)河流輸沙量而言在該流量處最大911。根據(jù)此方法本文對(duì)黃河下游花園口、高村、艾山、利津水文站1958、1964、1973、1985及1997各年逐日平均水文資料進(jìn)展了流量級(jí)分析，結(jié)果如圖1所示。圖1花園口、高村、艾山、利津水文站在19

6、58、1964、1973、1985及1997各年日均流量的輸沙效率圖1(a)為花園口、高村、艾山、利津水文站1958年日平均各級(jí)流量輸沙效率(即流量出現(xiàn)頻率與輸沙率乘積)，分別以25003/s、25003/s、15003/s、8003/s分級(jí)。圖1(b)為花園口、高村、艾山、利津水文站1964年日平均各級(jí)流量輸沙效率，均以10003/s分級(jí)。圖1()為花園口、高村、艾山、利津水文站1973年日平均各級(jí)流量輸沙效率，均以5003/s分級(jí)。圖1(d)為花園口、高村、艾山、利津水文站1985年日平均各級(jí)流量輸沙效率，分別以8003/s、8003/s、8003/s、6003/s分級(jí)。圖1(e)為花園口

7、、高村水文站1997年日平均各級(jí)流量輸沙效率，分別以5003/s、2022/s分級(jí)；圖1(f)為艾山、利津水文站1997年日平均各級(jí)流量輸沙效率，分別以1803/s、1503/s分級(jí)。從圖1(a)中可以看到，花園口、高村、艾山、利津水文站在1958年相應(yīng)于輸沙效率最大處的日均流量分別為：3450.33/s、3362.83/s、3697.23/s、4335.63/s，其中艾山和利津水文站還有另一較大輸沙日均流量：6597.53/s和6808.63/s?？偟膩碚f，在1958年黃河下游河道根本處于無人類影響的狀況下，其輸沙效率最大日均流量為340044003/s。從圖1(b)中可以看到，花園口、高村

8、、艾山、利津水文站在1964年相應(yīng)于輸沙效率最大處的日均流量分別為：5367.53/s、5457.93/s、5518.33/s、5494.43/s，也就是說在1964年黃河下游河道在三門峽水庫“蓄水?dāng)r沙及“滯洪攔沙運(yùn)用使河道沖刷時(shí)，其輸沙效率最大日均流量為530056003/s。從圖1()中可以看到，花園口、高村、艾山、利津水文站在1973年相應(yīng)于輸沙效率最大處的日均流量分別為：3203.83/s、3209.23/s、2732.63/s、2710.43/s，也就是在1973年黃河下游河道在三門峽水庫“滯洪排沙期河道淤積時(shí)，其輸沙效率最大日均流量為270033003/s。從圖1(d)中可以看到，

9、在1985年黃河下游花園口、高村、艾山、利津水文站在水豐沙少的情況下，相應(yīng)于輸沙效率較大處的日均流量均為雙峰值，分別為：190020003/s和380045003/s，使河道根本處于沖刷狀態(tài)。從圖1(e)和1(f)中可以看到，在1997年黃河下游花園口、高村、艾山、利津水文站，相應(yīng)于輸沙效率較大處的日均流量仍均為雙峰值，其中花園口、高村水文站的兩個(gè)日均流量峰值分別為：6807403/s和190028003/s，艾山、利津水文站的兩個(gè)日均流量峰值分別為：2002503/s和5108203/s，河道處于萎縮狀態(tài)。根據(jù)文獻(xiàn)811，圖1中相應(yīng)于輸沙效率(即流量出現(xiàn)頻率與輸沙率乘積)最大處的日均流量是黃

10、河下游花園口、高村、艾山、利津水文站懸移質(zhì)輸沙最大的流量，是其懸移質(zhì)有效輸沙流量。由于懸移質(zhì)有效輸沙流量與全沙有效輸沙流量接近10，因此該流量也是黃河下游園口、高村、艾山、利津水文站的有效輸沙流量。對(duì)于一個(gè)處于穩(wěn)定或是演變中的河道，有效流量是造床流量的計(jì)算值8,12。而造床流量這一概念的引入是假定這一流量和多年流量過程是綜合造床條件作用相等8,12，它是河床演變尤其是造床作用的反映。對(duì)于黃河這一舉世出名的水少沙多河流來說，泥沙的淤積與沖刷是其河床演變的關(guān)鍵，因此對(duì)其下游河道造床起決定作用的流量必然是輸沙最大的流量，即有效輸沙流量。也就是說，對(duì)黃河下游花園口、高村、艾山、利津水文站來說，造床流量

11、與其上述相應(yīng)年份的輸沙最大的流量是相當(dāng)?shù)?。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.2黃河下游“小水大災(zāi)分析“小水大災(zāi)、同流量水位升高，是黃河下游河道淤積的結(jié)果。從表1中可以看到，1997年花園口水文站年均含沙量為10.49kg/3，小于其19511990年間的多年平均值26.2kg/3，汛期平均含沙量為14.31kg/3也小于其19511990年間汛期的多年平均值37.8kg/3，說明在1997年黃河下游來沙量的減少大于來水量的減少；而且1997年花園口水文站年均含沙量及其汛期平均含沙量也低于河道根本處于沖刷狀態(tài)的1964年和1985年的年均含沙量及其汛期平均含沙量，但河道卻處于萎縮狀態(tài)。究其原因，黃河下游造床

12、流量的明顯減少是河道淤積的直接原因?；▓@口水文站的造床流量從1958年的3450.343/s降到1997年的2748.183/s，利津水文站的造床流量那么從1958年的3450.343/s降到1997年的2748.183/s，利津水文站的造床流量那么從1958年的4335.633/s大幅下降到1997年的517.253/s。與此同時(shí)，花園口日均流量20003/s時(shí)花園口至利津河段的淤積量從1958年的0.802億t增加到1997年的1954億t，該淤積量占花園口輸沙量的百分比也從1958年的2.9%增加到1997年的52.5%(如表2所示)，也就是說1997年花園口水文站來沙量的一半是在花園口

13、日均流量20003/s時(shí)淤積在花園口至利津河段的。與此同時(shí)，花園口水文站日均流量20003/s的天數(shù)從1958年的139天降到1997年的57天，而艾山和利津水文站日均流量20003/s的天數(shù)那么從1958年的139天降到1997年的0天(如表3所示)。相應(yīng)的利津水文站輸沙量占花園口水文站輸沙量的百分比從1958年的表1花園口水文站為來水來沙特點(diǎn)變化表2花園口日均流量20003/s時(shí)花園口至利津河段淤積狀況年份徑流量/億3輸沙量/億t年均含沙量/(kg/3)汛期平均含沙量/(kg/3)19581964197319851997610.5877.7360.9473.9355.027.3216.38

14、15.787.943.7244.7418.6643.7316.7610.4954.9922.9865.5425.7214.31年份花園口日均流量20003/s時(shí)花園口至利津河段淤積量/億t花園口日均流量20003/s時(shí)花園口至利津河段淤積量占花園口輸沙量百分比(%)195819641973198519970.8020.4830.9500.5801.9542.92.96.07.352.576.02%降至1997年的4.03%(如表4所示)，也就是說日均流量的大大下降是造床流量下降、小流量輸沙、河道淤積的原因。表3黃河下游主要水文站日均流量20003/s的天數(shù)表4利津輸沙量占花園口輸沙量百分比年份

15、花園口高村艾山利津19581964197319851997139206646857139205656111392116064013921555550年份利津輸沙量(億t)利津輸沙量占花園口輸沙量百分比(%)1958196419731985199720.7720.2512.157.560.1676.02123.6377.0095.214.30黃河下游日均流量的大大下降，主要原因是中上游水庫尤其是龍羊峽水庫和劉家峽水庫1986年以來結(jié)合調(diào)度，使黃河下游來流流量調(diào)平、洪峰流量消減、汛期來水水量減少13，致使其有效造床流量大大降低、較大日均流量(20003/s)出現(xiàn)的頻率大大減少甚至不再出現(xiàn)。3結(jié)論本

16、文通過對(duì)黃河下游花園口、高村、艾山、利津水文站1958、1964、1973、1985及1997各年逐日平均水文資料進(jìn)展的流量級(jí)分析，得到有效輸沙流量即造床流量的減小及較大日均流量(大于20003/s)出現(xiàn)頻率的大大減少甚至不再出現(xiàn)是黃河下游“小水大災(zāi)根本原因。增大造床流量并相應(yīng)減少小流量輸沙，是解決黃河下游“小水大災(zāi)、水資源短缺的出發(fā)點(diǎn)。要解決黃河下游近年來尤其是1986年以來頻繁斷流、“小水大災(zāi)、同流量水位升高等等生態(tài)環(huán)境問題，需要通過市場(chǎng)調(diào)節(jié)、行政干預(yù)、水庫調(diào)節(jié)、南水北調(diào)等多種手段，對(duì)黃河進(jìn)展綜合流域治理，使用于黃河下游輸沙的流量等于其較大的有效輸沙流量，即日均流量為300040003/s

17、，才能有效改變黃河下游河道萎縮的場(chǎng)面。參考文獻(xiàn)：1許炯心.人為季節(jié)性河流的初步研究J.地理研究，2000，19(3).2劉昌明，成立.黃河干流下游斷流的徑流序列分析J.地理學(xué)報(bào)，2000，55(3).3許炯心，陸中臣，劉繼祥.黃河下游床床萎縮過程中畸形河灣的形成機(jī)理J.泥沙研究，2000，(3).4姚文藝，侯志軍.黃河下游萎縮性河道挖河減淤的臨界比降研究J.水利學(xué)報(bào)，2001，(4).5張紅武，張清，江恩惠.黃河下游河道造床流量的計(jì)算方法J.泥沙研究，1994，(4).6吉祖穩(wěn)，胡春宏，閻頤，牛建新.多沙河流造床流量研究J.水科學(xué)進(jìn)展，1994，5(3).7趙文林.黃河泥沙.鄭州：黃河水利出版社，1996.8錢寧，張仁，周志德.河床演變學(xué).北京：科學(xué)出版社，1987.9lanG,illerJP.agnitudeandfrequenyffresingerphipressesJ.JunralfGelgy,1960,68.10NashDB.Effetivesedient-transprtingdishargefragnit