海勃湾枢纽对坝后河道冲淤的影响

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00139

摘要/Abstract

摘要：

随着黄河上游控制性水利枢纽相继投入运用，黄河内蒙古段河道冲淤演变格局得到重塑。利用水文站实测数据，系统分析了海勃湾水利枢纽建设运行前后坝后河道水沙变化特征。基于河道断面高程数据，从滩槽冲淤（横向）及沿程冲淤（纵向）两方面定性分析坝后河道形态变迁，采用断面地形法定量计算坝后河道冲淤变化量。结果表明：海勃湾水利枢纽蓄水运用后，坝后河道的水沙搭配条件显著改善，来沙系数、单位径流量的输沙量降幅较大，对坝后河道减淤冲刷作用明显。坝后河道横纵断面变迁以冲刷为主，冲淤演变过程经历了淤积（2004—2012年）、冲淤过渡（2012—2014年）、冲刷（2014—2020年）3个阶段。

关键词: 河道冲淤, 断面地形法, 来水来沙条件, 水利工程调度

Abstract:

With the application of the control water projects in the upper reaches of the Yellow River， the evolution pattern of the channel erosion and siltation in the Inner Mongolia reach has been reshaped. Based on the measured data of hydrology station， the characteristics of river water and sediment change before and after the construction of Haibowan reservoir are analyzed systematically. Based on the elevation data of the channel section， the morphological changes of the channel were qualitatively analyzed from two aspects of the scouring and silting （transverse） and the scouring and silting （longitudinal） along the channel， and the variation of the channel scouring and silting was quantitatively calculated by the cross-section topographic method. The results show that after the reservoir is used， the water and sediment matching conditions of the downstream channel are improved significantly， and the sediment coefficient and sediment transport rate per unit runoff decrease greatly， which has obvious effect on reducing silting and scour of the downstream channel. The change of the transverse and longitudinal sections of the river is dominated by scour， and the evolution process of scour and silting has experienced three stages： silting （2004-2012）， scour and silting transition （2012-2014） and scour （2014-2020）. The results can provide a scientific basis for river course control and flood mitigation in Inner Mongolia.

Key words: channel scouring and silting, section topographic method, water and sand conditions, scheduling of water conservancy projects

中图分类号:

TV147

陈琼, 刘晓民, 刘廷玺, 张红武, 刘国峰, 王文娟. 海勃湾枢纽对坝后河道冲淤的影响[J]. 中国沙漠, 2022, 42(3): 139-147.

Qiong Chen, Xiaomin Liu, Tingxi Liu, Hongwu Zhang, Guofeng Liu, Wenjuan Wang. Influence of construction and operation of the Haibowan Junction on the downriver channel erosion and deposition[J]. Journal of Desert Research, 2022, 42(3): 139-147.

图/表 13

图1 研究区概况及断面布设

Fig.1 Overview of the study area and schematic diagram of section layout

图2 1960—2019年石嘴山站水沙条件

Fig.2 Water and sediment conditions in Shizuishan Station from 1960 to 2019

图3 1973—2019年巴彦高勒站水沙条件

Fig.3 Water and sediment conditions in Bayan Gaole Station from 1973 to 2019

图4 1973—2019年含沙量

Fig.4 Sediment concentration from 1973 to 2019

图5 1973—2019年来沙系数

Fig.5 Sediment coefficient from 1973 to 2019

表1 不同时段水沙条件变化幅度（%）

Table 1 Reduction of water and sediment conditions in different periods

时段	年径流量		年输沙量		含沙量		来沙系数
时段	石嘴山	巴彦高勒	石嘴山	巴彦高勒	石嘴山	巴彦高勒	石嘴山	巴彦高勒
1987—2014年	-21.9	-34.9	-24.4	-39.0	0.0	-0.8	32.2	64.4
2015—2019年	-3.6	-16.4	-13.7	-80.5	-39.5	-78.2	-37.6	-71.5

图6 石嘴山站年水沙量双累计曲线

Fig.6 Double accumulative curve of annual water and sediment at Shizuishan Station

图7 巴彦高勒站年水沙量双累计曲线

Fig.7 Double accumulative curve of annual water and sediment at Bayan Gaole Station

图8 典型断面套绘图

Fig.8 Drawing of typical section sleeve

图9 深泓点沿程变化

Fig.9 The depth points change along the path

图10 2004—2020年冲淤量沿程变化

Fig.10 The variation of erosion and deposition along the river from 2004 to 2020

图11 2004—2020年冲淤强度变化

Fig.11 Change of erosion and deposition strength from 2004 to 2020

表2 不同河段冲淤统计

Table 2 Scour and silting statistics of different reaches

时段	DM1—DM4段		DM4—DM12段		DM12—DM23段
时段	冲淤量 /万m³	冲淤强度 /(m³·m^-1·a^-1)	冲淤量 /万m³	冲淤强度 /(m³·m^-1·a^-1)	冲淤量 /万m³	冲淤强度 /(m³·m^-1·a^-1)
2004—2009年	-257.39	-77.29	276.71	24.17	-2 450.66	-204.90
2009—2012年	-185.59	-92.89	-533.93	-77.72	-526.07	-73.31
2012—2014年	101.25	76.02	351.79	76.81	576.57	120.52
2014—2017年	559.60	280.08	1 318.70	191.95	791.08	110.24
2017—2020年	358.67	179.52	1 515.10	220.54	952.27	132.70

参考文献 31

1	Zhao Y， Cao W H， Hu C H，et al.Analysis of changes in characteristics of flood and sediment yield in typical basins of the Yellow River under extreme rainfall events［J］.Catena，2019，177： 31-40.
2	张金良，练继建，张远生，等.黄河水沙关系协调度与骨干水库的调节作用［J］.水利学报，2020，51（8）：897-905.
3	Guo L C， Su N， Zhu C Y，et al.How have the river discharges and sediment loads changed in the Changjiang River basin downstream of the Three Gorges Dam？［J］.Journal of Hydrology，2018，560：259-274.
4	Xu J X.Decreasing trend of sediment transfer function of the Upper Yellow River，China，in response to human activity and climate change［J］.Hydrological Sciences Journal，2015，60（2）：311-325.
5	姚文艺，高亚军，张晓华.黄河径流与输沙关系演变及其相关科学问题［J］.中国水土保持科学，2020，18（4）：1-11.
6	陈萍，申红彬，吴保生，等.黄河下游冲淤量计算方法［J］.水力发电学报，2013，32（6）：157-164.
7	马睿，马良，张罗号，等.黄河流域典型沙质河段冲淤量预估方法及应用［J］.水利学报，2016，47（10）：1277-1286.
8	吴保生，刘可晶，申红彬，等.黄河内蒙古河段输沙量与淤积量计算方法［J］.水科学进展，2015，26（3）：311-321.
9	章若茵，王彦君，韩巧兰，等.基于沙量平衡法的黄河下游河道冲淤量计算［J］.泥沙研究，2018，43（3）：21-27.
10	陈建国，周文浩，陈强.小浪底水库运用十年黄河下游河道的再造床［J］.水利学报，2012，43（2）：127-135.
11	衡勇.小浪底水库运用以来黄河下游封丘河段再造床过程及对策研究［D］.郑州：华北水利水电大学，2019.
12	李少希，杨云平，张华庆，等.三峡工程运行前后的长江中游河段冲淤变化（1975-2017年）［J］.湖泊科学，2021，33（5）：1520-1531.
13	白涛，哈燕萍，马盼盼，等.黄河宁蒙段河道过流能力［J］.中国沙漠，2018，38（5）：1093-1098.
14	岳志春，苑希民，田福昌，等.黄河宁蒙河段近期水沙特性及冲淤过程研究［J］.天津大学学报（自然科学与工程技术版），2019，52（8）：810-821.
15	白涛，麻蓉，马旭，等.黄河上游沙漠宽谷河段水沙阈值与输沙特征［J］.中国沙漠，2018，38（3）：645-650.
16	胡春宏，张治昊.论黄河河道平衡输沙量临界阈值与黄土高原水土流失治理度［J］.水利学报，2020，51（9）：1015-1025.
17	张金良，鲁俊.黄河内蒙古河段河道冲淤演变与凌情响应机制［J］.水科学进展，2021，32（2）：192-200.
18	张晓华，姚文艺，郑艳爽.黄河宁蒙河道输沙特性与河床演变［M］.郑州：黄河水利出版社，2016：105-110.
19	段光磊，彭严波，郭满姣.河道实测冲淤量不同计算方法结果比较分析［J］.长江科学院院报，2014，31（2）：108-113，118.
20	Wu X Y， Hu X Y， Liu M X，et al.Numerical research on reservoir sedimentation predictions under scheduled operations［J］.ISH Journal of Hydraulic Engineering，2020，26（3）：343-352.
21	Wang X J， Li D D， Yuan X M，et al.Analysis of runo-sediment cointegration and uncertainty relations at different temporal scales in the middle reaches of the Yellow River，China［J］.Water，2020，12（2589）：1-21.
22	刘清兰，陈俊卿，陈沈良.调水调沙以来黄河尾闾河道冲淤演变及其影响因素［J］.地理学报，2021，76（1）：139-152.
23	刘慰，王随继，王彦君.黄河下游河道断面形态参数变化及其水沙过程响应［J］.地理科学，2020，40（9）：1563-1572.
24	史常乐，牛兰花，赵国龙，等.三峡大坝-葛洲坝河段水沙变化及冲淤特性［J］.水科学进展，2020，31（6）：875-884.
25	姚文艺，张晓华，高亚军，等.黄河沙漠宽谷段水沙变化特征及驱动因素［J］.中国沙漠，2017，37（2）：361-371.
26	安催花，鲁俊，钱裕，等.黄河宁蒙河段冲淤时空分布特征与淤积原因［J］.水利学报，2018，49（2）：195-206，215.
27	王新宏，吴巍，周孝德.西北旱区多泥沙河库水沙数值模拟及调控研究［M］.北京：科学出版社，2018：2-10.
28	魏婧.黄河石嘴山～巴彦高勒段河床冲淤演变特征分析［J］.中国水运（下半月），2016，16（2）：145-147.
29	申红彬，吴保生，吴华莉.黄河下游河道边界条件影响输沙效率研究述评［J］.水科学进展，2019，30（3）：445-456.
30	卢金友，朱勇辉.水利枢纽下游河床冲刷与再造过程研究进展［J］.长江科学院院报，2019，36（12）：1-9.
31	李子文，秦毅，陈星星，等.2012年洪水对黄河内蒙古段冲淤影响［J］.水科学进展，2016，27（5）：687-695.