水库建成前后下游河道水沙关系变化分析

根据刘家峡、龙羊峡不同的投产运行时间，将1954—2006年系列分为1968年以前（天然）、1969—1986年（刘家峡单库运行）、1987年以后（龙刘两库联合调度运行）三个时段（李秋艳等，2012）。表4-2给出了不同时期黄河上游沙漠宽谷河段河道实测水量、沙量的变化情况。根据汛期各站水量、沙量占年水量沙量的比例，绘制了图4-7和图4-8。

表4-2　黄河上游沙漠宽谷河道产水、产沙情况

1954—1968年下河沿、石嘴山、头道拐各水文站汛期水量占全年径流量的六成以上，而沙量占到了全年输沙量的八成以上，说明黄河上游沙漠宽谷河段的泥沙输送主要发生在汛期，验证了黄河干流“大水挟大沙”的泥沙输移规律。

图4-7　1954—2006年沙漠宽谷河段汛期占全年径流量的百分比变化

图4-8　1954—2006年沙漠宽谷河段汛期占全年径流量的百分比变化

1968—1986年刘家峡水库参与调蓄后，各站年水量较1954—1968年分别减少5.3%、7.7%和10.5%，但年沙量较1954—1968年分别减少达49.7%、52.5%和38.2%。一方面与下河沿来沙量减少有关，另一方面说明刘家峡水库有效地控制了下游河道的泥沙，减少了泥沙在河道中的淤积。1968—1986年各站汛期水量较1954—1968年有所减少，汛期水量与非汛期水量基本持平，汛期沙量占全年输沙量的比例略有减小，说明刘家峡利用年调节库容有效地调节了水量，蓄丰补枯。

1987—2006年龙羊峡、刘家峡联合运行后，各断面的水量和沙量均明显减小，各水文站多年平均水量较1954—1968年分别减少28.7%、32.7%和43.3%，沙量分别减少66.1%、60.2%和78.2%，较1968—1986年分别减少24.8%、27.1%和36.7%，沙量分别减少32.6%、16.2%和64.6%。经过龙羊峡、刘家峡水库的调蓄，各断面汛期水量仅占全年的三成，非汛期水量与汛期的比例与刘家峡单库运行期间比例完全颠倒。1987—2006年各站汛期沙量占全年输沙量的比例分别是57.6%、49.0%和55.5%，较1968—1986年的83.6%、73.5%和78.7%分别降低16.0、24.5和23.2个百分点，年沙量的变化幅度远远大于年水量的变化幅度。汛期泥沙的减少，势必会引起非汛期泥沙的增加，从而改变了汛期水量大沙量大的水沙时空分布规律。黄河上游龙羊峡、刘家峡梯级水库的联合运行，改变了黄河上游沙漠宽谷河段各站年内的水沙分配。

图4-9　1952—2006年头道拐水文站含沙量、流量累积距平曲线(www.xing528.com)

由表4-2、图4-7和图4-8可知，头道拐水文站1952—2006年年平均水量、沙量分别以1969年、1987年为分界点，表现为三阶段特征，年平均水量和沙量分别在1969年、1987年出现最小的极值点。为了进一步分析头道拐水文站水量、沙量年际变化的变异情况，本节以1950—2006年头道拐水文站流量和年均含沙量数据为准，绘制流量、含沙量的累积距平曲线（Lishan，2010），如图4-9所示。可以看出，含沙量累积距平曲线和流量累积距平曲线在1968年和1986年出现明显的突变。

头道拐水文站年径流量和年输沙量的累积距平曲线显示出同样的规律（侯素珍等，2012），如图4-10所示。

图4-10　1952—2006年头道拐水文站年径流量、输沙量累积距平曲线

由图4-10可知，1961年以后年径流量和年输沙量的累积距平值开始出现不同步现象，但年径流量和年输沙量未出现突变，这是由于盐锅峡水库投产运行后对河道水沙的调节所致。1968年、1986年头道拐水文站年径流量和年输沙量的累积距平值发生突变。头道拐水文站含沙量和流量累积距平曲线、年径流量和年输沙量的累积距平曲线分别在1968年、1986年发生突变，凸显出水沙关系以1968年、1986年为分界点，出现三个不同阶段，且在分界点处发生突变，其突变点正是刘家峡、龙羊峡水库开始蓄水的年份，说明刘家峡、龙羊峡水库的投产运行，对头道拐水文站多年水沙关系的突变具有主导影响作用。

为了深入分析刘家峡、龙羊峡水库投产运行对下游水文站点水沙关系的影响，本节以建库前后各水库下游控制水文站历年水量、输沙量数据为准，分别点绘刘家峡下游控制水文站小川站、龙羊峡下游控制水文站贵德站年水量与输沙量关系曲线，如图4-11和图4-12所示，分析水库建成前后下游水文站的水沙关系变化。

图4-11　小川水文站年水量与输沙量关系曲线

图4-12　贵德水文站年水量与输沙量关系曲线

由图4-11可知，刘家峡水库建库前小川水文站年水量与输沙量呈现明显的线性关系，1952—1968年年均输沙量0.81亿t，年平均流量925m3/s；刘家峡水库自1969年开始蓄水，投产运行后小川水文站年水量与输沙量的线性关系发生改变，1969—1986年年平均输沙量0.16亿t，年平均流量910m3/s，相同流量建库前后输沙量减少80%左右，说明小川水文站的水沙关系在刘家峡建库前后发生明显变化。与刘家峡建库前后的情况类似，龙羊峡下游贵德水文站年水量与输沙量关系曲线也发生变化，如图4-12所示。龙羊峡建库前贵德水文站年水量与输沙量呈指数关系，建库后趋于线性关系，且多年平均输沙量由建库前的0.25亿t减少到建库后0.03亿t，减幅达88%；多年平均流量由建库前698m3/s减少到建库后547m3/s，减幅22%。

刘家峡、龙羊峡水库相继投产运行，改变了下游水文站点天然水量、沙量的时空分布和年内分布，改变了下游水文站点的水沙关系，减少了下游各水文站的年径流量和汛期径流量，对下游河床的冲淤带来不利影响，使黄河上游沙漠宽谷河段河道的冲淤局势进一步恶化。