河段水沙规律分析：不同区间的趋势比较

为了进一步深入地对研究区域水沙规律进行研究，本节拟将研究区域划分为不同的河段，针对不同河段对水沙规律进行分析。

研究成果表明，由于地理位置、地质地貌、河道形态、来沙条件等差异，河流河道不同区域的水沙规律也存在明显的不同。如峡谷河段与冲击性平原河段、河床形态稳定河段与浅槽游荡河段以及比降大小不同的河段，其水沙规律往往也是不同的。对于黄河上游沙漠宽谷河段而言，内蒙古河段的水沙关系就远比宁夏河段的复杂，这主要与河床比降、河道形态以及区间来沙条件不同有关。本节以黄河上游沙漠宽谷河段各水文站为划分节点，将研究区域划分为不同的区间，根据收集的1952—2003年各水文站流量、含沙量以及区间河段冲淤量的实测资料，点绘区间河段入口流量与区间冲淤量的关系，重点分析不同河段不同含沙量情况下下游河道淤积、冲刷对应的流量特征，以确定水沙调控时不同河段不同含沙量的水沙阈值系列，为确定水沙调控期间的控泄流量奠定基础。

5.1.2.1　下河沿—青铜峡河段

将下河沿—青铜峡河段的含沙量分为四个区间，即0～3kg/m3，3～7kg/m3，7～15kg/m3和大于15kg/m3，点绘下河沿站洪水期平均流量与下河沿—青铜峡区间河段的冲淤量关系散点图，如图5-3所示，分析该区间河段的水沙规律。

图5-3　洪水期下河沿—青铜峡河段冲淤量与下河沿平均流量关系图

由图5-3可知，在不同含沙量、不同流量的情况下，下河沿—青铜峡河段的河道的冲淤形态不同，有冲有淤，冲淤量的变化不大，下河沿站流量主要集中在1000～1500m3/s和2500～3000m3/s两个区间内。下河沿—青铜峡河段区间最大冲刷量为1.0531亿t，发生在1959年8月，对应的下河沿站流量和含沙量分别是2410m3/s、20.57kg/m3；最大淤积量为0.4540亿t，发生在1970年，对应的下河沿站流量和含沙量分别是1600m3/s、24.69kg/m3，均是在高含沙量时出现极值。区间多年冲淤量大多在±0.20亿t以内。含沙量分布以0～3kg/m3为主，3～7kg/m3次之。说明下河沿站的来沙少，总体上含沙量不大。

不同的含沙量、不同的流量，表现在下河沿—青铜峡河段河道的冲淤形态也不同。当水流含沙量在0～3kg/m3时，流量小于1000m3/s时，区间冲淤量几乎为0，冲淤相对平衡；流量达到1000m3/s时，含沙量在0～3kg/m3时冲刷量达到最大值，河道冲刷效果最佳；当流量在1000～1500m3/s时，冲淤量反而减小；当流量增大到2000～3000m3/s时，河道整体虽表现为冲刷，但冲刷量较1000m3/s时显著减小。

可以看出，当含沙量由0～3kg/m3增加到3～7kg/m3时，下河沿流量从1000～1500m3/s增加到2500～3000m3/s，呈现出“大水挟大沙”的基本规律。总体而言，不同流量等级下均出现不同的含沙量，含沙量未呈现出随流量的增加而增加的趋势。下河沿—青铜峡河段区间的冲淤量并不随着流量的增加而增大，即并非是流量越大，对区间河段的冲刷越大，只有在特定的含沙量区间内，随着流量的增大，冲淤量有所增加。

5.1.2.2　青铜峡—石嘴山河段

与上一河段一致，将含沙量同样划分为四个区间，点绘青铜峡站洪水期平均流量与青铜峡—石嘴山区间河段的冲淤量关系，如图5-4所示。

在图5-4中，随着河道的下移，青铜峡—石嘴山区间含沙量主要以3～7kg/m3为主，泥沙含量较上一河段有所增加。

图5-4　洪水期青铜峡—石嘴山河段冲淤量与下河沿平均流量关系图

与下河沿—青铜峡河段不同，当水流含沙量为0～3kg/m3流量在600m3/s时，青铜峡—石嘴山河段已开始冲刷，且随着流量的增加，青铜峡—石嘴山河段均发生冲刷，冲刷程度随流量的增加有明显的递增趋势。流量增加到2300m3/s时，区间河段的冲刷量也达到含沙量为0～3kg/m3时的最大值，冲刷量为0.1420t。因此，青铜峡—石嘴山河段含沙量小于3kg/m3时，青铜峡站流量在623～2500m3/s以内，区间河道均发生冲刷，且流量越大，冲刷量越大。

当水流含沙量为3～7kg/m3时，青铜峡—石嘴山河段有冲有淤，但河段总体呈冲刷状态。流量小于1000m3/s时，区间冲淤量为正，青铜峡—石嘴山河段河道呈微淤状态；当流量达到1000～1500m3/s时，区间河道有冲有淤，总体上表现为淤积。随着流量的增加，当青铜峡洪水期流量在1500～2500m3/s时，区间河道开始冲刷，且在流量达到2130m3/s时，青铜峡—石嘴山河段河道的冲刷量0.1620亿t，达到最大值，河道冲刷效果最佳；当流量增加到2500～4000m3/s时，区间河段总体上呈明显的冲刷状态，但冲刷量呈明显的衰减趋势。

当水流含沙量在7～15kg/m3时，流量在500～1500m3/s左右时，区间河段的冲淤量一直为正，青铜峡—石嘴山河道处于淤积状态；当流量达到1500～2000m3/s时，区间河道有冲有淤，但总体表现为淤积；当流量大于2000m3/s后，区间河道的淤积量明显上升，河道淤积严重。表现出随着流量的增大淤积量也增加的规律。

当水流含沙量大于15kg/m3时，随着流量的增加，河道淤积量显著增加，且未出现河道冲刷的情况。说明含沙量大于15kg/m3后，大流量也改变不了青铜峡—石嘴山区间河道的冲淤状态，河道不具备输沙条件。

5.1.2.3　石嘴山—巴彦高勒河段

由图5-5可知，石嘴山—巴彦高勒区间含沙量以3～7kg/m3为主，占到了1952—2003年中的30年，较上一河段3～7kg/m3含沙量的比例明显增加，其次以7～15kg/m3为主，0～3kg/m3与大于15kg/m3的含沙量出现情况很少。石嘴山站流量主要集中在1000～1500m3/s和2000～3000m3/s两个区间内。各含沙量、流量情况下的淤积量主要集中在0.01亿t以内，而冲刷量在0.50亿t以内，说明石嘴山—巴彦高勒区间的含沙量较小，大流量有利于区间河道的冲刷。

图5-5　洪水期石嘴山—巴彦高勒河段冲淤量与下河沿平均流量关系图

石嘴山—巴彦高勒区间含沙量在0～3kg/m3的情况很少，且流量偏小，在1000m3/s左右，区间河道有冲有淤，冲淤基本平衡。

当含沙量在3～7kg/m3时，流量变化幅度最大，从最小值787m3/s到最大值4290m3/s，河道有冲有淤，但冲刷量明显大于淤积量。当流量在500～2000m3/s时，区间河道的冲淤量有正有负，冲淤相对平衡；随着流量的增大，当流量大于2000m3/s后，区间河道的冲淤量全为负，区间河道冲刷，特别是流量在2500m3/s左右，石嘴山—巴彦高勒区间河道，随着流量的增加，冲刷量从0.10亿t迅速增大到0.30亿t，冲刷效果最佳。(www.xing528.com)

当含沙量在7～15kg/m3时，石嘴山—巴彦高勒区间河道分别在最小和最大流量区间发生明显淤积，流量在1500～2500m3/s区间时发生冲刷，且冲刷量不随流量的增加而增加，一直保持在0.10亿t左右。当石嘴山流量在1000～1500m3/s时，石嘴山—巴彦高勒区间河道有冲有淤，总体上呈微淤状态；当石嘴山流量增加到1500～2500m3/s时，区间河道呈明显的冲刷形态，且冲刷量保持在0.10亿t左右；当流量增加超过2500m3/s以后，冲淤量由负转正，区间河道开始冲刷，且冲刷量随流量增加增大。

含沙量超过15kg/m3的情况出现较少，流量在1000m3/s时，河道冲刷；流量增加到2500m3/s左右时，区间河道反而淤积。说明石嘴山—巴彦高勒区间河道在沙量超过15kg/m3的情况下不适宜大水输沙冲沙。

5.1.2.4　巴彦高勒—三湖河口河段

由图5-6可知，巴彦高勒—三湖河口区间含沙量以7～15kg/m3为主，较上一河段以7～15kg/m3为主的含沙量明显增加，其次以3～7kg/m3为主，0～3kg/m3与大于15kg/m3的含沙量出现情况很少。巴彦高勒站流量主要集中在500～1500m3/s和2000～2500m3/s两个区间内。各含沙量、流量情况下的冲淤积量主要集中±0.2亿t以内，说明巴彦高勒站的含沙量增大后，大含沙量不利于河道的冲刷，巴彦高勒—三湖河口区间河道的总体呈现微淤。

图5-6　洪水期巴彦高勒—三湖河口河段冲淤量与下河沿平均流量关系图

巴彦高勒—三湖河口区间含沙量在0～3kg/m3的情况很少，流量在1000m3/s以内，区间河道处于冲刷。随着含沙量增大到3～7kg/m3，流量在500～1500m3/s时，巴彦高勒—三湖河口区间河道总体呈淤积形态；当流量增加到2000～2500m3/s时，河道冲刷，且冲刷量增幅显著，达到该含沙量时的最大冲刷量。此时，巴彦高勒站流量为2720m3/s，区间河段的冲刷量达到0.2056亿t。

当含沙量为7～15kg/m3时，巴彦高勒—三湖河口区间河道总体呈明显的淤积形态，一直到流量接近4000m3/s时，河道进入冲刷。当流量在500～1500m3/s时，巴彦高勒—三湖河口区间河道淤积，淤积量达到0.20亿t以上；当流量在2000～2500m3/s时，区间河道整体的淤积情况有所缓解，部分流量出现冲刷，但总体上呈淤积，且淤积量达到该含沙量时最大值，达0.2465亿t。随着流量增大到3500m3/s以上，区间河道开始冲刷，且在4109m3/s时达到最大的0.3352亿t。

含沙量大于15kg/m3以后，区间河道处于明显淤积状态，淤积量在流量很小时就超过了含沙量为7～15kg/m3时的最大值。当流量增加到2500m3/s时，巴彦高勒—三湖河口区间河道的淤积量达到所有含沙量范围内的最大值。

5.1.2.5　三湖河口—头道拐河段

随着河道的下移，下游河道三湖河口—头道拐河段洪水期的流量、含沙量与冲淤量的关系有所改变。首先，含沙量增加。三湖河口—头道拐河段的含沙量以7～15kg/m3为主，占到历年的一半以上，含沙量在3～7kg/m3区间的次之，比上游河段的含沙量明显增大，且其他含沙量的情况极少。其次，区间河道的冲淤平衡被打破，淤积量在0～0.40亿t内，冲刷量在0～0.20亿t区间内。最后，三湖河口站流量主要集中在500～1500m3/s和2000～2500m3/s两个区间内。三湖河口—头道拐河段区间最大冲刷量为0.2228亿t，发生在1971年10月，对应的巴彦高勒站流量和含沙量分别是2240m3/s、6.83kg/m3；最大淤积量为0.3811亿t，发生在1981年9月，对应的巴彦高勒站流量和含沙量分别是3989m3/s、7.84kg/m3。

图5-7　洪水期三湖河口—头道拐河段冲淤量与下河沿平均流量关系图

当水流含沙量为0～3kg/m3时，三湖河口—头道拐区间河段总体呈明显的淤积状态，且流量在1000m3/s以内。

当三湖河口站含沙量增加到3～7kg/m3时，流量在500～1500m3/s内区间河段有冲有淤，总体上呈明显的淤积状态，淤积量在0～0.20亿t内，且有流量越小淤积量越大、流量越大淤积量越小的趋势。当流量在1500～2500m3/s时，区间河道冲多淤少，河道冲刷量增加，且在流量为2240m3/s时达到区间河段的最大冲刷量。

随着含沙量进一步加大到7～15kg/m3时，洪水期流量与河段冲淤量的散点图主要落在这一区域内。当流量在500～1500m3/s时，区间河段淤积多冲刷少，且依然存在流量越小淤积量越大、流量越大淤积量减小的趋势。当流量在2000～2500m3/s时，区间河段有冲有淤，淤积形式有所减缓，但整体上依旧呈明显的淤积形态。当流量大于2500m3/s后，流量越大，淤积量反而越大，最终在3989m3/s时淤积量达到最大值。

当含沙量大于15kg/m3时，河道处于淤积形态。

将上述各区间水沙规律总结、归纳，可以得到以下结论：

（1）宁夏河段各站的含沙量分布较为均匀，虽以0～3kg/m3、3～7kg/m3为主，但其他含沙量区间均有出现。内蒙古河段主要以3～7kg/m3、7～15kg/m3为主，0～3kg/m3以及大于15kg/m3的情况极少。下游河段的含沙量较上游河段明显增大，含沙量随河道下移有增大的趋势，即下河沿—青铜峡区间平均含沙量最小，三湖河口—头道拐区间含沙量最大。

（2）宁夏河段各站洪水期的流量在1000～3000m3/s内，内蒙古河段各站流量有所减少，基本在500～2500m3/s以内。

（3）宁夏河段水沙冲淤规律较内蒙古河段呈现出不同的特点。当流量在1000m3/s左右时，宁夏河段有冲有淤，冲淤基本平衡，只有在大含沙量时淤积明显；内蒙古河段呈现出明显的淤积形态，在小流量时就产生淤积。

（4）各站冲刷效果较好的区域集中在含沙量3～7kg/m3、流量2000～3000m3/s的区域内。当然，随着流量的增大，部分站点在流量大于4000m3/s时获得了区间的最大冲刷量。

（5）当含沙量大于15kg/m3以后，无论区间河段多大的流量，河道基本处于严重淤积的形态。即，研究区域的泥沙含量超过15kg/m3以后，基本不具有水沙调控条件。