站点过流能力现状分析

根据黄河水利委员会公布的1987—2011年各关键控制断面的实测断面数据（黄河泥沙公报2002—2011），分析近20年以来关键断面的冲淤变化，为确定各控制断面的现状过流能力奠定基础。图5-10～图5-13给出了石嘴山、巴彦高勒、三湖河口、头道拐四个关键控制断面的冲淤变化。

图5-10　黄河石嘴山站断面冲淤变化图

图5-11　黄河巴彦高勒站断面冲淤变化图

图5-12　黄河三湖河口站断面冲淤变化图

图5-13　黄河头道拐站断面冲淤变化图

2011年汛前与1992年同期相比，石嘴山站断面形态没有发生大的变化，局部有冲淤。2011年汛前与2010年同期相比，断面形态基本保持一致，主槽右岸冲刷并向右扩展约15m，1093.00m水位下河道过流面积增加27m2。

2011年汛前与1992年同期相比，巴彦高勒站断面形态变化较小，局部有冲淤。1055.00m水位下断面过流面积减少约144m2。2011年汛前与2010年同期相比，断面形态变化不大，左岸主槽冲刷，1055.00m水位下断面过流面积增加约49m2。

2011年汛前与1992年同期相比，三湖河口站断面形态发生较大变化，主槽左移，1021.00m水位下断面过流面积减少约194m2。2011年汛前与2010年同期相比，主槽刷深，两岸嫩滩淤积，1021.00m水位下断面过流面积仅减小约8m2。

2011年汛前与1987年同期相比，头道拐站断面形态发生较大变化，主槽右移，深泓点抬升，991.00m水位下断面过流面积减少约439m2。2011年汛前与2010年同期相比，断面主槽左冲右淤，深泓点抬升，991.00m水位下断面过流面积减少约86m2。

可以看出，三湖河口站和头道拐站近20年主槽的摆动和淤积较为严重，石嘴山站和巴彦高勒站主槽的变化不大。由于测站断面的冲淤变化，进而影响了断面的过流面积，水位—流量关系也随之改变，如2010—2011年畅流期重要断面的水位—流量关系曲线如图5-14所示。根据各站实测的水位—流量数据，绘制了各站各年水位—流量关系变化图，如图5-15～图5-18所示。

由图5-14（a）和图5-15可知，石嘴山站2010—2011年水位—流量关系的线性相关系数0.95，呈现出良好的线性关系。与1992年水位流量关系对比，石嘴山站2011年的水位—流量关系曲线形态由单一线变为顺时针绳套曲线，涨水段1000m3/s以下曲线较1992年抬高约0.15m，落水段向左上方抬升，1000m3/s以下曲线较1992年抬高约0.07m。与2010年相比，绳套曲线方向相反，涨水段抬高约0.15m，落水段基本重合。石嘴山站近20年同一流量的水位抬高不多，其水位—流量关系曲线趋于平稳。

图5-14（一） 各站2010—2011年畅流期水位—流量关系曲线

图5-14（二） 各站2010—2011年畅流期水位—流量关系曲线

巴彦高勒站2010—2011年水位—流量散点图如5-14（b）所示，线性关系略差。从图5-16可以看出，与1992年水位—流量关系对比，2011年的曲线方向相反，2010年的曲线向左上方抬升，但曲线整体向左上方抬升，同流量水位抬高。对应落水段1000m3/s流量水位较1992年抬高约0.55m。2010—2011年水位—流量曲线与2010年的水位—流量曲线变化不大，整体较2010年略有上升，幅度约0.11m。近20年来，巴彦高勒站同一水位的过流能力减少420～560m3/s，最大流量由1680m3/s降至1490m3/s。

由图5-14（c）和图5-17可知，三湖河口站2010—2011年水位—流量关系的线性相关系数0.92，呈现出较好的线性关系。与1987年水位流量关系对比，曲线形态有所变化，水位—流量曲线逐渐向直线趋近，且整体向右上方抬升，1000m3/s流量的水位较1987年抬高约1.45m，实测的流量值也有显著增加，最大流量达到了1740m3/s。特别地，同一水位的流量无交集，说明同一水位的流量变化剧烈。以1018.50m水位为例，1987年通过该高程的流量为800～1000m3/s，2011年通过该高程的流量不足100m3/s。较2010年而言，2011年的水位—流量关系略有上升，1000m3/s流量对应水位抬高0.18m，平移趋势与1987年类似。近20年来，三湖河口站同一水位的过流能力减少1000～1400m3/s，主要原因是泥沙冲淤导致该高程淹没或严重淤积抬高水位。(www.xing528.com)

图5-15　黄河石嘴山站各年断面水位—流量关系变化图

图5-16　黄河巴彦高勒站各年断面水位—流量关系变化图

由图5-18可知，头道拐站2011年与1987年水位—流量关系对比，曲线整体上移的幅度不大，且曲线也有向直线变化的趋势，曲线整体呈现逆时针绳套，略向右上方抬升，1000m3/s流量的水位较1987年抬高0.10m，最大流量虽然由1200m3/s增加到1450m3/s，但同一水位下流量减少90～120m3/s。与2010年相比，2011年的水位—流量关系曲线基本与之重合，略有抬升，约0.02m。

图5-17　黄河三湖河口站各年断面水位—流量关系变化图

图5-18　黄河头道拐站各年断面水位—流量关系变化图

由上述描述可以看出，各关键控制断面同一水位下的流量均有所减少，以三湖河口站和巴彦高勒站的流量减幅最大，从侧面说明了三湖河口水文监测断面的泥沙淤积情况最为严重。各站的水位—流量关系发生了显著的变化，整体向右上方移动，且三湖河口站和头道拐站的水位—流量关系曲线有向直线变化的趋势。除巴彦高勒站外，石嘴山站、三湖河口站及头道拐站的实测最大流量均有显著增加，增幅最大的为三湖河口站。说明三湖河口站虽然泥沙淤积严重，河床抬高致使河底高程抬升，但其过流能力增加，主要原因可能是该断面采取加高堤防、河道整治加大了平滩流量，增加了主槽的过流能力。

由此可知，近年来随着沙漠宽谷河段河道演变，河床抬高，河道断面形态变化，河道的过流能力显著降低。如何定量得到各站的现状过流能力，对于安全、顺利地开展水沙调控具有重要的意义。以2001—2011年沙漠宽谷河段各水文站的实测径流数据为准，参照各站历史最大流量，由绘制的各关键控制断面近11年的水位—流量散点关系图统计得到畅流条件下的现状过流能力。以三湖河口站为例，图5-19和图5-20给出了2006年、2007年、2008年三湖河口站的水位—流量关系散点图。

图5-19　黄河三湖河口站2006年水位—流量关系散点图

图5-20　黄河三湖河口站2007年和2008年水位—流量关系散点图

表5-2　关键控制断面历史最大流量及现状过流能力

根据近10年三湖河口断面的水位—流量散点关系图，三湖河口站近年的流量变化趋于平稳，最小流量为280m3/s，最大流量为1740m3/s。据此，可统计出三湖河口站的最大过水流量为1740m3/s。以此类推，可得到其他各站畅流条件下的最大过水流量。参照各站历史最大流量，表5-2给出了各关键控制断面现状过流能力。

由得到的关键控制断面现状过流能力，推得各站畅流期最大过流能力对应的水位分别为1232.28m、1136.78m、1088.43m、1052.25m、1020.13m、988.08m。根据2011年各站测流断面的大断面测绘图，可得出最大过流能力对应的水位位置。除三湖河口外，其余各关键控制断面的行流均在主槽内过流，三湖河口站左岸部分漫滩。

上述得到的各关键控制断面的现状过流流量是否是各站的最大安全流量？从对各关键控制断面的实地考察来看，河道内安全行流受主槽位置、生产堤位置、黄河大堤位置以及堤防内的村庄与耕地等人为情况的限制，部分河段主要在主槽内行流，部分河段把平滩流量和漫滩流量作为最大安全流量。因此，需要对黄河上游沙漠宽谷河段河道的堤防情况进行分析，确定堤防的防洪级别、长度及材料，确定不同流量对应的安全水位，为确定可靠、合理的最大安全流量提供理论支撑。