黄河重大水利工程设计沙量论证.pdf
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1、 收稿日期:基金项目:国家重点研发计划项目();中国保护黄河基金会资助项目(,)作者简介:张建(),男,陕西泾阳人,正高级工程师,主要从事工程泥沙和水利规划工作:【水文泥沙】黄河重大水利工程设计沙量论证张 建,万占伟,陈松伟,(黄河勘测规划设计研究院有限公司,河南 郑州;水利部黄河流域水治理与水安全重点实验室(筹),河南 郑州)摘 要:为科学预判黄河未来来沙量,支撑黄河治理开发与重大工程建设论证,在分析近期水沙变化特征和水沙变化原因的基础上,采用水文法、成因分析法对黄河未来沙量进行预估,认为黄河近期实测沙量明显减少,同时有利于输沙的大流量历时和水量大幅度减少,水流输沙动力大大减弱,水沙关系仍不
2、协调,在不考虑小浪底水库拦沙的情况下,下游河道仍会呈现淤积状态。分析认为近期沙量减少的主要影响因素是水利水保工程大量建设和降雨强度降低,二者的作用分别占 和。从黄河治理开发与重大战略工程建设角度,综合考虑已有研究成果及预测的不确定性,提出黄河重大水利工程论证应采用未来年均入黄沙量为 亿 左右。关键词:水沙变化;气候降雨;人类活动;水土保持;影响因素;黄河流域中图分类号:;文献标志码:引用格式:张建,万占伟,陈松伟黄河重大水利工程设计沙量论证人民黄河,():,(,;,(),):,:;年以来黄河实测水沙量显著减少,尤其输沙量减少更为明显,潼关水文站年均输沙量由 年的 亿 减少至 年的 亿。黄河水沙
3、情势的剧烈变化引起了社会各方关注,并针对近期黄河水沙变化原因和发展趋势开展了大量研究。姚文艺等认为与 年相比,年黄河中游产沙量减少 亿,降雨因素占,水利水保措施作用占,并预测 年、年黄河年均来沙量分别为 亿 亿 和 亿 亿。刘晓燕提出 年黄河流域下垫面因素减沙量为 亿 亿,主要产沙区年均雨量和雨强与 年相当,预测在 年下垫面和 年平均降雨量情况下,潼关年均输沙量为 亿。年黄河水利委员会组织开展的“黄河水沙变化研究”提出 年黄河总减沙量为 亿,其中降雨因素约占,人类活动因素约占,预估在黄河古贤水库投入运用后,未来 黄河潼关站年均输沙量 亿 亿,未来 年均输沙量 亿 第 卷第 期 人 民 黄 河
4、,年 月 ,亿。胡春宏预计未来 ,潼关站年均沙量将稳定在 亿 左右。王光谦等认为潼关站输沙量 年左右达到最低点,未来 、年均输沙量分别为 亿、亿、亿。由于黄河水沙变化复杂,因此学者对黄河未来沙量的变化趋势仍存在不同认识,这成为重大工程开发论证中争论的焦点,给黄河治理开发规划带来了诸多影响。因此,有必要站在黄河治理开发及重大工程建设的角度,慎重论证水沙变化趋势。黄河近期水沙变化特征黄河具有水少沙多、水沙异源、水沙关系不协调、水沙年际变化大等特点。年黄河干流潼关站实测多年平均径流量 亿、输沙量 亿,平均含沙量 。世纪 年代以来,受气候变化和人类活动影响,黄河实测水沙发生了变化。)实测水沙量明显减少
5、。潼关站 年年均水沙量分别为 亿、亿,较 年分别减少 和。河口镇至龙门区间(河龙区间)水沙量减少幅度分别为、,主要产沙区用于输沙的水量大幅度减少。)干流径流量年内分配发生变化,汛期比例减小。年以前,干流头道拐、龙门、潼关站汛期来水量的比例分别为、。受水库调蓄和工农业用水影响,年以来,头道拐、龙门、潼关站汛期来水量的比例下降为 左右。)汛期有利于输沙的大流量历时和水量减少。潼关站汛期日均流量大于 、的平均历时由 年以前的年均、分别减少到 年以来的年均、,相应水量由年均 亿、亿减少到 亿、亿,水流输沙动力大大减弱。)水沙异源及水沙关系不协调的特性未发生变化。黄河流域地貌类型决定了黄河水沙异源的特性
6、不会发生变化,黄河 的水量仍来自于河口镇以上、的沙量仍来自河口镇至潼关区间。年以来黄河水沙量均有所减少,但潼关站汛期含沙量仍为 左右,且汛期有利于输沙的大流量历时和水量大幅度减少,水沙关系仍不协调。在不考虑小浪底水库拦沙的情况下,下游河道仍会呈现淤积状态。近期水沙变化原因 近期水沙变化主要影响因素黄河水沙变化不仅与气候降雨因素有关,而且与水利工程、生态建设工程和经济社会发展等人类活动因素有关。古贤水利枢纽可行性研究采用水文法,利用黄河流域水文设计成果修订提出的黄河主要控制站近期下垫面天然径流量,提出 年黄河总减沙量 亿,其中:降雨因素减沙 亿,约占;人类活动减沙 亿,约占。降雨强度降低、过程均
7、匀化是近期沙量减少的重要原因分别采用日雨量资料、降水量摘录资料,统计黄河主要产沙区河口镇至龙门区间 年不同时段年降水量、月降水量以及不同强度降水量变化(见表),可以看出,年河龙区间年均降水量与 年相当,但主汛期 月降水量较 年减少,其中雨强大于 的降水量减少,减少更加明显。一方面,黄土高原降雨强度降低不利于坡面产流输沙,从而导致入黄沙量减少;另一方面,降雨强度降低、过程均匀化有利于林草植被生长,进一步减少了土壤侵蚀。表 不同时段河龙区间年均降水量统计时段不同时段降水量 全年主汛期不同雨强降水量亿 不同时段天然径流量 亿 全年 主汛期 年 年 年 年 年 年 水利水保工程大量建设,显著减少了入黄
8、泥沙截至 年,黄河流域水土保持措施累计面积约 万,建设淤地坝 万余座,其中骨干坝约 座。经分析,水利水保工程年均减少入黄泥沙亿,其中坡面措施(包括梯田、林地、草地、封禁治理)、淤地坝、水库年均减沙量分别占、和。高健翎等提出,年水土保持工程年均减少入黄泥沙 亿。李景宗等认为 年潼关以上淤地坝年均拦沙减蚀量为亿,其中年均拦沙量 亿,年均减蚀量 亿,对该时段泥沙减少的贡献率为。刘晓燕认为,黄河中游五站(龙门、咸阳、张家山、河津、头,下同)以上地区主要下垫面因素在 年的实际减沙量为 亿 亿,其中林草梯田等年均减沙 亿 亿,水库和淤地坝拦沙以及灌溉引沙实际拦(引)沙 亿,其中水库年均拦沙量亿。人 民 黄
9、 河 年第 期另外,黄土高原退耕还林还草、水资源开发利用、流域煤矿开采以及河道采砂等也对入黄泥沙减少起了一定作用。未来沙量预测 水文法预测成果未来黄河输沙量与主要产沙区产流量密切相关。年以来,黄河输沙量锐减的主要原因是黄土高原主要产沙区降雨强度降低、过程均匀化,以及水利水保工程对下垫面条件的影响,导致黄土高原坡面产流减少。水流是输送泥沙的动力,坡面侵蚀、重力侵蚀的泥沙只有依靠水流动力才能输送到河道,同时进入河道的水流可诱发重力侵蚀,使水流挟带的沙量得到充分补给,主要产沙区进入河道的水量减少是导致入黄沙量减少的直接因素。由黄河中游主要产沙区和支流汛期实测径流量与输沙量的关系(见图 和图)可以看出
10、,年以来部分年份径流量与输沙量关系发生了一定的变化,相同径流量对应的输沙量略有减少,原因主要是河龙区间降雨强度降低,洪水发生次数及洪量明显减少,相同水量的输沙能力降低。图 河龙区间汛期实测径流量与输沙量的关系图 北洛河刘家河站汛期实测径流量与输沙量的关系未来黄河来沙量与主要产沙区的水量密切相关。基于黄河流域水文设计成果修订提出的近期下垫面条件下干支流天然径流量系列成果,考虑未来气候降雨周期性变化特征,考虑水库的调节、河道外工农业用水和河道断面生态流量要求,计算干支流控制断面未来径流系列变化过程。依据近期下垫面代表时段(年以来)实测水沙资料,建立河口镇以上、河龙区间、汾河、渭河、北洛河等区域径流
11、量与输沙量的关系(见表),采用干支流控制断面未来径流系列,计算得到近期下垫面条件下黄河四站(龙门、华县、河津、头,下同)多年平均输沙量为 亿。目前黄河流域水土保持率为(水土流失治理达到微度的面积占区域面积的比例),年将达,预计 年后达到阈值,稳定在 左右。按 年以来水土保持率的增长率和期间坡面措施年均减沙量,预估未来新增的水土保持工程减沙量年均 亿 左右,则设计水平年黄河年均来沙量为 亿 左右。表 主要控制站(区间)径流量与输沙量的关系控制站(区间)关系式决定系数 河口镇以上汛 非河龙区间汛 泾河张家山站 汾河河津站 北洛河刘家河站、头站刘 刘 渭河北道站、咸阳站北 咸 北 注:、分别为汛期
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