黄河泥沙动态分析(张学成,王玲,高贵成)

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黄河泥沙动态分析

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张学成,王 玲,高贵成
&F:g*w{_O0(黄委会水文局)

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摘要:文中分年和汛期两方面分析总结了1950~1999年间黄河中下游径流量、输沙量和含沙量的年际和年内分配变化特点,分析了三门峡水库不同运行时期下游河道泥沙动态。研究结果表明,黄河泥沙50年间发生了很大的变化,表现在径流量、输沙量、含沙量变化不同步,水量汛期比例减少而沙量向汛期集中等方面。

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关键词:泥沙; 动态分析; 黄河水利论文7}_+mz [C4C,`:l

作者简介:张学成(1965-),男,黄委会水文局,博士,高级工程师。水利论文:}Yfc*y+d7_UZ

1 前言

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黄河泥沙居于我国各大江河之首,也是世界上罕见的多沙河流。黄河泥沙不但对地表水资源的开发利用和水利工程效益影响较大,而且河道淤积对下游防洪威胁严重。水利论文Hu0x*k9wD9SVc

本文分析了龙门、华县、状头、河津四站(简称龙华河状,下同)、三门峡、黑石关、武陟三站(简称三黑武,下同)以及下游河道主要测站实测水沙1950年以来的年际和年内分配变化特点。水利论文0yy9N_I;@| uDS5o/l

2 龙华河状水利论文 e n`+LlZ s.S

2.1 基本变化特征

l;Z'O} `:DI0
  以年度看,龙门、华县、状头、河津四站,输沙量以龙门站最大(8.34亿t),河津站最小(0.262亿t),含沙量则以状头站最大(114.5 kg/m3),河津站最小(22.80 kg/m3)。四站合计来看,多年平均(1950~1999,下同)实测径流量374.7亿m3,实测输沙量13.01亿t,平均含沙量34.73kg/m3。同时径流量、输沙量和含沙量出现峰谷值年份不一样,例如,四站合计看,最大径流量(696.9亿m3)发生在1964年,最小径流量(157.3亿m3)发生在1997年,最大输沙量(30.57亿t)发生在1964年,最小输沙量(4.20亿t)发生在1986年,最大平均含沙量(72.95 kg/m3)发生在1977年,最小平均含沙量(13.14 kg/m3)发生在1983年。Cv值看,径流量年际变化幅度相对最小,含沙量次之,输沙量幅度最大。自相关系数看,实测径流量自相关性较好,输沙量次之,含沙量最差。
1 龙华河状四站合计1950~1999年输沙量与含沙量的对比水利论文~*N7Pp)y
Fig.1 The annual sediment load and concentration during 1950 to 1999 for the four stations

汛期看,龙门、华县、状头、河津四站,输沙量以龙门站最大(7.34亿t),河津站最小(0.236亿t),含沙量则以状头站最大(177.4 kg/m3),河津站最小(33.48 kg/m3)。四站合计来看,多年平均实测汛期径流量209.6亿m3(占年径流量56%),实测输沙量11.56亿t(占年输沙量89%,说明黄河泥沙主要来自汛期),平均含沙量55.18kg/m3。同样,径流量、输沙量和含沙量峰谷值出现不同步。例如,四站合计看,最大径流量(437.5亿m3)发生在1964年,最小径流量(58.66亿m3)发生在1997年,最大输沙量(27.79亿t)发生在1964年,最小输沙量(2.22亿t)发生在1986年,最大平均含沙量(137.5 kg/m3)发生在1977年,汛期最小平均含沙量(16.83 kg/m3)发生在1986年。 Cv值看,径流量年际变化幅度相对最小,含沙量次之,输沙量年际变化幅度最大。自相关系数看,实测径流量自相关性较好,输沙量次之,含沙量最差。水利论文Vn@Ds z3N#mGr

  表1和表2分别给出了龙华河状水沙年值和汛期特征值统计结果。图1给出了四站合计1950~1999年逐年输沙量和含沙量对比过程。可以看出,一般情况下输沙量大,含沙量高,但90年代以后却是输沙量小、含沙量较高的现象。水利论文Pgx&VTu"S'X.R

1 龙华河状四站年水沙特征值统计结果水利论文0c$[!g"M)@(T#B;N

(径流量单位:亿m3,输沙量单位:亿t,含沙量单位:kg/m3)水利论文f/?_ K%cH

Table 1 Statistic results of the annual runoff and sediment at the four stations
.t^(R+b mO#K+Te0Runoff unit: ×108m3, sediment amount unit:×108t, sediment concentration unit:kg/m3
水利论文6D9vI(W7n'o3X(oUK


最大值最小值最大值
站名均值CvCsR1
数值发生年份数值发生年份最小值


q)X!su-M;R+@Vt0
实测径流量283.30.300.620.328539.41967132.719974.07
实测输沙量8.340.641.310.26924.6119672.34199910.51
平均含沙量29.440.510.810.19061.4319599.96019866.17

水利论文 \Wu.`7{N
实测径流量72.800.460.860.307187.6196416.83199711.15
实测输沙量3.600.621.34-0.2410.6319640.50197221.37
平均含沙量49.490.611.330.159153.3197716.0519729.55

水利论文+_L-D`s1[~h
实测径流量7.070.441.440.05819.1719643.0919746.21
实测输沙量0.8090.721.17-0.202.6319940.15198216.99
平均含沙量114.50.570.88-0.04290.5197720.90198313.90

水利论文,b&WIo.md
实测径流量11.510.6601.010.43233.5619641.87199917.96
实测输沙量0.2621.402.290.3061.7619540.001972-
平均含沙量22.800.921.320.46457.5319580.0319992146

四站水利论文#Oo)nJ4j I
合计
实测径流量374.70.310.650.370696.91964157.319974.43
实测输沙量13.010.591.090.16730.5719644.2019867.28
平均含沙量34.730.460.720.07472.95197713.1419835.55

  注:Cv和Cs分别表示变差系数和偏态系数,R1表示一阶自相关系数,下同。

b'y7z6|a eh ^0

2 龙华河状四站汛期水沙特征值统计结果

?t2z(uX/kjQ[0

(径流量单位:亿m3,输沙量单位:亿t,含沙量单位:kg/m3)

`*a v/]:q'q~&f*c0

Table 2 Statistic results of the runoff and sediment characteristic values during the flood season at the four stations Runoff unit: ×108m3, sediment amount unit: ×108t, sediment concentration unit:kg/m3

z;N-B(|.d5JP e7b/\0

最大值最小值最大值
站名均值CvCsR1
数值发生年份数值发生年份最小值

水利论文k$mD$yo
实测径流量154.30.460.650.357367.9196744.5119918.27
实测输沙量7.340.701.300.27023.0219671.54198614.99
平均含沙量47.530.550.930.187117.7197714.0519868.38

水利论文M~\ p&]
实测径流量43.820.540.680.06110.919646.06199718.30
实测输沙量3.230.671.19-0.259.6419640.38197225.05
平均含沙量73.730.721.730.205285.6197724.06198311.87

水利论文 PeE9l a?:F
实测径流量4.2790.511.17-0.1911.7519641.4419578.14
实测输沙量0.7590.741.08-0.162.5919940.09198630.14
平均含沙量177.40.560.650.027447.1199429.60198315.11


*c J(_#Q kF#~0
实测径流量7.1490.811.130.11725.7019540.74198734.75
实测输沙量0.2391.472.450.2801.7019540.001972-
平均含沙量33.480.850.980.60371.2819580.0619991252

四站
{d'd:dH^J0合计
实测径流量209.60.440.550.335437.5196458.6619977.46
实测输沙量11.560.641.050.17427.7919642.22198612.50
平均含沙量55.180.500.810.144137.5197716.8319868.18

3 龙华河状四站不同年代水沙年值统计特征

9w3|:AO2\/{2ID0

Table 3 Statistic results of the annual runoff and sediment at the four
"^^5k#Nr:U0stations for different years
水利论文rO-z){ Q)S4L


站名类别项目1950~19591960~19691970~19791980~19891990~19991950~1999


"}-T wK8^X;B0
径流量数值(×108m3)321.0336.6284.5276.2198.1283.3
距平(%)13.3318.820.44-2.52-30.07
输沙量数值(×108t)11.8911.328.694.705.098.34
距平(%)42.5735.794.21-43.63-38.94
含沙量数值(kg/m3)37.0333.6430.5417.0225.7029.44
距平(%)25.8014.283.75-42.17-12.69


f1`(p*O6tP J1p0
径流量数值(×108m3)85.5396.1759.4179.1543.2372.80
距平(%)17.4832.11-18.398.72-39.93
输沙量数值(×108t)4.294.363.842.762.763.60
距平(%)19.1121.116.58-23.46-23.34
含沙量数值(kg/m3)60.1745.3764.6334.8463.1549.49
距平(%)1.38-8.3330.60-29.6127.62


/{Bkw F s(|2B N+w0
径流量数值(×108m3)6.708.765.916.986.997.07
距平(%)-5.1623.90-16.44-1.19-1.12
输沙量数值(×108t)0.921.000.790.480.850.81
距平(%)14.2723.08-1.81-41.06
含沙量数值(kg/m3)138.0113.8134.668.31122.0114.5
距平(%)20.48-0.6617.51-40.356.71

水利论文a1c]c4W"e,S jlGn
径流量数值(×108m3)17.5717.8710.366.645.0811.51
距平(%)52.6955.32-9.95-42.25-55.81
输沙量数值(×108t)0.700.340.190.050.030.26
距平(%)166.931.06-27.18-82.81-87.93
含沙量数值(kg/m3)39.8519.2418.446.796.2322.80
距平(%)74.77-15.62-19.14-70.24-72.68


n,C v:]` k8G0
bUuS o.h0水利论文8JfiX~9E
径流量数值(×108m3)430.8459.4360.2368.9253.9374.7
距平(%)14.9922.62-3.85-1.53-32.23
输沙量数值(×108t)17.8017.0313.527.988.7413.01
距平(%)36.8230.843.86-38.68-32.84
含沙量数值(kg/m3)41.3337.0637.5221.6334.4234.73
距平(%)18.986.708.02-37.72-0.91

4 龙华河状四站不同年代水沙汛期统计特征

VK\,]MK0

Table 4 Statistic results of the runoff and sediment during flood season at the four stations for different years水利论文%AJj9M ?9w kbj({)nf


站名类别项目1950~19591960~19691970~19791980~19891990~19991950~1999

水利论文&qt0aTj)p!s u
径流量数值(×108m3)191.4202.9150.6146.680.2154.3
距平(%)24.0231.46-2.45-5.00-48.02
输沙量数值(×108t)10.7410.127.813.884.127.34
距平(%)46.4637.966.46-47.10-43.77
含沙量数值(kg/m3)56.1349.8851.8726.4751.4147.53
距平(%)18.094.949.14-44.318.16

水利论文 kIHSn
径流量数值(×108m3)52.0353.7237.9051.2324.2143.82
距平(%)18.7522.60-13.5116.91-44.75
输沙量数值(×108t)3.863.883.632.372.413.23
距平(%)19.6019.9912.48-26.73-25.35
含沙量数值(kg/m3)74.2672.1695.8846.2199.6273.73
距平(%)0.72-2.1330.05-37.3235.12

水利论文2V[KO4byJ
径流量数值(×108m3)3.985.064.014.264.094.28
距平(%)-7.0118.17-6.31-0.36-4.49
输沙量数值(×108t)0.910.910.770.400.810.76
距平(%)19.3019.992.09-47.936.54
含沙量数值(kg/m3)227.6180.1193.392.10197.9177.4
距平(%)28.291.558.97-47.7411.55


1s2H8z@(T3\0
径流量数值(×108m3)11.909.876.654.133.207.15
距平(%)66.3938.02-6.95-42.26-55.20
输沙量数值(×108t)0.660.290.180.040.030.24
距平(%)176.021.34-26.23-83.12-87.94
含沙量数值(kg/m3)55.5329.4426.549.799.0233.48
距平(%)65.85-12.09-20.72-70.77-73.07


u;dBB wZaiJ~,i~0水利论文QC't:sp

,`\;tp#O7h;o(k0
径流量数值(×108m3)259.3271.5199.1206.2111.7209.6
距平(%)23.7329.56-5.00-1.60-46.69
输沙量数值(×108t)16.1715.2012.396.687.3711.56
距平(%)39.8531.417.18-42.21-36.24
含沙量数值(kg/m3)62.3755.9762.2532.4166.0055.18
距平(%)13.031.4312.82-41.2719.61

2.2 年代变化特点水利论文9F$Y{y(Mw9tE

  与多年均值相比,龙门站,径流量、输沙量、含沙量都是50、60、70年代偏多,80、90年代偏少,只是径流量90年代偏少更多,而输沙量和含沙量是80年代偏少更多;华县站,径流量是50、60、80年代偏多,70、90年代偏少,输沙量是50、60、70年代偏多,80、90年代偏少,含沙量是60、80年代偏少,其余偏多;状头站,径流量只有60年代偏多,其余年代都偏少,输沙量是50、60年代偏多,其余年代偏少,含沙量是50、70年代偏多,其余年代偏少;河津站,径流量和输沙量都是50、60年代偏多,其余年代偏少,含沙量则是50年代偏多,其余年代都偏少。四站合计来看,径流量是50、60年代偏多,其余年代偏少,输沙量和含沙量都是50、60、70年代偏多,80、90年代偏少。这些说明径流量、输沙量、含沙量变化是不一致的。水利论文 e)[G:^8?E ^c5lv

  汛期看,龙华河状四站三站合计来水209.6亿m3(占年径流量56%),来沙量11.56亿t(占年输沙量89%),平均含沙量55.18kg/m3。与多年均值相比,龙门站,径流量是50、60年代偏多,其余偏少,其中90年代偏少更多(达到了48%),输沙量是50、60、70年代偏多,80、90年代偏少,含沙量则是80年代偏少,其余偏多;华县站,径流量是50、60、80年代偏多,70、90年代偏少,输沙量是50、60、70年代偏多,80、90年代偏少,含沙量是60、80年代偏少,其余年代偏多;状头站,径流量只有60年代偏多,其余年代都偏少,输沙量和含沙量则是80年代偏少,其余都偏多;河津站,径流量和输沙量都是50、60年代偏多,其余年代偏少,含沙量则是50年代偏多,其余年代都偏少。四站合计来看,径流量是50、60年代偏多,其余年代偏少,输沙量是50、60、70年代偏多,80、90年代偏少,含沙量则只是80年代偏少,其余年代都偏多。这些同样说明汛期径流量、输沙量、含沙量变化同样是不一致的。

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  表3和表4分别列出了四站不同年代水沙年值和汛期的统计特征。从表3和表4还可以看出,龙门站,汛期径流量,50年代可占年径流量60%,到了90年代由于龙羊峡和刘家峡水库联合调节运用导致汛期比例下降至41%,输沙量由90%下降至81%,渭河90年代汛期比例也有所下降,而北洛河和汾河无大的变化。四站合计,径流量由60%下降至44%,输沙量由90%下降至84%。这些说明汛期径流量和输沙量都有所变化,但径流量比例变化幅度更大。

w2G*Q(Y;C U-F;sxOGF0

3 三黑武

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3.1 基本特征

CR~&a'H[s0S*o0

  以年度看,三门峡、黑石关、武陟三站,输沙量以三门峡站最大(11.87亿t),武陟站最小(0.055亿t),含沙量则以三门峡站最大(31.92 kg/m3),黑石关站最小(4.996kg/m3)。三站合计来看,多年平均实测径流量407.8亿m3,实测输沙量12.04亿t,平均含沙量29.53kg/m3。同时,径流量、输沙

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