潼关高程变化及其对渭河下游淤积的影响

三门峡水库1960年投入运用之后，经过两次改建和三次运用方式的调整，不仅发挥了较大的防洪、防凌效益，也为多沙河流上修建水库长期保持兴利库容创造了丰富的经验。但水库运用也给库区造成了一系列问题。作者对水库运用以来潼关高程变化和渭河下游冲淤演变进行了分析，认为建库初期蓄水、滞洪运用是渭河下游产生严重淤积的根本原因，1991年以来渭河下游的淤积主要受水沙条件影响，潼关高程的居高不下使问题更加严重。     

潼关高程下降对渭河下游防洪的影响

潼关高程抬升引起渭河下游大量泥沙淤积,给防洪带来一系列问题。本文针对这一问题,通过对渭河下游河道40多年的大断面地形资料进行分析和计算,探讨了潼关高程与渭河下游泥沙冲淤的关系,并分析了典型断面的水位变化。结果表明,潼关高程与渭河下游泥沙冲淤密切相关,潼关高程下降后,渭河会产生溯源冲刷。在大水少沙情况下,近槽滩地也会受到冲刷,但是洪水漫滩后滩地会发生淤积,由于主槽面积增加,过洪能力增强,中小洪水防洪压力减小;但如果发生高含沙漫滩洪水,滩地淤积,漫滩洪水水位反而有所抬高,大洪水威胁依然存在。     

潼关高程对渭河河床演变的影响

本文根据渭河下游河段自三门峡水库建库42年以来的大断面地形变化以及泥沙淤积资料，运用河床演变分析法，分析了潼关高程对渭河淤积演变的影响。分析发现，潼关高程的大幅度抬升和下降引起溯源发展的淤积和冲刷的行波，行波传播速度大约每年10km，传播过程中幅度逐步减弱。通过相关分析，发现潼关高程抬升是引起渭河下游特别是临潼以下河段淤积的主要原因，咸阳及其以上河段的淤积与潼关高程基本无关，渭河上游来水量对冲刷减淤起了很大作用，来沙系数影响略小。本文进一步建立了一种淤积平衡模型，用以模拟渭河下游淤积过程。模拟结果表明，模型能正确地模拟淤积过程，潼关高程抬升引起的渭河下游淤积有一个平衡淤积量。如果潼关高程维持在一定水平不变，渭河下游的淤积就会逐渐趋近于这个平衡淤积量，大约30年左右就会接近这个平衡。目前渭河下游累积淤积量已经接近潼关高程328.5m的平衡淤积量。如果潼关高程保持不变，渭河下游将随着来水量的波动而发生小幅度的冲刷和淤积，不会发生累积性的大幅度淤积。     

有关潼关高程的几个问题

从黄河和渭河的几十年各方面资料推断出：如果不修建三门峡水库，潼关高程也会继续上升；不是因为有了三门峡水库以后渭河才出现拦门沙坎；建库前潼关高程年均上升0．035m，建库后上升幅度加大；1974—1985年潼关以下库区能够达到多年冲淤基本平衡，是依靠洪水期的富裕输沙能力将非汛期淤积物冲刷出库；1986年以后潼关高程间断上升，是水沙条件起了决定性的作用。对1968—1969年三门峡水库的资料分析表明，单靠水库敞泄冲刷还不是解决潼关高程的惟一可靠的办法。潼关高程上升的根本原因是泥沙问题，在小北干流放淤是控制潼关高程的好办法。     

潼关高程的稳定降低与渭河下游河道综合治理

本文采用实测资料分析和泥沙数学模型计算等方法对潼关高程的稳定降低和渭河下游河道的综合治理等重要问题进行了研究,得到了如下认识:(1)潼关是三门峡库区的天然卡口和渭河下游河道的侵蚀基准面,从减少渭河下游淤积、减轻渭河下游洪涝灾害及改善渭河流域生态环境等方面考虑,降低潼关高程是十分必要的;(2)通过调整三门峡水库运用水位,潼关高程是可以降低的,但不同的来水来沙条件下降低的程度是不同的,近期目标可确定为下降1m,采用多种措施的组合后的中长期目标可确定为下降2m;(3)潼关高程降低到相对稳定的状态一般需要4～8年,这与来水来沙条件和三门峡水库运用方式有关;(4)建议三门峡水库运用水位近期采用汛期敞泄、非汛期控制在312～318m范围内的方案,综合考虑后认为非汛期水位目前控制在315m较好;(5)渭河下游河道的治理应采取包括降低潼关高程、河道整治与疏浚、加高加固堤防和跨流域调水等综合措施。     

潼关高程对渭河下游泥沙冲淤影响研究

2003年渭河小水酿大灾,又一次使潼关高程问题成为各方研究的热点。本文利用恒定一维不平衡输沙数学模型,对不同潼关高程(326 m、327 m、328 m)在给定水沙系列(时长14年)作用下对渭河下游河道的冲淤影响进行了研究,从定量上得出了潼关高程分别为328 m、327 m时渭河下游14年间各河段的淤积量和冲淤趋势,这对于防洪治理具有重要意义。     

对三门峡水库冲淤及潼关高程的几点看法

根据潼关高程控制及三门峡水库运用方式研究项目组的研究成果和三门峡水库2002年11月至2005年10月改变运用方式的原型试验,对潼美高程提出了几点看法。首先指出三门峡水库在1974—1985年12年内曾经处于淤积平衡,并强调了其相应的来水来沙及坝前水位的条件;后来平衡被破坏,主要是来水来沙变化所致。对近一年来三门峡水库汛期敞泄排沙的试验结果进行了较为深入的分析,指出三门峡水库经过一定流量冲刷后,即令再来大流量也难以冲刷的事实,充分说明了水库冲刷与淤积并不是完全可逆的。这个情况在研究三门峡运用方式时应引起注意。最后提及了数学模型对潼关高程研究的一点看法和对研究结果的一些见解。     

三门峡水库运用方式对潼关高程的影响

三门峡水库修建后，潼关处于水库库区，河床淤积抬高。抬高过程与三门峡水库的运用方式及泄流规模密切相关。本文从实测资料入手，主要分析了三门峡水库控制运用以来，潼关河床高程的变化。非汛期水库高水位运行时间长，潼关河床淤积抬高，汛期冲刷历时短，溯源冲刷发展不到潼关，潼关河床得不到有效冲刷，且不利于汛期输沙，都是潼关河床抬高的主要原因。     

潼关高程变化及其对渭河下游的影响分析

采用实测资料分析三门峡建库以来潼关高程变化与渭河下游泥沙淤积的关系表明:2002年汛后原型试验以来潼关高程有所下降,2015年汛后为327.63 m,仍然偏高;潼关高程升降变化与渭河下游泥沙冲淤关系密切,由潼关高程抬升引起滩槽纵剖面调整造成的淤积约占渭河下游1971-2003年淤积的78.3%,是渭河下游严重淤积的最主要影响因素和根源;2003-2015年潼关高程与渭河下游累计淤积体相关性减弱明显,但渭河下游泥沙淤积量随着潼关高程的抬升或降低而增大或减少的规律仍然明显存在;渭河下游大量淤积逐步抬升演变成为地上"悬河",从根本上改变了渭河下游的防洪排涝形势,灾害损失巨大,严重影响着区域经济社会的稳定发展。建议采取综合措施将潼关高程控制在325.60~325.69 m以下,以减少渭河下游泥沙淤积,改善河道行洪条件,降低沿岸区域洪水灾害风险,为区域发展提供安全环境。     

三门峡水库淤积及潼关高程的滞后响应

研究了三门峡水库淤积和潼关高程随坝前水位和来水条件变化的响应规律,分析了库区河床演变的滞后现象。发现水库的累计淤积量和潼关高程,不仅受当年水沙条件和坝前水位的影响。而且通过前期边界条件,还受过去若干年内的水沙条件和坝前水位的影响。表现在潼关高程的升降变化较库区泥沙淤积滞后大约2年,库区累计淤积量与5年叠加坝前水位关系密切,潼关高程与6年叠加入库水量之间具有较好的相关关系,以及潼坫段比降与7年移动平均坝前水位之间的关系最好。     

引江济渭工程对渭河下游河道冲淤及降低潼关高程作用的初步研究

采用一维泥沙数学模型计算与分析了引江济渭工程不同引水方案对渭河下游河道和潼三河段冲淤及降低潼关高程的作用。计算方案考虑了1981-1990年的丰水系列和1991-2000年的枯水系列两种水沙条件，汛期引水量分别为30亿m^3、50亿m^3和100亿m^3的不同引江济渭工程规模及5种引水量分配方式。分析结果表明，引江济渭工程的实施对渭河下游河道减淤和潼三河段冲刷及降低潼关高程将产生一定的作用，随着引水量的增加和分配方式的优化，作用将更加明显。当引水量为30亿m^3和50亿m^3、调蓄水库采用汛期月调节（引水量分配方式4）时，计算10年末渭河下游河道由累计性淤积转为累计性冲刷甚至年内冲刷。丰水系列下渭河下游河道淤积量可分别比无引江济渭工程情况减少1．4334亿m’和1．7034亿m’。潼关高程可分别下降约0．53m和0．97m；枯水系列下渭河下游河道淤积量可分别比无引江济渭工程情况减少1．3056亿m^3和2．0415亿矗，潼关高程可分别下降约0．83m和1．16m左右；丰水系列所需调蓄库容比枯水系列的大。相应于引水量为30亿矗和50亿m^3，丰水系列所需调蓄水库库容分别为4．42亿m^3和5．59亿m^2。     

降低潼关高程可行性分析

在对三门峡建库以前的历史资料分析和总结前人结论的基础上指出,造成渭河下游防洪形势严峻的主要原因是潼关高程的不断抬高。近两千年的历史资料证明,潼关断面附近河床年淤积厚度只有0.008 m。对三门峡建库以来资料分析证明,水库的高水位运用是造成潼关高程抬升的主要原因,水库的不同运用方式与潼关高程的变化有直接关系。综合分析认为,降低潼关高程是有可能的,在不明显降低三门峡水库综合运用效率的前提下,通过合理调度可以将潼关高程从现在的328 m至少降低2 m以上,这样可以使渭河下游堤防的防洪标准得到一定程度的恢复。本文还根据调查分析提出了降低潼关高程的几项具体建议。     

2003年渭河西安城市段洪水分析

笔者对2003年渭河西安城市段形成的小洪水大灾害情况进行了分析,得出:由于三门峡水库的影响使渭河下游淤积严重,抬高河床,从而导致渭河西安城市段出现小洪水,高水位的灾情。     

黄河三门峡库区东垆湾裁弯对潼关高程影响的分析

潼关高程[潼关(六)断面1000m^3／s流量相应水位]关系着渭河下游防洪和三门峡水库综合效益的发挥．由于影响潼关高程的因素非常复杂，因此必须采取多种措施综合治理来改善或降低潼关高程．通过对1993年和2001年东垆湾道两次自然裁弯的效果进行分析，认为东垆湾裁弯之后，可以增大局部比降，对裁湾上段河道的冲刷有明显作用，对潼关高程产生有利影响、2002年10月份东垆湾再次发生自然裁弯，根据三门峡水库蓄清排浑运用以来，历年水库溯源冲刷的实测资料分析，若维持目前裁弯后的流路，经过一个汛期水库降低水位运用，在较为有利的水沙条件下，裁弯使潼关高程大约可降低0.12m左右。     

黄河潼关站洪水组合对渭河北洛河的影响

黄渭洛河汇流区三条河流的水沙量和汇合口段的比降差异，导致各种洪水组合对潼关以上黄渭洛河影响差异较大。以华阴200m^3／s的水位差作为各种洪水组合影响下渭河河口拦门沙的淤积厚，统计三门峡建库以来潼关站67次洪水组合，其中黄洛型洪水9次，华阴断面淤积厚8．19m，占总淤积厚的58％，峰均淤积0．91m，北洛河影响占37％；黄单型洪水18次，华阴断面峰均淤积厚0．33m。1967年8月洪水组合10次，黄洛型和黄洛渭型洪水4次，华阴淤积厚达5．17m，占10次洪水总淤积厚的91％，北洛河影响占73％；黄单型洪水2次，淤积厚为0．51m，占9％。1994、1995年2次黄洛河洪水组合，华阴断面淤厚1．45m，占总淤积厚的51％，北洛河影响占33％。形象地说，北洛河是渭河的一条盲肠，若将北洛河改道直接入黄河，则有利于渭河下游河道的改善。     

潼关河床高程演变规律研究

潼关河床在历史时期就是缓慢上升，三门峡水库建成后加剧了上升速度，潼关河床的升降有多种因素：潼关上下游冲淤变化，干支流来水来沙及其不同组合、库水位变动等，黄河上游龙羊峡等水库的调节作用，也有一定影响，通过实测资料分析，得到基本规律，给出估算方法，预估出不同水沙系列的潼关高程发展趋势，有利水沙系列，潼关高程基本稳定，不利水沙系列，将逐年上升。