花园口水文站测验河段河势变化.pdf

盔童婆 壅 型盔垒 【 文章编号 1 o o 2 -o 6 2 4 ( 2 o 1 5 ) 1 o -o o 2 8 -o 3 2 0 1 5年第 l 0 期 花园iZ l 水文站测验河段河势变化 王作岭 ， 吴幸华 ， 崔 鹏 ( 黄委郑州水文水资源勘测局 ， 河南 郑州 4 5 0 0 4 5 ) 摘 要 简要介绍了花园口水文站基本情况、 黄河调水调沙以及该站近几年河势情况。 初步分 析 了该站 河势变化的原 因， 阐述 了对该站测报 工作 的影响并提 出了相应 的对 策 ， 提 高 了该站的 测 报精度 。 关键词】 花园口水文站； 河势变化； 分析与对策； 河南 中图分类号】 TV 1 2 3 文献标识码】 A 1 花园口水文站的基本情况 1 1 测站基本概况 花园 口水文站位于河南省郑 州市花 园口镇花 园口村 ，设 立于 1 9 3 8年 7月。集 水面积 7 3 0 0 3 6 k r n 2 ， 距河 口距离 7 6 8 k m。承担着搜集黄河水文基 本资料和 向防汛部 门提供实 时水情信息 的重任 ， 是黄河 干流 国家重要报汛站 ，是下游黄河防洪决 策的标准站 ， 具有重要 的防汛地位 。也是黄河上第 一 个“ 数字化水文站” 。 该站两岸为大堤控 制 ，测验断面附近最宽约 9 8 0 0 m， 河床由细沙组成 ， 冲淤变化剧烈， 主流摆 动频繁 ， 分流 串沟较 多， 经 常出现弯道、 浅滩 ， 水位 流量关系复杂多变 ， 属典型的游荡性宽浅河道。测 验断面在上游北裹头和马庄坝两处控导工程作用 下， 中高水水流比较顺直， 主流集中于右岸。 目前测验河段内共布设 9 个测验断面 ，拥有 大型测船 5艘 ， 冲锋舟 2艘 ， 最长为 3 1 o 3 m， 配备 了超声波水位计 、 A DC P 、 GP S 、振动式测沙仪 、 测 深仪、 全站仪、 红外测距仪、 电子天平、 自动整平水 准仅等先进仪器。 1 2 测站测验河段上下游情况 在花园口水文站上下游 2 0 k m测验河段内， 2 8 大型水工建 筑物 主要有 ：上游 1 7 k m 处武 陟至西 峡高速公路桃花峪黄河大桥 、上游 1 5 k m处 京广 铁路 郑州黄 河铁路大桥 、上游 1 4 8 k m处 新建郑 焦城 际黄河大桥、上游 1 0 8 k m处左岸北襄头控 导工程、上游 8 7 k m处右岸南襄头控导工程、 上 游 6 - - 3 k i n处左岸马庄坝控导工程 、 下游 1 8 k m处 郑州黄河公路大桥 、 下游 5 hn处原阳黄河浮桥 、 下 游 1 1 k m处郑新黄河大桥等。 2 黄河调水调沙情况及该站的河势 2 1 调水调沙情况 2 0 0 2年以来 ， 黄委组织开展 了 1 5次黄河调水 调沙，其中2 0 0 2 -2 0 0 4 年开展了3 次不同模式的 调水调沙试验。 2 0 0 2年是基于小浪底水库 单库调节为主 的原 型试验，以小浪底、三门峡两库联合水沙调度为 主 ， 结合三 门峡以上河道 中小洪水进行 。在保证试 验目标实现的前提下 ，兼顾了在小浪底坝前形成 天然铺盖， 减小水库渗漏量。 天然异重流入库并到 达坝前后， 对其进行了适当的控制。 2 0 0 3年是 基 于空 间尺度 水沙 对 接 的原 型 试 验 ， 通过 以小浪底水库为主的四库水沙联调 ， 有效 地利用小花间的清 水 ，与小浪 底水库 下泄的高含 2 0 1 5年第 1 O期 东北水利水 电 水文水资源 沙量水流进行水沙“ 对接” ， 在下游河道冲刷或不 发生淤积的前提下，最大限度地排出小浪底水库 的泥沙， 减少小浪底水库的淤积， 并进一步深化对 小浪底水库运用方式和黄河水沙规律的认识。 2 0 0 4年是基于干流水库群联合调度、人工异 重流塑造和泥沙扰动的原型试验，主要依靠水库 蓄水， 充分而巧妙地利用自然的力量， 通过精确调 度万家寨、 三门峡、 小浪底等水利枢纽工程 ， 在小 浪底库区塑造人工异重流 ， 辅以人工扰动措 施 ， 调 整其淤积形态， 同时加大小浪底水库排沙量； 利用 进入下游河道水流富余的挟沙能力，在黄河下游 。 二级悬河” 及主槽淤积最为严重的河段实施河床 泥沙扰动， 扩大主槽过洪能力。 从 2 0 0 5 年起 ， 转入正常生产运行后 ， 至 2 0 1 3 年共 开展 了 1 2次调水调沙生产运行。 在已进行 的 1 5次调水调沙过程 中 ， 其时 间一 般 在 6月 中下甸至 7月上句 ，流量调度方式 为先 期大流量( 流量为 3 5 0 0 - 4 0 0 0 mV s ) 清水下泄冲涮 河床 ，中期利用小浪底水库产生的异重流进行排 沙， 高含沙量浑水下泄， 后期再利用清水以流量为 2 0 0 0 3 0 0 0 mVs 对下游河道 中的泥 沙进 行冲 涮 入海 。在调 水调沙期间， 其最大下泄流量是根 据下 游河道最 大平滩过 流能 力控制 ， 2 0 0 2 w2 0 0 7年逐 年加大 ， 从 2 0 0 2年 的 2 6 0 0 rea l s 加大到 2 0 0 7年 的 4 0 0 0 m V s ， 2 0 0 7 年后 ，一般控制在 4 0 0 0 m a s 左 右。但由于小浪底水文站至花园口水文站河道的 特殊性 ，在 2 0 1 0 年出现了较大的洪峰增值现象， 花园口水文站达到了6 6 0 0 m V s 。 排沙方式一般是 当小浪底水库产生较强异 重流后 ，小浪底水库排 沙洞全部打开，含沙量大小由异重流产生的含沙 量大小决定。小浪底水文站最大含沙量一般在 2 0 0 - 4 0 0 k g m3 ， 通过河道的演进 ， 到达花园口水文 站时其最大含沙量一般在 6 0 1 5 0 k g m 3 之间。 2 2花园口水文站河势情况 近几年来，花园口水文站测验河段河势变化 巨大， 2 0 0 8 年以前 ， 河势主要受上游北岸马庄坝工 程控制，黄河主流挑南后，直向基本断面上游 2 k m处的花园口险工，主流沿黄河南大堤而下 ， 顺 着南大堤靠右岸行洪， 大水期间， 水流集中顺直， 洪水紧靠南岸大堤 ，北岸有少量浅滩，但流量不 大。2 0 0 8 年左右，上游北岸马庄坝工程主体渐脱 河 ， 湾道下移， 主流开始分散， 在河道内分为左、 右 两股水流 ， 河道 中间出现大片浅滩、 串沟， 流向紊 乱 ， 桥下断面以下， 河段水流集中在南岸 2 0 0 m范 畴内， 水面大片出现涡流、 翻花等现象。河床局部 冲涮严重 ， 最大水深超过 1 0 130- ， 北岸出现近 1 0 0 0 m浅滩串沟， 杂草丛生， 流向错综复杂。2 0 0 8 年之 后 ， 上游北岸马庄坝工程完全脱河， 彻底失去了控 导作用， 工程以下北岸滩地从上而下塌陷剧烈， 花 园口水文站 c s 3 4断面附近河道由原来的 6 0 0 m 迅速扩至 2 0 0 0 m宽， 并一直在持续发展中。黄河 主流也渐北移 ， 靠北行洪 ， 河道 在向北扩展 的过 程 中， 南岸没有较大的淤积现象， 致使花园口水文站 整个测验河段水流分 散 ，在 2 0 0 0多 r t l 的河 道 中 形成多股水流 ，且中间夹杂大片沙滩、杂草等。 2 0 0 5 -2 0 0 8年 、 2 0 0 8 -2 0 1 0年和 2 0 1 0 - - 2 0 1 3年 断 面逐渐变化套绘 图。 3 河势 变化的原 因 1 ) 由于花 园口水文站测验断面上下游河段中 ， 在 2 0 0 2 -2 0 0 4年调水 调沙中 ， 河段淤积较严重 ， 水 面宽，马庄坝处新建设的控导工程能有效地控导 黄河主流 向黄河南岸大堤导流 ，在花 园口水文 站 基本断面附近沿黄河南大堤而下；但随着调水调 沙工作的进行 ， 整个河段的河床进行下切 ， 过流能 力增强 ，在小浪底水库 最大下泄流量基本控 制不 变的情况下，北岸的马庄坝水利控导工程基本不 着水， 甚至于目前的完全脱河， 起不到控导作用， 但在其下游北岸 滩地从 上而下塌陷剧烈 ，导致该 测验河段黄河主流河势 向北移动。 2 ) 通过对花园口水文站测验断面上下游河段 2 0 k m 内的大型水利 工程调 查可知 ，在这 河段存 在较多的水利工程，且各工程之间的位置相距较 近， 或多或少将影响洪水在河道中的演进规律 ， 在 桥墩之间越冲越深， 而在桥墩之后 ， 将逐渐形成淤 积， 导致在其下游形成多股水流。 3 ) 虽然小浪底水库的最大排沙量及持续时间 较长， 但由于通过水库的沉淀之后 ， 其排出的沙量 2 9 水文水资源 东北水利水 电 2 0 1 5年第 1 O 期 颗粒较小， 通过测站泥沙颗粒级配分析研究可以看 出， 级配均在 1 0 r n lT l 以内， 这样就形成了黄河下游 特别是宽浅河道， 容易形成“ 只冲不淤” 的现象。 4 对观测的影响及对策 到目前为止 ，通过黄委的 i 5次调水调沙工 作 ，花园口水文站的平滩流量由 2 0 0 2 年的 2 0 0 0 m3 s 达到了现在 6 0 0 0 mVs 。因此 ， 此次分析主要 以不同的流量级进行分析。 4 1 花园口水文站 出现中高水时 当花 园 口水 文站 出现 7 0 0 0 m3 s 以 上 洪 水 时， 河势主要受上游北岸马庄坝工程控制， 经过马 庄坝后 ，黄河主流向南挑，直向基本断面上游 2 k m 处 的花 园口险 工 ，之后 主流沿黄河南 大堤 而 下 ， 顺着南大堤靠右岸行洪。此时花园 口水文站的 测报方案为 ： 水位 ： 在 C s 3 4断面利用现有遥测水位计结 合 水尺观读 ， 视水位涨落变化情况 ， 合理分布测次。 流 量、 含沙量 ： 在现有 的桥下 断面或 C s 3 4断 面进行正常的水文测验 工作。 报汛 ： 建立适 时水位流量关系线 ， 以测站 报汛 任 务书为基础 ， 以控制洪水过程为原则 ， 及时加报 起涨 、 洪峰、 峰腰转折点及落平的水情。 4 2 花园口水文站出现中水 时 当花园口水 文站 出现 中水( 4 0 0 0 7 0 0 0 m3 s ) 时 ， 此级洪水在现有河道 内行洪 ， 基本不 受马庄 坝 工程的控 制 ， 在黄河 国家湿地公园河段水流集 中 ， 在其上游将出现较大的漫滩，可能持续到马庄坝 下延工程 ， 水面将达 3 0 0 0 m 以上 ， 南岸将 出现较 大的塌陷， 而北岸滩地有较多杂草， 不适合断面的 布设和流量 的测验。当水流通过郑州黄河公路大 桥后 ， 由于其下游南北两股水 ， 中间是较大 的嫩滩 ( 达 1 0 0 0 m) ， 浅滩、 串沟较多， 这样主流将分布在 南北两岸 ， 中间水流分散 ， 流向不定。根据河势 ， 测 站在基下 4 6 4 0 m处设立临时断面 ， 进行流量、 含沙量的测验。 此时花园口水文站的测报方案为： 水位 ： 在 CS 3 4断面 以现有遥测水位 计结合水 尺观读， 视水位涨落变化情况， 合理分布测次。 流量、 含沙量： 在临时断面 ， 进行正常的水 3 0 文测验工作。 报汛 ： 建 立适 时水位流量关 系线 ， 以测站报汛 任务书为基础 ， 以控制洪水过程为原则 ， 及时加报 起涨、 洪峰、 峰腰转折点及落平的水情。 4 3 花 园口水文站出现低水时 当花园口水文站出现低水 ( 4 0 0 0 m 3 s 以下 ) 时， 此级洪水在现有河道内行洪， 不受上游任何控 导工程的控制，在黄河国家湿地公园河段内水流 集中， 河道顺直， 河床相对稳定， 水面宽在 4 0 0 8 0 0 m之间； 当水流通过郑州黄河公路大桥后 ， 水流情 况与当花园口水文站 出现中水( 4 0 0 0 7 0 0 0 n 1 3 s ) 时一致 ， 甚至更糟 ， 北岸冲涮 、 塌陷严重 ， 河心滩及 南岸进一步淤积 ，在 Cs 3 4断面处形成 多股水流 ， 对测站影响较大。 此时， 测验断面需建立在测站上 游 5 k m处( 李西河村 ) ， 该处水流集 中 ， 河道 顺直 ， 水深 、 流速分布均匀 ， 河 床相对稳定 ， 具有 良好 的 测验条件。此时花园口水文站的测报方案为 ： 水位 ： 在临时断面处设 立水位观测点 ， 与 c s 3 4 断面的遥测水位计进 行同时对 比观测 ，建立相应 关系 ， 以确保 Cs 3 4断面水位 的准确性与延续性 。 流量、 含沙量 ： 在该临时 断面进行正常的水文 测验。 报 汛 ： 在流量测验 时 ， 在不 同断面水位 观 测点 进行水位 同时观 测 ，建立各 自相应 的水位流 量关 系线 ， 各自进行推流以进行对 照 ， 同时充分利 用网 上水情 ， 进行上下游水量的对照 以保证水情工作 的及 时、 高效、 准确地完成。 5 结语 花 园 口水文站是 黄河干流 国家重要 报汛 站 ， 是下游黄河防洪决策 的标准站 ，具有重要的防汛 地位。 该站测报工作任务重、 难度大、 水流复杂， 通 过本次的分析 ，阐述 了河势变化对该 站 目前 测报 工作的影响并提出了相应的对策，提高了该站的 测报精度，为黄河水资源调度及防汛决策提供更 加准确的水情信息。 【 收稿 日期j 2 0 1 5 - 0 8 1 )