近年来黄河洪水变化特点及防洪情势展望（姚文艺）

黄河下游河道为高悬于两岸的地上河，加之严重的“二级悬河”形势，使得洪水对下游安全造成的威胁极大。自20世纪80年代中期以后，由于自然因素和人类活动因素的共同作用，黄河下游河道发生萎缩，主槽过水面积减小，河底平均高程抬升，平滩流量大大降低。目前，黄河下游河槽排洪输沙基本功能仍未达到维持黄河健康生命的目标要求。因此，为进一步认识黄河下游防洪形势，有必要对近年来黄河下游洪水演进特点进行分析，展望防洪情势。

黄河洪水来源

黄河干流暴雨洪水主要来自五个地区：黄河上游的兰州以上地区；黄河中游的河口镇至龙门区间（简称河龙间）；黄河中游的龙门至三门峡区间（简称龙三间）；黄河中游的三门峡至花园口区间（简称三花间）和黄河下游的大汶河流域。兰州以上地区的洪水主要威胁在兰州河段和宁蒙河段，洪水经过长距离演进和水库调蓄，形成相对平缓的基流，对黄河下游防洪影响不大；黄河下游仅有金堤河和大汶河入汇，其洪量不大，对黄河干流洪水影响也不大。因此，黄河中游三个区间的暴雨洪水对黄河下游防洪安全威胁较大。黄河中游洪水的特点是洪峰高、历时短、含沙量大，过程线多为尖瘦型。黄河中游支流一次洪峰一般为3～5天，连续洪水一般为10～15天；干流一次洪峰一般为5～8天，连续洪水可达30～40天，最长达45天。以三门峡以上的河龙间和龙三间来水为主形成的大洪水（简称上大型洪水）占花园口站洪峰流量的70%～80%，其特点是洪峰高，洪量大，含沙量高，产生的较大洪水洪峰流量一般为15000～22000立方米每秒，日平均含沙量可达800～900千克每立方米。该区间洪水对黄河下游和三门峡库区防洪威胁严重。以三花间来水为主形成的大洪水（简称下大型洪水）占花园口站洪峰流量的70%～80%，其特点是洪水涨势猛，洪峰高，含沙量低，预见期短，对黄河下游防洪威胁更为严重。以龙三间和三花间共同来水组成的大洪水（简称上下较大型洪水）占花园口站洪峰流量的40%～50%，其特点是洪峰较低，洪水历时长，对黄河下游防洪也有相当程度的威胁。

近年来黄河流域洪水特点

洪水的形成取决于降水、流域下垫面等因素。随着黄河流域水利骨干工程、水土保持、交通、能源等设施的建设和城镇化进程的加快以及气候变化等影响，黄河流域洪水出现了明显的变化。

1.汛期径流量减少，干流洪水发生频率降低

花园口断面实测资料表明，1986年以前，汛期（7～10月）水量占全年的比例为58%，而1987～1999年、2000～2007年仅占47%和39%，呈逐年降低趋势，特别是2000～2007年主汛期（7～8月）水量占全年水量的比例仅为19%。但与此同时，汛期沙量减少比例小于水量的减少比例，比同期水量高15%。总之，近期干流主要水文站大流量级洪水减少，中流量级洪水全年正在趋于均匀，汛期水量占全年水量的比例在35%～45%之间，主汛期只占15%～19%。另外，大流量级洪水历时大大减少，如花园口大于3000立方米每秒的洪水历时在20世纪50年代为38.9天，到2000～2007年仅剩5.4天；在潼关断面，大于3000立方米每秒的洪水历时在20世纪70年代前为44.3天，自1986年以后只有3.3天。

与此同时，洪水发生频次明显减少。如以花园口洪峰流量大于平滩流量的洪水为下游漫滩洪水，20世纪50年代为9次，接近每年一次；而1986～2000年的15年期间只有3次。从2002年至今年调水调沙以前，下游最大洪峰流量只有4200立方米每秒。

2.高含沙量小洪水增多，含沙量逐年增大

1986年以后，黄河主汛期高含沙量小洪水明显增多。例如，1986～1999年下游共发生16场最大含沙量在200千克每立方米以上的洪水，平均每年发生1.1场。近年来大于3000立方米每秒的流量级洪水，在干流主要河段的含沙量均大于1985年以前的含沙量，如龙门1986～2002年的含沙量是1950～1985年的1.9倍还多，潼关、花园口分别达1.7倍和1.9倍。

3.中小降雨的产流关系发生变化，但大暴雨产洪规律没有明显改变

大量的资料分析表明，在同样降雨量条件下，近年的天然径流量明显减少。例如，2000～2006年河龙间降雨量为424.5毫米，其天然径流量较1956～1999年减少32%。但在降雨量大于500毫米时，与多年平均情况差别不大。

另外，根据对黄河中游支流降雨洪水关系的分析可知，降雨量较小时，水利水保措施作用明显，同等雨量条件下，近年的产洪量明显减少。而对于大暴雨，受水土保持治理措施标准和规模的限制，产洪规律并未发生明显改变。根据黄甫川、窟野河、清涧河等流域暴雨洪水关系的分析，其变化的临界雨量约为50毫米。这就是说，在大暴雨下仍会发生大洪水。

黄河下游洪水演进规律分析

通过近年的调水调沙等治理措施，河道萎缩状况得到明显改善，平滩流量明显提高。但是，黄河下游主槽淤积萎缩的性质仍未得到根本改变，有必要对萎缩河道形态下的洪水演进规律进行分析。

1.洪水峰型

洪水在向下游传播过程中，因河道边界条件的影响，将会引起洪水峰型的变化。峰型可简单由洪峰流量大小表征。峰型变化的最直接表现是洪峰流量的增减。洪峰流量增减程度一般用削峰率表征。所谓洪水削峰率是指上下断面洪峰流量之差占上游断面洪峰流量的百分比。根据黄河下游花园口至孙口河段自20世纪50年代到90年代洪水削峰率的变化过程可知，1986年以来黄河下游河槽淤积萎缩，平滩流量明显降低，洪水漫滩严重，造成洪水削峰率逐年增加。1985年9月洪水前，河道平滩流量较大，洪峰在下游传播过程中，没有发生明显漫滩，因此洪峰削减不明显，如花园口和孙口最大洪峰流量分别为8260立方米每秒和7100立方米每秒，削峰率为14%；而1996年洪水过程中，受1986～1996年河道持续淤积萎缩的影响，平滩流量在3000～4000立方米每秒，与目前的基本相当，在花园口洪峰流量为7860立方米每秒的条件下，下游河道发生大范围漫滩，同时由于下游主槽淤积抬升幅度大于滩地的抬升幅度，滩地水深大，滞洪作用强，因而洪峰沿程坦化明显，如孙口洪峰流量仅为5800立方米每秒，较花园口削减了26%。

经进一步分析表明，对于一定的平滩流量，当洪水的洪峰流量小于河槽平滩流量时，洪水在主槽运行过程中，即使洪水有所坦化，洪峰流量的削减也不会太大，上下站洪峰流量基本接近；当洪峰流量与平滩流量接近时，洪水的变形不大，洪峰流量削减也最小；一旦洪峰流量超过平滩流量，洪水发生漫滩，削减率就会随洪峰流量的增大而增大。在不同时期，尤其是1986年前后时期相比，河道的平滩流量相差很大，因此即使发生相同流量的洪水，洪峰流量的削减率也不相同。河道淤积时，过洪能力降低，平滩流量减小，中小洪水即可漫滩，洪峰流量的削减率就大。

2.洪水传播时间

在河槽断面形态一定时，若洪水发生漫滩，过流面积的增大将明显降低断面平均流速，那么洪峰传播速度将会减小。分析典型洪水全断面平均流速变化过程知，在平滩流量附近，断面平均流速最大，其他流量级的断面平均流速都小。“96·8”洪水前期高村断面平滩流量为2800立方米每秒，约为1982年和1958年洪水前的50%左右，发生大幅度漫滩后，全断面平均流速仅为0.54～0.70米每秒，约为其他年份同流量下断面平均流速的1/3～1/5，也仅为1982年和1958年大漫滩洪水全断面平均流速的1/2。进一步分析表明，当洪峰流量为平滩流量的2倍时，洪水传播速度最慢。

根据模型试验分析知，尽管河道萎缩可以引起洪水传播速度减小、传播时间增长，但是，断面平均流速与流量之间仍有很好的跟随性，即流量越大，洪水的断面平均流速越大。而且，不论何种萎缩模式，流速的变化过程都与流量变化过程有着密切的正比关系。由此说明，无论何种萎缩模式，只要增大流量，就可望使得主河槽内保持有较大的流速，从而改善河道的萎缩状况。因而，在条件允许的情况下，如果调水调沙的下泄流量每年不断适当增大，河槽的排洪输沙能力就会不断得到提高。

3.洪水水位

根据曼宁阻力公式知，水位的变幅与河宽和河床阻力有密切的非线性关系。计算表明，河宽缩窄或河床阻力增大一倍，都将导致1.52倍的水位升幅；水面比降减小一倍，将导致1.23倍的水位升幅。目前黄河下游花园口—夹河滩、夹河滩—高村两河段主槽平均宽度约为20世纪80年代中期主槽宽度的60%左右，据此可以推算，同流量的水位升幅将增大36%；下游生产堤范围内滩区综合曼宁糙率系数由0.015增加到0.03～0.04，同流量的水位升幅将增大25%～42%；生产堤至大堤之间，在假定滩区水面比降与主槽相同的条件下，滩区综合曼宁糙率系数由0.025增加到0.06时，水位的升高幅度将增大69%。

4.洪水输沙能力

黄河下游的输沙特性一般存在“多来多淤多排，少来少淤少排”的输沙特点。根据模型试验及数模计算表明，在河道萎缩条件下，洪水输沙仍然具有“多来多淤多排”的特性。在河槽淤积萎缩过程中，若使断面趋于窄深，则主河槽的挟沙能力将有所增加，水流挟沙力与断面形态的关系与通常概念下的河床过程规律是一致的。另外，通过试验知，随着水流强度的增大，其挟沙能力相应提高，河道单位淤积量减少。由此表明，在河道萎缩过程中，仍具有水流强度越大越有利于减轻河道淤积的造床规律。也就是说，河道萎缩是可以逆转的，只要设法增大河槽的洪水水流强度，就可以有效减轻河道淤积萎缩的程度。“十五”国家科技攻关计划课题“维持黄河下游排洪输沙基本功能的关键技术研究”成果表明，水流强度较大的洪水过程为：对于非漫滩洪水，洪峰流量为平滩流量，其过程为矩形平头峰；对于漫滩洪水，洪峰流量应大于平滩流量的1.5倍且大于洪水平均流量的1.2倍，同时峰前水量与洪水水量的比值大于0.5，并保持洪峰与沙峰同步运行。

黄河防洪情势展望

黄河水利科学研究院曾根据1725～2000年近300年黄河上中游的降水量资料，综合周期叠加外延、历史相似外延和IPCC（即政府间气候变化专门委员会）推荐的HadCMZ格点气候模型三种计算方法，对未来30年黄河上中游的降水发展趋势进行预测，其结果表明：2008～2014年降雨年际间有较大起伏，但明显是一个丰水时期；2015～2030年时间较长，期间有阶段变化，总的变化从丰向枯转变，平均为平水。因而，在近期可能会有较大降雨年份发生。由前述分析可知，在大暴雨条件下，流域治理措施对暴雨洪水的控制作用是有限的，大暴雨仍会形成大洪水，对此，应予以重视。根据长系列资料统计，黄河径流量有23年周期，自1986年至现在，已经20多年，按此推断，近期将有出现较大洪水的可能。历史上，自1922～1932年曾是天然径流量的枯水时段，而这次枯水期向丰水期转变，延续了10多年，直到20世纪40年代才结束。

另外，根据中科院寒区旱区环境与工程研究所汤懋苍研究员对灾害链的研究成果表明，黄河流域暴雨与四川茂汶地区的地震有一定相关性，今年黄河、渭河流域和河套地区的防汛工作应很严峻。这从另一个侧面告诉我们，对今年汶川8.0级大地震可能带给黄河流域暴雨洪水的影响必须给予高度警惕。大洪水的发生具有一定的几率，但防洪没有几率可言，年年都应给予高度重视。

（作者为黄河水利科学研究院总工程师）

稿件来源：黄河报·黄河网