李荣容，李保国，张 建，刘红珍

（黄河勘测规划设计研究院有限公司，450003，郑州）

黄河中下游中小洪水指花园口洪峰流量为4 000～10 000 m3/s的洪水。在防洪调度中发生中小量级洪水时，若水库控泄、蓄洪拦沙，虽然能减少下游滩区淹没损失，但因中小洪水发生概率高，长期运用则会库容淤损较快，减少水库拦沙年限，进而降低水库的防洪作用；若水库敞泄，对中小洪水不予控制，则下游滩区的洪水淹没损失大，致主槽淤积、河道形势恶化，黄河下游防洪形势将更加严峻。因此黄河中下游中小洪水管理的重点是要寻求滩区防洪与水库、河道减淤之间的平衡。如何根据不同的洪水泥沙条件，通过以小浪底为核心的三门峡、小浪底、陆浑、故县、河口村等5座中游骨干水库的联合调控，充分拦洪，减少下游滩区淹没损失、长期保持小浪底水库有效库容,维持下游中水河槽，是黄河中下游洪水泥沙管理迫切需要解决的问题。

一、黄河中下游洪水泥沙分类

1.洪水泥沙分类指标

（1）洪水分类指标

黄河中游是下游洪水的主要来源区，洪水主要来自河龙间（河口镇至龙门）、龙三间（龙门至三门峡）和三花间（三门峡至花园口），各来源区洪水以多种组合形成花园口站洪水。根据历史实测资料统计，将中下游洪水分为3种类型：①“上大洪水”，以三门峡以上的河龙间和龙三间来水为主形成的洪水，特点是洪峰高、洪量大、含沙量高；②“下大洪水”，以三花间来水为主形成的大洪水，特点是涨势猛、洪峰高、含沙量相对较低、预见期短；③“上下较大洪水”，以龙三间和三花间共同来水组成的洪水，特点是洪峰较低、历时较长、含沙量较低。

分析黄河中游1954年以来实际发生洪水历时、来源及洪量组成特点，表现为：花园口站洪水历时绝大多数在 5～30 d，其中 5～12 d 的过程出现次数最多，占总数的43%；河龙间、泾河等泥沙主要来源区及三花间洪水主峰段历时一般在5 d左右；花园口站不同量级洪水最大5日洪量中三门峡以上、三花间来水比例与场次洪量的来水比例差别不大。因此，以5日洪量的比例作为洪水分类指标，即潼关 （三门峡以上来水的把口控制站）以上来水为主，潼关5日洪量占花园口70%以上；三花间来水为主，三花间5日洪量占花园口50%以上；潼关上下共同来水，潼关5日洪量占花园口51%～69%。

（2）泥沙分类指标

按泥沙含量，洪水主要分为高含沙量洪水和一般含沙量洪水。张瑞瑾指出，当某一水流强度的挟沙水流中含沙量及泥沙颗粒组成，特别是粒径小于0.01 mm的细颗粒所占百分数，使该挟沙水流在其物理特性、运动特性和输沙特性等方面基本不能再用牛顿流体进行描述时，这种挟沙水流可称为高含沙水流。例如，对黄河中下游干流而言，当水流含沙量为200～300 kg/m3时，水流属宾汉流体，便可称为高含沙水流。赵文林认为，黄河下游水流含沙量达200 kg/m3以上即可称为高含沙洪水。齐璞认为，当洪水含沙量达到200 kg/m3时下游河道输沙最为困难。整体来看，通过研究高含沙水流特性，形成了较为一致的认识，即黄河中下游洪水含沙量200 kg/m3以上的水流可认为是高含沙水流。《黄河中下游近期洪水调度方案》（国汛﹝2005﹞11 号）和《小浪底水利枢纽拦沙后期（第一阶段）运用调度规程》（水建管﹝2009﹞446 号）中，均引用潼关站实测含沙量200 kg/m3作为高含沙洪水的判别指标。因此，以潼关洪水含沙量是否达到200 kg/m3作为泥沙分类指标，即潼关站含沙量200 kg/m3及其以上为高含沙量洪水，反之为一般含沙量洪水。

2.中小洪水分类及特点

根据洪水泥沙分类指标，将花园口站场次洪水划分为5类，即潼关以上来水为主高含沙量洪水、潼关以上来水为主一般含沙量洪水、三花间来水为主洪水、潼关上下共同来水高含沙量洪水和潼关上下共同来水一般含沙量洪水。按照以上划分方法，花园口站1954—2015年109场4 000 m3/s以上洪水划分情况见表1。

不同类型洪水泥沙特点主要表现在：①潼关以上来水为主高含沙量洪水是花园口洪水的常见类型，发生概率较大，且绝大多数洪水发生在7、8月份，历时一般不超过30 d，量级多在 4 000～6 000 m3/s，最大含沙量多在200～500 kg/m3；②潼关以上来水为主一般含沙量洪水也较为常见，洪水历时一般在 5～30 d，9月以后多发生6 000～8000 m3/s量级洪水；③三花间来水为主洪水是花园口大流量级洪水的常见类型，10 000 m3/s量级以上所占比例明显高于其他类型洪水，洪水集中发生在7、8月，历时多为5～12 d；④潼关上下共同来水高含沙量洪水的发生频次和最大含沙量明显低于潼关以上来水为主高含沙量洪水，最大含沙量集中在 200～300 kg/m3，洪水全部发生在7、8月份，历时集中在5～12 d；⑤潼关上下共同来水一般含沙量洪水多发生在9月份以后，洪水历时较长，多为12 d以上。

图1 黄河下游滩区不同量级洪水淹没损失图

表1 花园口1954—2015年洪水泥沙分类情况

二、中小洪水调控指标及防洪库容分析

1.滩区防洪控制流量指标

2002年汛初以来，黄河下游河道经历长时段的水库拦沙和19次调水调沙冲刷，各主要断面平滩流量增加1700～4700m3/s，最小平滩流量已由2002年汛前的1 800 m3/s增加至2019年的4 300 m3/s。目前黄河下游主槽已基本粗化，2014年后最小平滩流量基本维持在4 200 m3/s左右。

基于黄河下游河道现状地形，利用黄河下游洪水演进及灾情评估模型对不同量级洪水滩区的淹没范围、淹没人口等进行计算，统计得出现状滩区不同量级洪水的淹没范围及其分布情况见图1。可见，花园口4 000～6 000 m3/s流量时滩区淹没损失较小；花园口6 000～8 000 m3/s流量时下游滩区的淹没损失增加很快；花园口10 000 m3/s左右流量时滩区淹没人口达129万，黄河下游防洪已面临水库调度、下游防洪、滩区减灾等诸多调度难题。因此，从减小滩区淹没损失角度出发，中小洪水控制流量不宜超过6 000 m3/s。

2.中小洪水防洪库容需求分析

花园口洪峰流量10 000 m3/s相当于现状下垫面条件的5年一遇洪水。按照前文划分结果，选取不同类型5年一遇设计洪水和1954年以来花园口站4 000～10 000 m3/s量级实际洪水过程，分析中游骨干水库按照控制花园口流量不超过4 000 m3/s、5 000 m3/s、6 000 m3/s等 3 种保滩流量运用需要的防洪库容，以满足5年一遇洪水且保证90%实际洪水保滩要求为原则，确定不同类型中小洪水防洪库容需求量。

三、中小洪水分类管理模式拟定

黄河中下游三门峡、小浪底、陆浑、故县、河口村骨干水库群以小浪底水库为核心，该水库设计汛限水位254 m，设计保滩库容7.9亿m3，保滩流量为8 000 m3/s。小浪底水库拦沙期采用逐步抬高水位的运用方式，即汛期限制水位随着水库拦沙量的增加逐步提高，直至水库淤积量达到设计值、形成高滩深槽，汛限水位达到设计的254 m。目前小浪底水库处于拦沙后期第一阶段，水库设计汛限水位254 m以下有44亿m3库容，扣除水库拦沙后期调水调沙、供水等需要保留的13亿m3库容，仍有31亿m3富余库容。由于高含沙洪水对水库淤积影响较大，针对滩区防洪与水库、河道减淤之间的矛盾，分类管理模式研究的关键是解决不同类型洪水控敞的问题。本次提出将小浪底水库拦沙后期富余库容多元化利用的水沙治理措施，针对不同类型中小洪水拟定如下两种管理模式。

1.全控方案

充分利用小浪底水库拦沙期调洪库容，减小下游滩区淹没损失，各类型洪水均按控泄方式运用，具体控泄流量根据小浪底库区淤积量、4 000～6 000 m3/s保滩库容需求量确定。目前小浪底水库254 m以下库容可满足控制花园口4 000 m3/s的保滩要求。为保持小浪底水库长期有效库容、不降低水库防洪标准，保滩流量应随着水库淤积量增加而增大，达正常期后设计7.9亿m3的保滩库容可满足控制花园口6 000 m3/s的保滩要求。

表2 不同来源区高含沙洪水水库和下游冲淤分析

2.高含沙敞泄、非高含沙量控泄方案

黄河洪水含沙量高，中常洪水管理必须充分考虑泥沙的多年累积作用。水库拦蓄高含沙洪水导致水库库容快速淤损，减少水库运用年限；而高含沙漫滩洪水对下游河道有较好的淤滩刷槽作用。鉴于小浪底水库的特殊战略地位，应长期维持小浪底水库较大库容，发挥小浪底水库防御大洪水的作用，因此拟定高含沙敞泄、非高含沙量控泄方案。其中，非高含沙量控泄流量确定方法与全控方案一致。

表3 不同管理模式对水库和下游长期影响分析

四、不同管理模式效果评价

1.场次洪水调洪结果及效果评价

选择了4场不同来源区高含沙洪水进行调洪演算，比较小浪底水库控泄、敞泄运用对水库及下游河道冲淤影响见表2。由表可见，控泄方案与敞泄方案相比，水库增加淤积量0.51亿～2.34亿t；下游主槽冲刷量增加-0.12亿～1.35亿t，滩地淤积量减小0.07亿～1.06亿t；花园口洪峰流量从敞泄的5 810～9 730 m3/s削减至控泄的 4 460～5 540 m3/s， 削峰率 22%～48%，下游滩区减灾效果显著。综合水库拦沙量、下游减淤量和下游洪水淹没情况，就一场洪水管理效果来看，认为控泄方案优于敞泄方案。

2.对水库和下游的长期影响分析

以预估未来50年黄河龙华河状四站平均来水量285亿m3，来沙量10亿～11亿t为基础，选取能反映丰、平、枯水年的水沙情况，且前10年有一定的变化幅度的水沙系列。通过长系列调节计算，对比分析不同管理模式下游减灾和小浪底水库拦沙库容运用年限，以利于权衡利弊，审慎抉择，结果见表3。

可见，水库运用前10年，高含沙敞泄、非高含沙量控泄方案水库拦沙减淤比为1.30，小于全控方案，水库减淤效果更优；但高含沙量洪水敞泄，使得花园口6 000 m3/s以上流量级天数明显增加，滩区淹没损失明显大于全控方案。从两方案的拦沙期长度看，高含沙敞泄方案约为17年，全控方案的拦沙期约为14年，前者明显优于后者。

3.中小洪水分类管理模式推荐

综上分析，认为高含沙敞泄、非高含沙量控泄方案不仅能延长小浪底水库拦沙期年限，而且能更好发挥高含沙洪水对下游河道淤滩刷槽作用，有利于改善二级悬河的不利局面。高含沙洪水水库敞泄运用造成的淹没损失，可以通过滩区综合治理措施来逐步解决。方案对非高含沙洪水进行控制运用，控制流量随小浪底库区淤积量增加而逐步提高，这与下游滩区安全建设安排相协调。随着下游滩区安全建设的逐步落实，滩区承担中常洪水淹没风险的能力逐渐提高；对滩区洪水淹没损失进行补偿，可以逐步解决中常洪水的滩区防洪问题。因此，综合比较水库和河道减淤、水库拦沙期长度、下游滩区减灾和滩区综合治理规划等因素，从长期发挥小浪底水库作用、发挥滩区滞洪沉沙作用考虑，推荐高含沙敞泄、非高含沙量控泄方案作为中小洪水管理模式。考虑不同类型洪水保滩库容需求量差异，小浪底拦沙后期，潼关以上一般含沙量洪水、三花间洪水控泄流量随小浪底水库淤积从4 000 m3/s逐步增加到6 000 m3/s；潼关上下共同来水一般含沙量洪水控泄流量则从4 000 m3/s逐步增加到5 000 m3/s。

五、结 论

本文在全面建成小康社会、促进滩区人水和谐的背景下，为解决滩区190万群众的防洪保安问题，提出了小浪底水库拦沙库容多元化利用思想。通过分析不同管理模式对洪水泥沙的调控作用、小浪底库区泥沙冲淤演变以及下游河道冲淤和中水河槽维持等方面的影响，提出了小浪底水库拦沙库容用于中小洪水防洪的水沙分类管理模式。

目前黄河中下游洪水预报预见期短、泥沙预报精度不足，仍有诸多难题需要破解。未来随着预报水平尤其是泥沙预报水平的提高，可进一步深入研究基于预报的水库预泄、“腾库迎洪”，干支流水库补偿调度、增加小浪底水库后续动力等分类水沙管理模式，提高黄河中下游洪水管理的科学性、灵活性。