渭河下游洪水变化特点及成因，本文主要内容关键词为：渭河论文,成因论文,洪水论文,下游论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号：P331.1 文献标识码：A 文章编号：1003—7578（2006）03—070—05
渭河因其流入史称“八百里秦川”的关中平原地带，使这里自古代起就为我国西部地区的富庶之地[1]；同时也因是黄河的一级支流而知名，更因2003年的水灾而牵动众多人的心。在上个世纪，渭河基本是一条冲淤平衡的地下河，洪水灾害也不严重。它曾经历过1954年、1968年、1981年、1992年大水，尽管这些洪水的洪峰流量都大于2003年的洪峰，但灾害却远没有2003年大。2003年的洪灾使56.25万人受灾，29.22万人迁移，18.72万间房屋倒塌，损坏众多公路、输电线路、桥涵及水利设施，渭河下游南山支流防洪堤5处决口，受灾面积达9.2万km[2]。这主要是2003年洪水涨水范围广，洪水位高，洪水历时长达为历史之最而造成的。就防洪来说，长历时上滩洪水无疑对堤防安全不利。探讨渭河下游洪水变化特点及成因，其意义不仅有助于防洪对策的制定，它对我们与时俱进，重新认识渭河，指导水文测验，更新治河新理念，探索治河方略，维持渭河健康生命均有积极的现实意义。
1 渭河下游洪水的变化
1.1 渭河下游大洪水的变化情况
渭河也是一条多沙冲积性河流。20世纪70年代以来渭河下游时冲时淤，但总的趋势处于淤积状态。按淤积的变化情况，可以依时程分为两段，即1970～1985年，1986～2003年。1985年以前，渭河下游虽有淤积，但由于冲刷的作用，淤积不是太严重。1985年以后淤积加剧，河道明显萎缩。根据渭河下游华县站，临潼站水文资料分析，随着年代的推移，洪水过程线由尖瘦变得矮胖，峰现时刻明显推后，洪水历时也显著增加[5]，1986年后的洪水表现尤为明显。如图1所示，临潼站1977年洪水的洪峰出现时刻比1970年的有所推后，但它们的洪水过程都呈现出陡涨陡落的情形；到1983年，虽然洪水有所减小，可洪峰依然推后出现，洪水涨落明显变缓；这种现象在1992年表现更为突出，峰现时间比前三场都长，洪水涨也缓慢，落也缓慢。依洪水发生时间看，这几场洪水的洪峰出现时刻随洪水发生年代依次推后，但洪水历时变化不大。
图1 临潼站大洪水过程线
Fig.1 The big flood hydrograph of discharge at Tongguan
华县位于临潼下游，是渭河下游的典型淤积地段，同样有比较明显的洪水变化。如图2所示。华县站1977年最大洪峰流量为4470m[3]／s， 洪水过程陡涨陡落，从900m[3]／s流量起涨到回落，总历时56个小时。与1977年洪水相比，1983 年洪水洪峰出现时刻明显推后，洪水历时也明显加长，达到144个小时左右。至1992 年洪峰流量虽不及1977年和1985年，但洪峰出现时刻却更加推后。2003年的最大流量为3540m[3]／s，比1977年的洪水小了将近1000个流量，但洪峰严重推后，洪水历时达到了历史罕见，洪水涨落竟用了219个多小时。
图2 华县站大洪水过程线
Fig.2 The big flood hydrograph of discharge at Huaxian
总体上，随着年代的推移及河槽淤积的加剧，洪水过程线由尖瘦逐渐变得矮胖，洪峰出现明显推后，洪水历时也显著延长，特别是1986年以后，峰现时刻比70年代滞后了许多。临潼站1992年的洪峰比1970年的洪峰低了1370m[3]／s，然而1992年的洪峰确比1970年推后了28.8小时，洪水历时延长了5个小时，洪水的涨水段上逐渐出现一个渐渐明显的平台段。华县站1992年的洪峰比1977年的洪峰低了520m[3]／s，1992年的洪峰确比1977年推后了约48小时，洪水历时延长了50个小时。2003年的洪峰比1977年的洪峰低了930m[3]／s，然而2003年的洪峰出现时刻确比1977 年推后了大约88小时，洪水历时延长了2.92倍，洪水的涨落水段上都有明显的平台段。
1.2 渭河下游萎缩前后峰量关系的变化
渭河下游河槽萎缩前后的洪水过程线有着明显的变化。不但洪水过程线形状由尖瘦逐渐变得矮胖，且峰量关系也发生了变化。图3给出了1990年前后峰量关系。可以看出，90年以后，当洪峰小于2400m[3]／s时，相同洪峰下的洪量增加了，由此可知洪水过程线的涨落变缓了，这种小洪水的流速比起大流量的洪水流速要小，很容易造成河槽的淤积，减小滩槽差，致使后来的大洪水容易漫滩，这对防洪很不利。当洪峰大于2400m[3]／s时，相同洪峰下的洪量相对于90年以前减小，说明洪水过程线形状变得尖瘦，即洪水历时缩短，水流速度相对增加，这对冲刷主槽很有利。
图3 华县河道萎缩前后的洪峰洪量关系图
Fig.3 The relationship between the peak and the volume of flood water before and after channel shrinkage at Huaxian
2 造成渭河下游洪水变化的原因[2]
2.1 高含沙水流造成的贴边淤积影响
由于渭河中上游地区水沙条件的恶化，粗粒径高含沙小流量的洪水次数明显增多。河流长期运行在小流量高含沙的不良状态，河槽萎缩相对严重，贴边淤积表现的尤为明显。如图4所示，华县站1994年淤积10断面明显表现出贴边淤积的现象，洪水虽然没有漫滩，但主槽的边壁淤积，不像小洪水淤河槽底的一般特性，而是贴着边壁整块的淤积。再如图5，华县站1995年的淤积断面图表现出同样的特点，主河槽和滩地同时发生了贴边淤积，只是滩地表现得比较显著。从图4，图5中可以看出，由于贴边淤积的作用，河槽边壁或边滩上的淤积高度几乎与最高水位同高。通过对华县站1992，1994，1995，2001年的几场典型洪水进行分析，不难发现同样由于贴边淤积的作用，随着流量的增加，平均流速却在逐渐的减小。
图4 1994年华县淤积断面
Fig.4 The deposit section at Huaxian in 1994
图5 1995年华县淤积断面
Fig.5 The deposit section at Huaxian in 1995
渭河下游大部分地区位于黄土高原沟壑区及黄土丘陵沟壑区，60％的水量主要来自于咸阳以上，60％的沙量则来自泾河、及渭河南河川以上地区[6]。20 世纪70年代以来渭河水沙变化尤为明显，渭河下游小流量，高含沙洪水发生的频率增大。通过对渭河下游咸阳，临潼，华县几个站60年代以来的来水来沙进行分析，可以明显看出近几十年来渭河下游的来水来沙量锐减。图6 显示出华县站多年径流量减小的趋势明显大于输沙量，致使洪水的含沙量增高。
图6 华县多年径流量，输沙量变化
Fig.6 The change of annual runoff and conveying slit amount
因为河道的淤积主要是汛期的大洪水，特别是一两场高含沙洪水造成的。在这里选择几场华县站近十几年来含沙量S≥450kg／m[3]的典型高含沙洪水，计算它们的τ[,B]列于表1。如果将拖曳力公式中的平均水深h用泥沙淤积厚度h[,0]来替换， 则可得到一个
（表1）。从该表中可以看出，这几年的τ[,B]＜τ[,0]，同时可得出h[,B]＜h[,0]，实际的泥沙淤积厚度大于理论上的泥沙淤积厚度。这说明在高含沙水流中存在一种大于τ[,B]的剪切力τ[,0]，导致河道发生贴边淤积。从这些年洪水发生前后的断面图上也可以明显的看出它们的淤积情况（图4、5）。因此说高含沙水流的贴边淤积是导致河道萎缩的主要因素之一，从而增加了河道的调蓄能力。
2.2 渭河下游边界条件变化影响
2.2.1 河槽萎缩的影响
表2给出了渭河下游华县、临潼近30年来河槽边界条件的变化情况。可以看出，从1973年以来，各站主河槽断面面积、水面宽度、河相系数都有逐渐增大的趋势，1986年以后逐渐减小（这里要说明华县站的渭淤10断面面积变化不明显是因为断面的河势走向与断面线一致，所以计算的面积偏大），到90年代各要素值锐减。河槽的萎缩使高含沙洪水在涨水段流量还不大时就上滩，造成流速突然减小，水流进入层流状态，极易形成τ[,拖]＜τ[,B]的条件，产生死水区域，所以尽管洪量还在增加，但流量却不增加，洪水上涨段出现了“平台段”。
表2 华县站，临潼站河槽面积，水面宽统计表
Tab.2 Areas of river troughes and width of water surfaces at Huaxian and Lintong
1973年～2000年主河槽面积（m[2]）
年份年均值
1973～1976 1977～1980 1981～1985 1986～1990 1991～1995 1996～2000
站名年均值年均值 年均值年均值 年均值年均值
华县370823042851 4479 42565321 2609
临潼站 234121772594 2617 28481811 1802
1973年～2000年宽（m）
华县站 962 591 562
1126 15431344 420
临潼站 725 639 714
758
993 591
583
1973年～2000年河相系数（
/H）
华县站 8.016.044.52 8.36 14.37
9.60 3.52
临潼站 8.337.437.36 7.97 11.03
7.86 7.80
2.2.2 河道长度变长，河道弯道数增多
随着十多年来渭河下游来水来沙量和水沙比的变化，以及受黄河干流和北洛河大水时的顶托，河道的淤积导致弯曲型河段的发育，河道弯道数增加（表3），河长增长，其结果使河槽的调蓄作用增强，因此洪水历时增长也就不难理解了。
表3 河道的弯道数（个）
Tab.3 The number of the crankles along the river
年代1971 1987 1995 2000
华线段
17151627
渭南段
13108 13
临潼高陵段
166 1217
全河段
46313657
2.2.3 比降和糙率的变化
渭河下游的纵剖面可以分为上，中，下三段，上段咸阳至泾河口，中段泾河口至赤水河[6]，下段赤水河至渭河口。从图7中可以看出，渭河全程都有淤积，上，下两段的比降变化不大，中段明显变缓。但总的趋势还是减小。这是由于上段发生沿程淤积，使河床稍微有一点抬高。下段由于渭河口受黄河干流和北洛河大水的顶托，以及潼关卡口的约束作用，而发生泥沙淤积河床平行抬高。中段作为上段和下段的过渡段，由沿程淤积和溯源淤积同时作用的结果，而使比降变得缓和。这一因素再加滩地高秆作物的影响，以及弯道数的增加，必然使临潼至华县河段的综合糙率变大，流速减小。如表4所示， 用曼宁公式计算出临潼站与华县站的糙率都有逐渐增加的趋势，特别是2003年的糙率尤为明显。这进一步的说明比降和糙率也是影响洪峰推后，洪水历时延长不可或缺的因素。
图7 渭河下游纵剖面变化（摘自曹如轩等，2001）
Fig.7 The change of vertical section in liewer reaches of Weihe River
表4 临潼，华县站各年的糙率
Tab.4 Rough rates at Lintong and Huaxian
年代 1970年 1977年 1983年
1992年 2003年
流量
临潼 2800(m[3]/s) 0.029(448) 0.026(668) 0.027(11.2) 0.030(396) 0.041(567)
华县 2500(m[3]/s) 0.027(442) 0.022(434) 0.023(21.8) 0.024(500) 0.044(12)
（注：表中括号内的数据为本次洪水所对应的含沙量kg/m[3]）
3 讨论
从上面的分析看出，近十多年来渭河下游洪水的变化是众多因素共同作用的结果。但相比较而言，渭河萎缩，滩槽差减小，使不大的洪水就能上滩，从而流速减小，高含沙洪水产生滩边“浆河”，才使边滩不断淤积、洪水历时及传播时间不断加大，是威胁防洪安全的重要因素。气候变化和人类活动是影响水沙条件的决定性因素。渭河下游的主要沙量来自泾河，主要水量来自于咸阳以上。若能对这两处的水沙进行综合治理，使不利的高含沙大洪水少上滩，不利的高含沙小洪水少入槽，再配合潼关高程的降低，促进河槽边界的调整，才能控制渭河进一步萎缩，改变渭河下游的环境，使人与自然和谐相处，才有利于实施经济的可持续发展。
收稿日期：2005—04—05
基金项目：陕西省重点实验室基金研究项目（04JS16）资助。