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1潼關高程的變化及其影響

1.1潼關高程歷史上的變化三門峽水庫修建前，黃河潼關河段屬于天然河道，由于缺乏實測資料，目前對歷史上潼關高程的變化存在著3種不同的觀點：第一種觀點認為潼關高程在歷史上就是持續抬升的，且每年抬升速率是比較大的；第二種觀點認為潼關高程歷史上是緩慢上升的，每年的抬升速率是很小的；第三種觀點認為潼關高程歷史上是處于相對穩定的。上述3種觀點所引用的資料主要有[1]：(1)1966年潼關鐵橋附近的鉆探資料；(2)1929～1960年實測1000m3/s流量的潼關水位；(3)采用小北干流淤積厚度來推斷潼關高程。由鉆探資料分析得到的從三國時期至1960年，潼關高程年平均淤高0.006～0.008m，由小北干流淤積推斷潼關高程年平均淤高0.014～0.027m，可見用這2種方法得到的潼關高程年升高值相差很大，用小北干流淤積推斷的潼關高程誤差較大。而采用1929～1960年實測資料分析得到的潼關高程年平均淤高0.035～0.09m，也有專家分析了1929～1960年的實測資料，認為如扣除其中的1942～1947年缺測年份，潼關高程則處于相對平衡狀態[2]，由此可見，即使是采用同樣的資料，也會得到差別很大的結果。這與各家使用資料時的處理方法有很大的關系，這也是三門峽水庫泥沙淤積問題研究中的一個特點。筆者認為：從歷史上看，渭河下游是一條不設堤防的地下河，主河槽過流能力約在5000m3/s左右，河道還曾具有通航能力；此外，從西安地區河灘上1m以下出土的大量秦代文物、華縣附近灘地實測淤高3m、以及將1929～1960年的實測資料扣除1942～1947年缺測的年份等情況來綜合分析，可以認為歷史上潼關高程平均情況是緩慢上升的，可能在一些時段由于水沙條件的不同會大幅度上升或下降，但長時段總的趨勢是緩慢上升，不太可能在歷史上累積抬升了幾十米。

圖1潼關高程差變化過程

1.2三門峽水庫修建后不同時期潼關高程的變化三門峽水庫修建后，潼關高程經歷了急劇上升-下降-基本穩定-逐步抬升4個階段[1～4]，圖1(a)和(b)為年內潼關高程差的變化過程，由圖可見：(1)1960年9月～1969年汛末水庫高水位運行，潼關高程迅速抬高了5.25m，1969年汛末～1973年汛末水庫低水位運行，潼關高程下降了2.01m,1973年汛末～1985年汛末水庫采取蓄清排渾運用，潼關高程基本處于相對穩定，1985年汛末至今，持續來水偏枯，潼關高程緩慢持續抬升，至2002年汛末，潼關高程上升到328.78m，說明水庫運行水位和來水來沙對潼關高程有著重要的影響；(2)每年汛后與汛前潼關高程差有許多年份是負值，表明潼關高程的變化在年內基本上是汛期沖刷下降，一些汛期甚至可以沖刷下降1.8m，非汛期則淤積抬升。下年汛后與前一年汛后潼關高程差則有升有降，表明控制三門峽水庫非汛期水位至關重要，它對潼關高程升降有重要影響；(3)2002年汛后，三門峽水庫運用方式非汛期最高水位控制在318.00m，從2002年10月24日～2003年6月30日，壩前平均水位315.59m，2003年汛期水庫基本是敞泄和低水位運行，加之2003年秋汛渭河6次洪峰，潼關高程在2003年10月19日較汛前下降了0.88m，汛后又有所回升。

1.3潼關高程下降的作用潼關位于黃河與渭河交匯口以下約5000m處，是黃渭匯合后水流進入三門峽庫區的天然卡口。潼關高程的變化直接影響渭河下游河道的沖淤，是渭河下游河道的侵蝕基準面。

三門峽水庫運用以來，1960年6月～2000年10月庫區共淤積泥沙67.3億m3，其中潼關以上淤積37.9億m3，潼關以下淤積29.4億m3，到2002年汛后，潼關高程上升到了328.78m，比建庫前抬升了5.38m。由于作為侵蝕基準面的潼關高程的抬高，導致渭河下游河道嚴重淤積。1960～2000年渭河下游河道總淤積量達13.3億m3，圖2為不同時段渭河下游不同河段的單位長度沖淤量，表明隨著潼關高程的上升，渭河下游的淤積強度在不斷向上發展，影響較為顯著的范圍已超過渭淤26斷面(臨潼)，使河道淤積萎縮、過洪能力減小[5]，渭河下游河道已成為“地上懸河”，臨背差達2～4m，防洪形勢十分嚴

圖2渭河下游各河段單位長度沖淤量

峻。華縣站河道斷面過洪能力由建庫前的4500～5000m3/s減少到1999年的約1500m3/s，2003年渭河洪水出現的洪峰流量不大，但水位高、持續時間長、演進速度慢，形成了大災害的局面就是渭河下游河道嚴重淤積的必然結果。泥沙淤積還使流域內生態環境不斷惡化，沿河居民生活水平得不到提高，給渭河下游地區關中平原的經濟發展帶來嚴重的不利影響。

實測資料分析表明，渭河下游河道的累計淤積量及華縣站水位都與潼關高程有較好的相關關系，如圖3和圖4所示，由圖可見：潼關高程抬高，渭河下游的累計淤積量就增大、華縣的水位就升高。因此，從減少渭河下游淤積、降低洪水位，減輕洪澇災害，以及改善流域生態環境出發，降低潼關高程是十分必要的。

圖3渭河下游累計淤積量與潼關高程的關系

圖4華縣水位與潼關水位的關系

1.42003年渭河下游的洪水情況2003年8月24日開始的歷時2個半月的渭河下游洪水，雖然洪峰不大，僅為幾年一遇的洪水，但洪量大、洪水持續時間長，造成渭河干流大堤決口1處(尤孟堤)，3條南山支流決口10處，其中方山河5處、羅紋河4處、石堤河1處。水災損失是渭河流域有史以來最大的，洪水共造成渭河下游兩岸咸陽、西安、渭南3市6個縣46個鄉鎮被淹，受災人口達49萬，遷移人口29.22萬，農作物受災面積53.68萬公頃，倒塌房屋5.76萬間，22條公路中斷，損毀公路512km，輸電線路1388km，通訊線路951km,20個鄉鎮衛生院被淹，182所學校的4.9萬名學生無法入學上課，直接經濟損失約29億元。

2003年6～10月份，咸陽站來水量為39.39億m3，來沙量0.91億t;臨潼站來水量為70.93億m3，來沙量為2.94億t；華縣站來水量為75.25億m3，來沙量為2.98億t。

2003年汛前潼關高程為328.78m，7月25日潼關高程曾達329.10m，8月下旬洪水前潼關高程為328.79m，渭河6號洪峰后，10月19日潼關高程為327.94m，較洪水前降低了0.85m。

2003年洪水后，渭河下游河道較汛前發生了較大的變化，灘面普遍發生淤積，淤積厚度一般在0.4m左右，最大淤積厚度為楊家斷面處(渭淤16(二))的1.5m；主槽發生沖刷，河槽一般較汛前展寬50～100m，局部河段展寬了100～200m,河道深泓點普遍較汛前下降0.5～1m，局部河段深達2m以上，圖5為洪水前后華縣站實測斷面比較，說明洪水的刷槽淤灘特性。2003年渭河下游(渭淤37-渭攔4)共沖刷泥沙0.1693億m3，斷面變化表現為沖槽淤灘；沿程變化表現為兩頭沖、中間淤，如圖6所示。

圖52003年華縣站實測大斷面沖淤變化

圖62003年渭河下游河道沖淤量沿程變化

2降低潼關高程的預期目標與措施

2.1預期目標如前所述，通過調整三門峽水庫的運用水位是可以降低潼關高程的，為此，筆者采用泥沙數學模型對這一問題進行了研究。圖7為三門峽水庫運用方式調整后3種方案(一種是全年敞泄運用，另兩種分別是汛期敞泄、非汛期控制318m與315m運用)潼關高程變化過程的泥沙數學模型計算結果，由圖可見：在偏枯的1987～2001年共14年水沙系列條件下，14年末3種不同的三門峽水庫運用方式時，潼關高程可降低0.77～1.09m(與計算起始地形2001年汛后潼關高程328.23m比)，而采用1978～1996年組合的偏豐的14年水沙系列，14年末3種不同的三門峽水庫運用方式時潼關高程可降低1.37～1.64m。因此，通過調整三門峽水庫的運用方式，在目前偏枯的水沙條件下近期使潼關高程下降1m是可能的。

各種措施對進一步降低潼關高程作用的研究表明[4]，通過采用跨流域調水增加水量、水土保持或修建水利樞紐減少來沙、修建水利樞紐形成人造洪峰以及疏浚等措施都可在改變三門峽水庫運用方式降低潼關高程的基礎上，分別進一步降低潼關高程0.05～0.48m。采用這些措施的組合后，潼關高程下降2m是可能的。當然，這些措施的實施需要較長的時間，因此，可以將潼關高程下降2m作為中長期目標。

2.2調整三門峽水庫運用水位對降低潼關高程的作用大量研究表明[1,4,6]，改變三門峽水庫的運用方式，可使潼關高程下降。對此許多專家提出了不同的調整三門峽水庫運用水位的方案，主要有如下三種：一是三門峽水庫全年敞泄運用；二是三門峽水庫汛期敞泄非汛期控制水位運用，其中包括非汛期控制水位310m、315m、316m、318m等，310m為1969年4省會議確定的；三是三門峽水庫汛期平水發電、洪水敞泄，非汛期控制水位318m、320m、322m、324m等，此外還有上述3種方案之間的組合。如果僅從降低潼關高程的角度出發，三門峽水庫的運用方式采用全年敞泄最為有利，但其對庫區和樞紐造成的社會、經濟、生態環境等的影響也最大。因此，尋找到一個相對的平衡點，既對降低潼關高程有明顯作用，又對庫區和樞紐的社會、經濟、生態環境影響較小的三門峽水庫運用方式是非常必要的。

圖7不同水沙系列時潼關高程的變化

采用泥沙數學模型對1974～1999年25年水沙系列條件下三門峽水庫全年敞泄與汛期敞泄、非汛期不同控制運用的潼關高程差的計算結果表明[4]：不論是25年末潼關高程差，還是平均潼關高程差，當非汛期運用控制水位在315m以上時，隨控制水位的上升，全年敞泄運用與非汛期控制水位運用之間潼關高程差愈來愈大，特別是控制水位在318m以上時，兩者差值趨于更大；而非汛期控制運用水位在312m以下時，兩種運用方式潼關高程差較小。

表1三門峽水庫汛期敞泄、非汛期不同控制運用水位對降低潼關高程的影響

三門峽水庫非汛期控制水位/m非汛期控制運用與全年敞泄運用潼關高程差

差值/m差值/m

3090.1850.0083

3120.210.017

3150.260.027

3180.340.030

3210.430

表1給出了由計算成果得到的三門峽水庫汛期敞泄、非汛期控制運用時，不同控制運用水位段每米控制水位的差值對降低潼關高程的影響值，由表可見，當非汛期三門峽運用水位控制在312～315m范圍時，運用水位每升高1m，潼關高程少降低0.017m;當非汛期三門峽運用水位控制在315～318m范圍時，運用水位每升高1m，潼關高程少降低0.027m；當非汛期三門峽運用水位控制在318～321m范圍時，運用水位每升高1m，潼關高程少降低0.030m。這也進一步說明，每米控制水位對降低潼關高程的影響在水位315m上下存在明顯的差別，特別是在318m以上差別更大，而在312m以下差別很小。

由以上分析可見，非汛期三門峽運用水位控制在312～318m范圍時，對潼關高程的影響相對較小，選擇非汛期控制水位在318m為這一范圍的上限，考慮到調整過程的漸進性，選擇非汛期控制水位在315m左右時，三門峽水利樞紐還能繼續發電，對庫區社會、經濟、生態環境影響相對較小。因此，三門峽水庫采用汛期敞泄、非汛期控制水位315m運用是比較合理和現實的。

此外，據實測資料分析也可得到類似的結果。圖8(a)為1960－2000年非汛期(11月1日至次年6月30日)三門峽水庫壩前平均水位與同期潼關高程升降的關系，由圖可見，在非汛期平均水位約315m時，有一明顯的拐點，315m水位以上對潼關高程升降影響較大，315m水位以下時曲線較平坦、對潼關高程升降影響較小，這與清華大學得到的結果基本一致，由圖8(a)還可看出，當壩前水位低于310m時，兩者幾乎沒有相關關系，因此，將1972年以后非汛期的低于310m的水位剔除(這些水位多出現于汛末蓄水的11月份和汛前降水的6月份)，然后點繪非汛期壩前平均水位與同期潼關高程升降的關系如圖8(b)，可見在315m水位時仍存在一個拐點，且兩者的相關程度由0.6984提高到0.7638。這些實測資料的分析結果進一步說明非汛期控制水位采用315m運用是比較合理的。

圖8(a)非汛期壩前平均水位與同期潼關高程升降關系

圖8(b)非汛期壩前平均水位與同期潼關高程升降關系

需要指出的是，本文提到的非汛期水位可有兩層含義，一層是上限水位，另一層是平均水位，如無特殊說明，本文所指非汛期水位為上限水位，平均水位一般較上限水位低。

2.3采取綜合措施可進一步降低潼關高程調整三門峽水庫運行水位是降低潼關高程的重要措施之一，效果十分明顯，但降低的程度還與來水來沙過程有密切的關系，在目前的水沙條件下，來水來沙偏枯，對降低潼關高程的作用是有限的，還需要配合其它措施，以期較大幅度地降低潼關高程。筆者曾對其它措施降低潼關高程的作用進行了泥沙數學模型計算[4]，這些措施包括：增加水量(跨流域調水)、減少來沙、人造洪峰、改變水沙系列、裁彎、縮窄河寬、疏浚和增加三門峽水庫泄量等。研究結果表明：這些措施單獨使用都較調整三門峽水庫運用水位對降低潼關高程的效果小一些，但不同程度上都能對降低潼關高程有一定作用，特別是增加水量、疏浚和減少來沙等措施的效果更明顯，因此，為了達到降低潼關高程的預期目標，特別是中長期目標，應采用包括調整三門峽水庫運用水位在內的綜合措施。

3關于潼關高程的穩定降低

潼關高程的升降隨三門峽水庫運用方式和上游來水來沙條件的不同而變化。在三門峽水庫運用方式一定時，有利的水沙條件可能使潼關高程有比較急劇的降低，但并不表明潼關高程就穩定降低了，只有在潼關高程降低到了某一高程后，并在一個較長的時段內在其周圍穩定地升降，才表明潼關高程是穩定地降低了。

采用泥沙數學模型在2001年汛后地形基礎上，計算了1987～2001年偏枯水沙系列條件下4種三門峽水庫運用方式(現狀運用，全年敞泄，汛期敞泄和非汛期控制318m水位運用，汛期敞泄和非汛期控制315m水位運用)和以1974～1975年為基礎概化的平水系列條件下4種三門峽水庫運用方式(全年敞泄，汛期敞泄和非汛期控制318m水位運用，汛期敞泄和非汛期控制315m水位運用，汛期敞泄和非汛期控制312m水位運用)潼關高程的變化趨勢，如圖9所示。由圖可見，潼關高程在前幾年變化較大，在經過約4～8年之后，無論哪種水沙系列和三門峽水庫運用方式，潼關高程都可降低到穩定狀態，其中全年敞泄運用時約需4年，潼關高程可降低到穩定狀態，非汛期控制318m運用時約需8年，非汛期控制315m約需5年。表明潼關高程降低到穩定狀態是需要一定的時間的，但并不需要很長的時間。

圖9(a)概化平水系列全年敞泄時潼關高程的變化

圖9(b)概化平水系列三門峽水庫不同運用方式時潼關高程的變化

4渭河下游河道的綜合治理

潼關高程作為渭河下游河道的侵蝕基準面，直接影響著渭河下游的河道演變、河床沖淤和河道防洪，隨著潼關高程的不斷升高，渭河下游河道也由“地下河”變成了“地上懸河”，并且在日益加劇。目前渭河下游河床已平均高出堤外地面2～4m，最多的地方已高出地面4.5m，使得渭河下游的防洪形勢愈來愈嚴峻。渭河下游堤防的現有防洪標準按50年一遇洪水標準設計，但目前一般只達到20年一遇標準，西安等重要城市附近堤防的防洪標準也不足50年一遇，渭河下游河道堤防有91.7%低于設計洪水標準，特別是十多條南山支流的堤防十分薄弱，一旦遇上大水，損失將是巨大的，2003年渭河下游的洪水就是典型的實例。因此，渭河下游的治理是十分必要的，也是十分迫切的，降低潼關高程是重要的措施之一，但潼關高程的穩定降低不是短期可以做到的，即使潼關高程降下來了，其對渭河下游的影響范圍也是逐步發展的，要有一個時間過程，且對華縣以上的影響將是十分有限的，渭河下游的治理應該是采取綜合措施，以期達到長治久安的目標，目前研究可采納的綜合治理措施如下。

4.1近期措施(1)降低潼關高程；(2)黃渭洛匯流區河道整治；(3)渭河下游河道整治；(4)渭河下游河道疏浚和淤臨淤背；(5)渭河干流大堤加高加固，提高防洪標準，特別是南山支流堤距加寬和堤防的加高加固。

4.2中長期措施(1)水土保持減少入渭泥沙；(2)跨流域調水入渭，提高渭河下游河道的輸沙水量和流量；(3)修建東莊水庫調節渭河下游河道水沙過程；(4)北洛河改道直接入黃。

5結語

通過實測資料分析和泥沙數學模型計算等方法對潼關高程的作用、潼關高程的變化過程及其影響、降低潼關高程的目標與措施、潼關高程的穩定下降和渭河下游河道的綜合治理措施等重要問題進行了研究，取得了如下認識：

(1)潼關是三門峽庫區的天然卡口，是渭河下游河道的侵蝕基準面，潼關高程的變化直接影響渭河下游河道的沖淤，從減少渭河下游河道淤積、減輕渭河下游洪澇災害及改善渭河流域生態環境等方面考慮，降低潼關高程是非常必要的；

(2)三門峽水庫不同運用方式時降低潼關高程的過程是不同的，但一般經4～8年后潼關高程可降低到穩定狀態，其中，全年敞泄時約需4年，非汛期控制水位在318m時約需8年，非汛期控制水位在315m時約需5年；

(3)改變三門峽水庫運用方式，近期降低潼關高程1m是可行的，采取綜合措施后中長期降低2m是可能的；

(4)三門峽水庫汛期敞泄和非汛期控制水位318m以上與全年敞泄相比，不利于降低潼關高程，非汛期控制水位在312m以下與全年敞泄相比對降低潼關高程的作用接近，非汛期控制在312～318m范圍內對降低潼關高程和潼關至大壩段的生態環境相對有利，采用非汛期控制水位318m為上限，綜合考慮目前非汛期控制水位315m較好；

(5)渭河下游河道的治理應該是采取綜合措施，近期可以采取的措施有降低潼關高程、渭河下游河道與匯流區整治和疏浚、渭河干流與南山支流提高堤防標準等，遠期可采取的措施有水土保持減少入渭泥沙、調水入渭增大輸沙水量和流量、修建東莊水庫調節水沙過程、北洛河直接入黃等。

參考文獻：

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