4河床演變及泥沙沖淤分析項目可行性研究報告

江河水利水電咨詢中心 4 1 4 河床演變及泥沙沖淤分析 段特性 渭河是黃河最大的一級支流，發(fā)源于甘肅省渭源縣鳥鼠山，自西向東橫跨甘肅、寧夏、陜西三?。▍^(qū)），于潼關(guān)注入黃河。主河道全長 818域總面積 家村至咸陽隴海鐵路橋全長 171劃分為中游段。 咸陽城區(qū)河段從上游呂村至隴海鐵路橋全長 面形態(tài)比較順直，河寬約450 760m。河道縱坡較緩，比降為 岸坎北高南低，其中南岸坎高 2 3m，系粘土、壤土岸質(zhì)；北岸坎高 3 4m，上部為壤土，下部由粘土組成，抗沖力強，歷史上該 河段河勢變化不大。后經(jīng)多年治理，現(xiàn)主河槽單一，平面擺動進一步減小，河勢也較為順直。 1965 年進行渭河流域規(guī)劃時，對此段河道平面形態(tài)指標(biāo)進行過分析， 1999 年進行渭河中游干流防洪工程可行性研究時，進行了復(fù)核，兩次比較成果見表 4 1。 表 4 1 渭河中游咸陽城區(qū)段河彎平面形態(tài)指標(biāo)比較表 年份 彎道半徑 （ m） 中心角 （度） 過渡段長 （ m） 彎道擺幅 （ m） 彎道縱距 （ m） 1965 790 72 1999 1743 41 930 2200 10460 由表 4 1 可以看出，經(jīng)過多年 治理，該河段現(xiàn)狀 1999 年比 1965 年河道的曲率半徑增大，中心角減小，過渡段和彎道縱距相應(yīng)加長，河道形態(tài)趨于平順，對行洪更加有利。 該河段河床多為細沙、粗沙組成，洪水中泥沙含量較大，顆粒甚細。從長時段來看，河床沖淤基本平衡，而 2003 年汛期連續(xù)發(fā)生 5 次較大洪水，河槽較前出現(xiàn)明顯的沖刷。歷史上該河段相對穩(wěn)定，俗稱“咸陽”十里峽。 該河段內(nèi)已建有西寶高速公路橋、西蘭一號、二號公路橋和隴海鐵路橋組。咸陽水文站位于一號公路橋上游約 120m 處。 按照 2001 年水利部審查通過的陜西省渭河中游干流防洪工程可行性研究報告 ，渭河咸陽城區(qū)段堤防間距不小于 600m，北岸堤防洪水標(biāo)準(zhǔn)為 100 年一遇，南岸堤防洪水標(biāo)準(zhǔn)為 50 年一遇。目前，北岸堤防建設(shè)已基本完成，南岸堤防正在建設(shè)之中。 渭河咸陽城區(qū)段綜合治理工程可行性研究報告 第 4 章 江河水利水電咨詢中心 4 2 水來沙分析 沙概況 渭河是一條多泥沙河流。從總體看，渭河中游段輸沙基本處于動平衡狀態(tài)，但年際之間的變化較為懸殊。 咸陽水文站為本次設(shè)計依據(jù)站，其 多年平均 懸移質(zhì)輸沙量為 噸，最大輸沙量為 噸，發(fā)生在 1973 年，最小為 噸，發(fā)生在 1997 年，最大值是最小值的 65 倍。根據(jù)該站實測資料，統(tǒng)計分析 1934 2001年歷 年徑流量、輸沙量見表 4 2，水沙特征值見表 4 3 及圖 4 1。多年平均懸移質(zhì)泥沙顆粒級配見表 4 4。 表 4 2 咸陽站歷年徑流量及輸沙量表 年份 年徑流量 (億 年輸沙量 (萬 t) 年份 年徑流量 (億 年輸沙量 (萬 t) 年份 年徑流量 (億 年輸沙量 (萬 t) 1934 5585 1958 1444 1982 816 1935 3825 1959 7878 1983 704 1936 1270 1960 2554 1984 2522 1937 3088 1961 2772 1985 925 1938 294 1962 4570 1986 276 1939 193 1963 2741 1987 320 1940 3768 1964 0199 1988 0277 1941 4844 1965 3655 1989 582 1942 185 1966 2797 1990 641 1943 5705 1967 5103 1991 881 1944 6352 1968 6721 1992 2856 1945 7017 1969 1731 1993 959 1946 5986 1970 1536 1994 673 1947 4248 1971 550 1995 381 1948 0119 1972 992 1996 147 1949 4620 1973 8789 1997 00 1950 2551 1974 271 1998 780 1951 702 1975 618 1999 799 1952 0559 1976 791 2000 809 1953 278 1977 7502 2001 48 1954 7405 1978 34 16998 多年平均 3360 1955 6588 1979 001 最大 8789 1956 0460 1980 1953 最小 00 1957 821 1981 2993 江河水利水電咨詢中心 4 3 表 4 3 咸陽站水沙特征值表 項目 特征值 備注 最大洪峰流量 (m3/s) 7220 (1954 年 8月 18日 ) 多年平均流量 (m3/s) 148 多年平均徑流量 (億 其中： 6 10月份平均徑流量 (億 7 9月份平均徑流量 (億 多年平均含沙量 (kg/最大含沙量 (kg/729 (1968 年 8月 3日 ) 多年平均懸移質(zhì)輸沙量 (萬噸 ) 13360 其中： 6 10月平均懸移質(zhì)輸沙量 (萬噸 ) 12404 7 9月平均懸移質(zhì)輸沙量 (萬噸 ) 10697 0 . 0 02 0 . 0 04 0 . 0 06 0 . 0 08 0 . 0 01 0 0 . 0 01 2 0 . 0 019341938194219461950195419581962196619701974197819821986199019941998年份年徑流量(m3/s)050001000015000200002500030000350004000045000年輸沙量(萬噸）年徑流量年輸沙量圖 4 1 咸陽站年徑流量及年輸沙量過程線圖 表 4 4 咸陽站懸移質(zhì)泥沙顆粒級配表 粒徑（ 中數(shù) 粒徑 平均 粒徑 小于某粒徑沙 重百分數(shù)（ %） 00 河咸陽城區(qū)段綜合治理工程可行性研究報告 第 4 章 江河水利水電咨詢中心 4 4 對咸陽站不同年代的徑流量及輸沙量進行分析，結(jié)果表明： 50 年代為中水中沙年， 60 年代為豐水豐沙年， 70 年代為少水少沙年， 80 年代為中水少沙年，進入 90年代以后，水沙均偏少，但水量偏少的程度要更大一些。詳見表 4 5。渭河干流天水北道 咸陽段為中游以上河段的主要產(chǎn)水區(qū)，其中北道以上河段為主要產(chǎn)沙區(qū)。 流域水沙變化是氣候和人類活動共同作用的結(jié)果，在 1970 1995年期間，咸陽站以上人類活動對徑流、泥沙的影響作用很大，是水沙變化的主要影響因素。而近十年來，氣候因素對徑流和泥沙 的的影響程度較大。 80 年代人類活動減水減沙效益最為明顯，水利水保工程措施減水減沙作用較顯著。隨著人們環(huán)境意識的增強和水保治理力度的加大，渭河上中游有來水來沙呈逐年減少的趨勢。 表 4 5 咸陽站徑流量及輸沙量分年代統(tǒng)計表 年份 徑流量（億 輸沙量（億 t） 合計 平均 合計 平均 1950 1960 961 1970 971 1980 981 1990 991 2001 上述表及圖可以看出咸陽站年徑流量與年輸沙量有一定的對應(yīng)關(guān)系，即當(dāng)年徑流量較大時，年輸沙量一般也較大，反之，當(dāng)年徑流量較小時，年輸沙量一般也較小。懸移質(zhì)的年內(nèi)分配一般情況下是來沙較來水集中，來沙主要集中在汛期 6 10月，其懸移質(zhì)輸沙量為 12404萬 t，占多年平均懸移質(zhì)輸沙量 13360萬 t 的 93%，而6 10月份徑流量為 多年平均徑流量 6%； 7 9月懸 移質(zhì)輸沙量為 10697萬噸，占多年平均懸移質(zhì)輸沙量的 80%，而 7 9月份徑流量為 多年平均徑流量的 45%。 沙量與流量關(guān)系 渭河屬多含沙水流，這給治理段的蓄水帶來較大的困難。咸陽站位于治理段范圍內(nèi)，該河段的河床經(jīng)多年演變后基本趨向沖淤平衡，可以采用咸陽站進行泥沙的有關(guān)分析。 對咸陽站 1980至 2001年近 20場洪水的退水過程進行分析，并將洪峰流量劃分 江河水利水電咨詢中心 4 5 為 5級（ 300 500 m3/s， 500 1000 m3/s， 1000 1500 m3/s， 1500 2000 m3/s，2000m3/s）進行統(tǒng)計，見圖 4 2至圖 4 6。由圖可見，含沙量和流量沒有明顯的相關(guān)關(guān)系，由退水過程點繪的含沙量和流量關(guān)系圖點據(jù)較為散亂。但就某一個洪峰流量級來說，總的趨勢是流量越大含沙量越大。對于洪峰流量在 300 500 m3/含沙量是最大的，分析原因是由于這一流量級的洪水多是汛期發(fā)生的頭一兩場洪水，在非汛期沉積的泥沙首先在這第一、二場洪水中被挾帶下來，而在年最大洪水 之后發(fā)生的洪水，其含沙量則相對較小。但也出現(xiàn)過后期發(fā)生的洪水含沙量較大的情況。 另外又分析了 1980 年至 2001 年 81 場洪水的 退水退沙過程，其中洪峰小于1000m3/s 的 47 場，洪峰大于 1000m3/s 的 34 場，初步分析結(jié)果如下：洪峰流量小于1000m3/水過程起蓄時段的流量不宜大于 200m3/s；洪峰流量大于 1000m3/水過程起蓄時段的流量宜選在 700m3/s 以下。見圖 4 7 和圖 4 8。具體操作時，可根據(jù)實際情況相機蓄水 0501001502002503003504000 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500流量 (s )含沙量(kg/ 4 2 00s 流量含沙量關(guān)系圖 渭河咸陽城區(qū)段綜合治理工程可行性研究報告 第 4 章 江河水利水電咨詢中心 4 6 0501001502002500 100 200 300 400 500 600 700 800流量（ s )含沙量(kg/ 4 3 00 1000m3/s 流量含沙量關(guān)系圖 0204060801001201401601800 200 400 600 800 1000 1200流量（ s )含沙量(kg/ 4 4 000 1500m3/s 流量含沙量關(guān)系圖 江河水利水電咨詢中心 4 7 0501001502002503000 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600流量 (s )含沙量(kg/ 4 5 500 2000m3/s 流量含沙量關(guān)系圖 0501001502002500 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500流量 (s )含沙量（kg/ 4 6 000m3/s 流量含沙量關(guān)系圖 渭河咸陽城區(qū)段綜合治理工程可行性研究報告 第 4 章 江河水利水電咨詢中心 4 8 0501001502002503003504000 100 200 300 400 500 600 700 800流量 (s )含沙量(m3/s)圖 4 7 1000m3/s 流量含 沙量關(guān)系圖 0501001502002503000 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500流量 (s )含沙量(m3/s)圖 4 8 000m3/s 流量含沙量關(guān)系圖 江河水利水電咨詢中心 4 9 峰與洪峰關(guān)系 對咸陽站 1980至 2001年近 20場洪水進行分析 ,大部分情況下沙峰滯后于洪峰：如 1980年 7月、 1981 年 7月等洪水沙峰滯后洪峰 10小時左右， 1989年 7月的第二場洪水沙峰滯后于洪峰 29小時， 1984年 8 月洪水沙峰滯后洪峰 4小時；也有沙峰出現(xiàn)于洪峰之前的情況：如 1989 年 7 月的第一場洪水沙峰提前于洪峰 10 小時， 1990年 8月沙峰提前于洪峰 31小時。相對而言 ，沙峰提前于洪峰的洪水其退水末端含沙量較小，有利于蓄水。 總體而言，多是沙峰滯后于洪峰，滯后時間多為 10 小時左右。詳見圖 4 9 至圖 4 14。 沙峰滯后 9 - 1 0 4 688. 106 116 140 170 204 216 223 244 278 320 356時間流量(m3/s)0100200300400500600含沙量(kg/量含沙量圖 4 9 流量含沙量過程線圖（ 渭河咸陽城區(qū)段綜合治理工程可行性研究報告 第 4 章 江河水利水電咨詢中心 4 10 沙峰滯后 10 小時050010001500200025000 5 8 2 74 100 116 140時間流量(m3/s)020406080100120140160180含沙量(kg/量含沙量圖圖 4 10 流量含沙量過程線圖（ 沙峰滯后 62 45 52 60 76 96 34 152 170 200時間流量(m3/s)020406080100120140160含沙量(kg/量含沙量圖 4 11 流量含沙量過程線圖（ 江河水利水電咨詢中心 4 11 沙峰滯后 40 32 2 68 92 116 146 170時間流量(m3/s)020406080100120140160180含沙量(kg/量含沙量圖 4 12 流量含沙量過程線圖（ 沙峰分別提前 10h 和滯后 292 48 68 92 116 128 152 176時間流量(m3/s)020406080100120140含沙量(kg/量含沙量圖 4 13 流量含沙量過程線圖（ 渭河咸陽城區(qū)段綜合治理工程可行性研究報告 第 4 章 江河水利水電咨詢中心 4 12 沙峰提前 310 6 68 92 104 116 140 164 182 206 230 284時間流量(m3/s)020406080100120140160180200含沙量(kg/量含沙量圖圖 4 14 流量含沙量過程線圖（ 然河床演變分析 床流量 （ 1）平灘流量法 由于造床流量時水位大致與河漫灘齊平，因為也只有當(dāng)水位平灘時，其造床 作用才最大，當(dāng)水位再升高而漫灘時，水流分散，造床作用降低；水位低于河漫灘時，流速較小，造床作用也不強，因此可以直接采用與平灘水位相應(yīng)的流量作為造床流量。 1965 年規(guī)劃時采用平灘流量法計算的咸陽站的造床流量為 1700 m3/s。 2000 年渭河中游干流防洪工程分析的咸陽站的造床流量變幅為 1329 1888m3/s，取值為1610 m3/s。 （ 2）馬卡維也夫法 馬卡維也夫認為，造床流量的大小和其輸沙能力的大小及該流量經(jīng)歷的時間長短有關(guān)。水流的挾沙能力與流量 Q 的某次方及比降 J 的乘積成正比，所經(jīng)歷的時間可用出現(xiàn)的頻 率 當(dāng) 對應(yīng)的流量為造床流量。 2000年渭河中游干流防洪工程可研，選用咸陽站 1976年為典型年，采用馬卡維 江河水利水電咨詢中心 4 13 也夫法進行分析計算的咸陽站的造床流量為 1550 m3/s。 （ 3）經(jīng)驗公式法 黃河水利委員會根據(jù)黃河流域汛期來水來沙的特點，提出了一個用汛期平均流量計算造床流量的方法，其公式為： 5+90 式中 次采用汛期 7 10 月的平均流量計算咸陽站的造床流量為 1600 m3/s。 按最大日流量均值法計算的咸陽站的造床 流量為 2100 m3/s。 （ 4）頻率計算法 清華大學(xué)錢寧教授研究了國內(nèi)外很多河流的資料后認為，造床流量相當(dāng)于 此法計算的咸陽站的造床流量為 1900 m3/s。 根據(jù)上述分析計算，本次造床流量仍采用渭河中游干流防洪工程的有關(guān)成果，即咸陽站的造床流量按 1900 m3/ 測資料分析 （ 1）沖淤變化 按汛前、汛后實測大斷面資料統(tǒng)計，咸陽水文站斷面沖淤變化范圍為 988年陜西院曾對渭河中游河段進行過橫斷面實測， 1999年在進行渭河中游干流防洪工程可行 性研究時，又對原橫斷面進行了復(fù)測，依據(jù)兩次實測斷面進行沖淤變化分析，并繪制了沿程沖淤變化圖。咸陽城區(qū)河段（ ）沖淤變化，見圖 4 15。 從圖 4 15可以看出，在 1988年至 1999年的 12年中，咸陽水文站斷面（ 上河段，就斷面平均值而言，以沖刷下切為主，而咸陽水文站斷面上、下河段出現(xiàn)淤積。主要原因是 12 年中未發(fā)生過較大洪水，咸陽站除 1990年、 1992 年和 1993年其最大洪峰流量大于中水造床流量外，其它年份均不足造床流量的 50%，系小水小沙年，故該河段沒有出現(xiàn)較大沖淤變化。 進一步野外調(diào)查表明，本河段在大水期灘地出現(xiàn)較多的泥沙淤積，其主要原因是灘面上人為種植喬、灌木而產(chǎn)生掛淤作用所致。 渭河咸陽城區(qū)段綜合治理工程可行性研究報告 第 4 章 江河水利水電咨詢中心 4 14 圖 4 15 渭河干流咸陽城區(qū)段沖淤變化圖 再從套繪的 1988 年和 1999年實測河段深泓線圖（見圖 4 16）來看，咸陽城區(qū)河段除咸陽水文站斷面稍有淤積外，其它河段似以沖刷為主。 從套繪的 1988年、 1999年咸陽水文站測流斷面橫斷面圖（見圖 4 17）來看，該斷面有沖有淤，淤積略大于沖刷。 2003 年渭河干流咸陽城區(qū)河段連續(xù)發(fā)生 5 次較大洪水，其中 8 月 28 日最大洪峰流量為 5340m3/s。從套繪的 2003 年咸陽水文站實測橫斷面圖（見圖 4 18）來看，最大沖刷深度為 斷面圖為大沽高程系統(tǒng)）。實測橫斷面圖上距起點約 200底高程比較低，是近幾年挖的沙坑，洪水期主流實際上偏右岸運行。 我們通過中常洪水試驗量測的河道斷面變化情況，同時結(jié)合渭淤 37 斷面 1990年汛前至 1996年汛后套繪結(jié)果，也可發(fā)現(xiàn)，即使中常洪水的造床作用，咸陽城區(qū)段洪水期河床也有較大幅度的沖淤變形。 再從咸陽站實測大洪水水位、流量比較（表 4 6）來看，今年發(fā)生的 5340m3/ 以往同標(biāo)準(zhǔn)的洪水水位高約 1981年比較，流量小 870m3/s，水位反而高 分析其原因，主要是河灘上人為開墾種植了大量的喬、灌木，灘地糙率及濕周都很大，一遇漫灘大洪水，明顯對水流 起阻擋、攔淤作用，致使水位抬高。 沖淤量（萬 江河水利水電咨詢中心 4 15 374376378380382384386167 170 175斷面高程(m)1999年 1988年圖 4 16 深泓點沖淤變化圖 圖 4 17 咸陽站測流斷面沖淤變化圖 3783803823843863883903920 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650距 離 （ m ）高程（m）2003年 1999年 1988年渭河咸陽城區(qū)段綜合治理工程可行性研究報告 第 4 章 江河水利水電咨詢中心 4 16 圖 4 18 咸陽站 2003年沖淤變化圖 江河水利水電咨詢中心 4 17 表 4 6 咸陽站實測水位流量比較表 流量級 4000m3/s 5000m3/年份 1959 1962 2003 1958 1970 1981 2003 流量（ m3/s） 3920 4020 3960 4910 5050 6210 5040 5340 水位（ m） 2）河床平面變化 根據(jù)調(diào)查訪問，呂村至咸陽城區(qū)河段， 1933 年 1964 年擺動情況為：長 岸移動河段長 該河段長的 51%。最大移距 為 200m，擺動幅度 400700m。 根據(jù)對渭河不同河段河型區(qū)劃的研究結(jié)果，咸陽至涇河口河段河床綜合穩(wěn)定性指標(biāo)： 1 / 3502 / 3 2 . 9 7 式中， B、 s 、 分別為泥沙及水容重。由于該指標(biāo)小于 5，屬于游蕩河型。即使是咸陽城區(qū)段，若取造床流量下 B、 00m， i s 由上式可求出 然治理河段仍具有游蕩特性。 根據(jù)陜西省渭河中游干流防洪工程可行性研究報告，渭河中游咸陽城區(qū)河段主槽單一，河勢較為順直，平面變化受堤防工程的控制已趨穩(wěn)定。若不出現(xiàn)較大洪水決堤改道，今后不會出現(xiàn)較大平面形態(tài)變化。 （ 3）河床質(zhì)資料分析 咸陽站河床質(zhì)級配成果見表 4 7。可以看出，該河段河床組成顆粒小，易于沖刷，因此河床演變較為劇烈，河床較不穩(wěn)定。 表 4 7 咸陽站河床質(zhì)泥沙顆粒級配表 粒徑（ 2 5 10 中數(shù) 粒徑 平均 粒徑 小于某粒徑 沙重百分數(shù)（ %） 00 河咸陽城區(qū)段綜合治理工程可行性研究報告 第 4 章 江河水利水電咨詢中心 4 18 狀河道中常洪水河床演變試驗 由于渭河為黃河第一大支流，水少沙多，特別是近十年來大洪水出現(xiàn)幾率小，而含沙量大的中小洪水頻發(fā)，泥沙淤積嚴(yán)重，河床不斷抬高，造成主槽明顯萎縮，行洪能力偏低，河床演變特性十分復(fù)雜。為了掌握該河段中常洪水河勢演變特征，使得河道治理工程能 夠順應(yīng)該河段自然演變規(guī)律，避免河道治理后出現(xiàn)大規(guī)模的河床再塑造，而影響治理河段工程正常運行及上下游河勢穩(wěn)定，我們首先以 1983 年洪水水沙資料為基礎(chǔ)概化出流量、含沙量進口水沙條件，開展了現(xiàn)狀河道地形邊界條件下（未建河道治理工程）不同流量級洪水模擬試驗。中常洪水試驗所取的主要流量級為 1000m3/s、 2000m3/s 、 3440m3/s，相應(yīng)的含沙量仍以輸沙率法加以匹配。 套繪上述試驗量測的河道斷面圖（圖 4 19），結(jié)合渭淤 37 斷面 1990 年汛前至1996 年汛后資料分析結(jié)果（圖 4 20 至圖 4 22），可以發(fā)現(xiàn)， 即使是中常洪水的造床作用，渭河咸陽城區(qū)段洪水期河床也有較大幅度的沖淤變形。 由中常洪水河勢演變試驗可以看出，盡管本河段斷面形態(tài)及主流隨流量增加而有所變化，但整段河勢相對是穩(wěn)定的。擬建工程進口段由于受上游凸入河內(nèi)左堤的頂托，右岸靠流幾率較大，著流部位也較為穩(wěn)定；而在出口段，主流傍左岸再經(jīng)鐵路橋北側(cè)滑向下游，在本治理工程進出口布局時應(yīng)充分利用上述特點，以盡量減少對上下游河勢的影響，同時緩解治理工程邊界與洪水運行之間的矛盾。 江河水利水電咨詢中心 4 19 1000立方米每秒484立方米每秒250立方米每秒3000立方米每秒2000立方米每秒圖4-19 現(xiàn)狀河道中常洪水試驗主流線套繪結(jié)果渭河咸陽城區(qū)段綜合治理工程可行性研究報告 第 4 章 江河水利水電咨詢中心 4 20 0 100 200 300 400 500380382384386388390392高程(m)起 點 距 ( m )1 9 9 0 （ 汛 前 ）1 9 9 0 （ 汛 后 ）1 9 9 1 （ 汛 后 ）1 9 9 2 （ 汛 前 ）1 9 9 2 （ 汛 后 ）圖 4 20 渭淤 37 斷面 1990 年 河道斷面套繪 0 100 200 300 400 500382384386388390392高程(m)起 點 距 ( m )1 9 9 3 ( 汛 前 )1 9 9 3 ( 汛 后 )1 9 9 4 ( 汛 前 )1 9 9 4 ( 汛 后 )圖 4渭淤 37 斷面 1993 年 河道斷面套繪 0 100 200 300 400 500382384386388390392高程(m)起 點 距 ( m )1 9 9 5 ( 汛 前 )1 9 9 5 ( 汛 后 )1 9 9 6 ( 汛 前 )1 9 9 6 ( 汛 后 )圖 4渭淤 37 斷面 1995 年 河道斷面套繪 江河水利水電咨詢中心 4 21 理后河道沖淤分析 案比選成果 （ 1）泥沙模型試驗對比分析 本階段，通過河工動床模型試驗和數(shù)學(xué)模擬計 算，對一槽方案、二槽方案做進一步比選分析。為研究工程長時間運行過程中的沖淤情況，根據(jù)近年渭河水沙特點，選擇 1990 年 1999 年實際洪水系列進行概化，作為中小水大沙型系列年試驗的水沙條件，對一槽、二槽方案進行對比試驗。 一槽方案的運行方式為：當(dāng)上游來水流量小于或等于 2800 m3/s 時，上游來多少水泄多少水，保持泄洪蓄水渠處于蓄水狀態(tài)；當(dāng)上游來水流量大于 2800m3/s 時，橡膠壩塌壩，全河道過洪。二槽方案的運行方式為：當(dāng)上游來水流量小于泄洪渾水渠的過流能力（ Q 2800 m3/s）時，上游來水由泄洪渾水渠下 泄，泄洪蓄水渠保持蓄水狀態(tài)；當(dāng)上游來水流量大于 2800 m3/s 時，橡膠壩塌壩，全河道過洪。 在小水大沙條件下，由于原河道經(jīng)過了人工開挖，兩個方案都存在改變天然河床狀態(tài)后的再造床過程，但是，一槽方案的河床上經(jīng)淤積再造床形成新的灘、槽，試驗過程中險象環(huán)生，局部發(fā)展為橫河、斜河，且隨著泥沙淤積，小流量也將出現(xiàn)高水位，防洪形勢極為嚴(yán)峻。經(jīng)過多年水沙系列試驗后，一槽方案淤積 759 萬 槽方案泄洪蓄水渠淤積 洪渾水渠淤積 計 一槽方案少淤積 一槽方案的 可見一槽方案的淤積十分嚴(yán)重。因此，在同等蓄水條件下，一槽方案比二槽方案淤積多，平均淤積厚度達3m 以上，嚴(yán)重影響了防洪安全和工程正常運行。 （ 2）數(shù)學(xué)模型對比分析 除開展泥沙模型試驗研究外，我們還根據(jù)近年來渭河咸陽河段來水來沙特點，利用水沙數(shù)學(xué)模型，對一、二槽方案在無較大洪水沖刷以及有較大洪水沖刷條件下進行了對比計算。經(jīng)對 1990 年 2003 年咸陽水文站實測水沙資料分析發(fā)現(xiàn)， 2003年 8 月 9 月發(fā)生的洪水具有典型性或代表性。其水沙過程見圖 4 23。選取該水文年度發(fā)生的四次洪水中的連續(xù)兩次 作為整治河段不同方案計算入流水沙條件。兩方案數(shù)學(xué)模型分析計算結(jié)果見表 4 8。 渭河咸陽城區(qū)段綜合治理工程可行性研究報告 第 4 章 江河水利水電咨詢中心 4 22 0 20 40 60 80 100 1200100020003000400050006000Q( m3/s)t (h )0 20 40 60 80 100 120050100150200C(kg/ 4 23 擬選用的 2003 年洪水水沙過程 表 4 8 整治河段沖淤計算結(jié)果 （萬 洪水 方案 高含沙小洪水 高含沙小洪水洪水沖沙 來沙量 淤積量 淤積率 來沙量 淤積量 淤積率 一槽 1288 2978 二槽 蓄水渠 / 蓄水渠 渾水 渠 水渠 表 4 8 可以看出，由于一槽方案高含沙小洪水過程中立壩壅水，導(dǎo)致大量淤積。二槽方案則不同，泄洪渾水渠敞泄大量泥沙被水流帶往下游。因此高含沙小洪水后，一槽方案淤積量明顯大于二槽方案。 對于高含沙小洪水后跟隨較大洪水沖沙的情況，一槽方案淤積量為 于高含沙小洪水淤積量， 淤沙被帶走，沖沙效果良好。對于二槽方案，蓄水渠由于過洪，淤積量為 是，總淤積量仍比一槽方案少 洪渾水渠 淤沙被帶走，說明沖沙效 果良好。 槽方案沖淤分析 首先，對項目建議書階段二槽布置方案，選取“ 1983”型和“ 1981 年”型兩場典型洪水進行泥沙模型試驗?！?1983”型洪水歷時 ，洪峰流量為 3440m3/s，最大含沙量為 140kg/于中常洪水類型，含沙量相對較大?！?1981 年”型洪水s（km/ 江河水利水電咨詢中心 4 23 歷時 ，洪峰流量 6210m3/s，最大含沙量為 峰流量較大，而對應(yīng)的含沙量相對不大。從模型試驗結(jié)果看，項目建議書階段布置方案主要存在以下兩方面的問題： （ 1）工程入口處水流條件差。 1壩位于原河道主槽 由北向南轉(zhuǎn)折處，導(dǎo)致主流頂沖 1壩，水流紊動刷烈，局部沖刷強度大。 （ 2）整治河段由曲率較大的連續(xù)彎道構(gòu)成，阻水明顯。更為重要的是，受兩側(cè)建筑物限制，彎道橫向發(fā)展受到制約，強制性彎道引起的橫向輸沙造成凹岸一側(cè)垂向沖刷劇烈，沖起的泥沙則又被彎道環(huán)流帶至凸岸，形成嚴(yán)重淤積。 針對存在的問題，對平面布置進行了優(yōu)化。主要優(yōu)化內(nèi)容：治理段長度由 右，橡膠壩梯級由三級優(yōu)化為兩級；將彎曲的治導(dǎo)線調(diào)整為相對平順的形式；在 1壩上游左岸修建潛壩以適當(dāng)控制主流，改善整治段入流狀況；泄洪蓄水渠相應(yīng)減 少至 270m；泄洪渾水渠加寬至 230m。兩方案淤積對比結(jié)果見表 4 9。 表 4 9 模型試驗?zāi)嗌秤俜e對比表 淤積 情況 原布置方案 優(yōu)化布置方案 81 年洪水（ 6210 m3/s） 83 年洪水（ 3440 m3/s） 81 年洪水（ 6210 m3/s） 83 年洪水（ 3440 m3/s） 蓄水渠 渾水渠 合計 蓄水渠 渾水渠 合計 蓄水渠 渾水渠 合計 蓄水渠 渾水渠 合計 淤積量 (萬 積比 / / 11% / / 9 可以看出，優(yōu)化布置方案與原布置方案相比，河段整體淤積量有較大幅度的下降，表明在河道整治過程中洪水再造床過程減緩，泥沙淤積數(shù)量也相應(yīng)減少。以 1983 年洪水試驗結(jié)果為例，泄洪蓄水渠淤積量減少了 淤積量的 泄洪渾水渠淤積量減少了 淤積量的 407%，總淤積量減少了 淤積量的 由于規(guī)順了縱向建筑物，彎曲半徑增大，河床邊 界與水流的矛盾有所緩解，因而局部沖刷強度明顯減弱。雖然工程局部仍出現(xiàn)水流集中沖刷和局部沖刷現(xiàn)象，但是沖刷強度明顯減弱， 1壩附近河床最大沖刷深度約為 口處約為 4m，泄洪渾水渠水流頂沖處為 它部位沖刷較小。采取合理的防沖措施，可以確保渭河咸陽城區(qū)段綜合治理工程可行性研究報告 第 4 章 江河水利水電咨詢中心 4 24 建筑物的安全。 此外，進、出口條件明顯改善。由于上游設(shè)置導(dǎo)流潛壩，而且 1#壩下移，右岸靠流較為穩(wěn)定，泄洪渾水渠入流條件較好，大大減少了 1#壩前壅水和頂沖，出口由于調(diào)整了右岸治導(dǎo)線，取消了泄洪渾水渠末端橡膠壩，并且 2#壩上移，出流有所左移，與自然狀況接近。 渭河 1954 年發(fā)生洪峰流量為 7220m3/s 的洪水，最大含沙量 280kg/優(yōu)化后的布置方案進行了“ 1954 年”型洪水試驗。該場洪水上游來沙量為 1612 萬 t，洪水后治理河段總淤積量為 中蓄水渠 水渠 示為“ 1954 年”型洪水試驗累計淤積測驗結(jié)果。對治理河段而言，淤積率為 小于“ 1983 年”型洪水及“ 1981 年”型洪水試驗的淤積率，這一試驗結(jié)果與渭河一般淤積規(guī)律是一致的，即淤積主要是由中小洪水造成的。 0 1000 2000 3000 4000 50000102030405060708090淤積量（萬離(m)全斷面蓄清渠渾水渠圖