水利工程論文-黃河下游游蕩性河道雙岸整治方案研究.doc

水利工程論文-黃河下游游蕩性河道雙岸整治方案研究摘要：作者針對(duì)黃河下游游蕩性河槽極為寬淺，河床極不穩(wěn)定，目前的河道整治寬度過(guò)大，不利于洪水期控導(dǎo)河勢(shì)與河床的集中沖刷，必須雙岸同時(shí)整治，縮窄河寬；從有利于排洪輸沙需求出發(fā)，應(yīng)按洪水較順直河勢(shì)，因地制宜，因勢(shì)利導(dǎo)的原則規(guī)劃流路。兩岸同時(shí)整治后，在小浪底水庫(kù)下泄清水沖刷期，可控制灘地坍塌、河槽展寬，使沖刷向縱深方向發(fā)展，有利于使河槽過(guò)流能力迅速增大。為水庫(kù)泥沙多年調(diào)節(jié)排沙期利用洪水集中排沙入海創(chuàng)造條件，使近期作用與遠(yuǎn)期整治效果緊密結(jié)合。形成窄深、歸順、穩(wěn)定、且有窄槽寬灘的輸水輸沙通道。關(guān)鍵詞：游蕩河道雙岸整治對(duì)口丁壩整治河寬窄槽寬灘早在20世紀(jì)30年代德國(guó)著名治河專家恩格思教授1，就指出黃河下游游蕩河道治理首先是固定中水河槽，其次是刷深河槽。他的治河主張得到眾人的認(rèn)同。沈怡在評(píng)述各家治河主張時(shí)明確指出1：“因?yàn)榉N種病象均由河無(wú)定槽而起，所以如果要治河，必須首先使河槽穩(wěn)定”，并說(shuō)“無(wú)論何人來(lái)治河，都必須這樣做”，可見具有穩(wěn)定的河槽是游蕩性河道的治理基礎(chǔ)的重要。目前黃河下游游蕩性河道治理已由減少游蕩范圍發(fā)展到穩(wěn)定流路的新階段，下游河道整治方法也應(yīng)做出相應(yīng)調(diào)整。改造寬淺游蕩河道為窄槽寬灘，窄槽用于輸水輸沙，寬灘用于滯洪滯沙。充分發(fā)揮洪水的造床輸沙作用，使河道減淤與穩(wěn)定流路、防止橫河、斜河產(chǎn)生，確保防洪安全緊密結(jié)合。黃河下游高村以下河道通過(guò)整治，河勢(shì)基本得到控制。高村以上的游蕩性河道，由于河槽極為寬淺整治困難，是目前乃至今后黃河下游河道整治的重點(diǎn)。需要解決的主要問(wèn)題：(1)整治工程設(shè)計(jì)要能有效的控導(dǎo)河勢(shì)，使規(guī)劃流路得到保證。不要因?yàn)槿肓鞣较蚝臀恢玫淖兓?，引起一灣變，灣灣變，造成眾多控?dǎo)工程脫流，工程不斷的下延上接，甚至出現(xiàn)鉆襠等危險(xiǎn)情況。(2)防止小浪底水庫(kù)清水下泄后，下游河道重蹈三門峽水庫(kù)覆轍，即塌掉高灘淤出低灘，河道在擺動(dòng)中下切，但因不能形成高灘深槽，而無(wú)法有效地控導(dǎo)流路，所以不能形成穩(wěn)定的河道。(3)小浪底水庫(kù)調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用，可以使洪水挾帶更多的泥沙，但不改變河槽形態(tài)，以提高輸沙能力，就無(wú)法充分利用下游河道在洪水期窄深河道泥沙多來(lái)多排的特性，從而達(dá)到更好的減淤和節(jié)省輸沙用水的目的。(4)調(diào)整因河道整治造成的流路過(guò)份彎曲，不利于排洪輸沙的局部阻水工程。1小浪底水庫(kù)運(yùn)用為下游游蕩性河道進(jìn)一步整治提供了條件(1)在小浪底水庫(kù)投入運(yùn)用后，黃河下游花園口站百年一遇洪水為15700m3/s。發(fā)生1958年型22300m3/s的洪水，經(jīng)小浪底等水庫(kù)調(diào)節(jié)后花園口站洪峰流量也會(huì)小于10000m3/s2。(2)小浪底水庫(kù)投入運(yùn)用不僅削減了洪峰，同時(shí)也使進(jìn)入下游的水沙條件發(fā)生較大變化3,4。在運(yùn)用初期水庫(kù)要淤滿220m以下30億m3堆沙庫(kù)容，才能利用洪水進(jìn)行有效排沙，為此在水庫(kù)運(yùn)用初期45年內(nèi)下泄清水，將造成高村以上河段大量沖刷，河道的泄洪能力也隨之增大。在以后的相機(jī)排沙運(yùn)用期，平、枯水年水庫(kù)仍將蓄水?dāng)r沙運(yùn)用，只有在洪水時(shí)才有排沙機(jī)會(huì)。在2002年研究河道整治時(shí)設(shè)計(jì)給出的進(jìn)入下游的水沙搭配情況表明，有80%90%的泥沙由流量大于2500m3/s的洪水輸送。因此適時(shí)進(jìn)行調(diào)水調(diào)沙，可增大洪水的輸沙造床作用，減輕小水小沙造成的河道淤積及其對(duì)下游的防洪威脅。目前二級(jí)懸河普遍存在的情況下3，因平灘流量太小而造成“小水大災(zāi)”的不利局面，可以得到顯著、甚至是根本性的改變。洪峰流量的減小和水沙搭配條件的變化，為游蕩性河道進(jìn)一步整治創(chuàng)造了新的條件，水庫(kù)的調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用需要游蕩性河道整治配合，從而充分發(fā)揮小浪底水庫(kù)調(diào)水調(diào)沙的作用，進(jìn)一步把高村以上河段治理成窄深、歸順、穩(wěn)定的河道。2游蕩性河道河勢(shì)變化規(guī)律、河型轉(zhuǎn)化條件2.1水流塑造河槽，河槽約束水流，河型轉(zhuǎn)化條件沖積河流的特性取決于流域因素5,6，來(lái)自流域的長(zhǎng)期水沙條件，決定了河槽的形態(tài)和比降，及河床組成。不同來(lái)水來(lái)沙條件組合的不同，塑造出不同的河槽形態(tài)和比降，從而決定了水流的強(qiáng)弱，形成不同的輸沙特性。對(duì)于一定的河槽形態(tài)，小水淤積、大水沖刷分界流量是確定的。因此，來(lái)水來(lái)沙條件組合又決定河道的沖淤特性；不同的河槽形態(tài)對(duì)水流的約束作用不同，又形成不同的演變特性；河床組成的抗沖性與水流的強(qiáng)弱決定了河槽的穩(wěn)定性，因此形成不同的河型。河型的不同是多因素綜合的結(jié)果，是河流演變、輸沙特性的集中反映。河道的輸沙特性與演變特性間存在著密切的聯(lián)系，其原因是它們都受河槽形態(tài)的控制。不同的河型的主要差別是因?yàn)樗鼈兙哂胁煌暮硬坌螒B(tài)，具有窄深河槽的河流，不僅輸沙能力強(qiáng)，河道很少淤積，且河勢(shì)受窄深河槽的約束，河道穩(wěn)定，多年小水坐彎得以累計(jì)，可發(fā)展成彎曲性河流。而具有寬淺河槽的河流，不僅輸沙能力低，河道強(qiáng)烈堆積，且寬淺河槽無(wú)法約束洪水期河勢(shì)變化，經(jīng)常發(fā)生切灘整直河勢(shì)，產(chǎn)生難以預(yù)料的河勢(shì)變化和險(xiǎn)情，具有隨機(jī)性，對(duì)防洪極為不利。2.2游蕩性河道河勢(shì)變化機(jī)理在能量消散過(guò)程中，任何具能體總是遵循這樣的規(guī)律，將它所具有的位能以最快的速度、最短的時(shí)間、最大的能量消散率消散，從而達(dá)到最穩(wěn)定狀態(tài)。游蕩性河道的河勢(shì)變化同樣是能量消散規(guī)律在起主導(dǎo)作用。由于游蕩性河道河槽極為寬淺，河槽對(duì)水流的約束作用弱，因此在洪水期改道時(shí)形成的河槽總是順直的，沿著最大比降方向流動(dòng)，這就是洪水期河勢(shì)趨直的原因所在；至于河流的彎曲，則是由于小水期受河床上犬牙交錯(cuò)邊灘條件的制約，而被迫沿著彎曲的流路流動(dòng)。3游蕩性河道整治必須雙岸同時(shí)進(jìn)行目前的一岸整治方案，在控制游蕩范圍、歸順河勢(shì)方面起到了一定的作用。但在小浪底水庫(kù)投入運(yùn)用后，根據(jù)三門峽水庫(kù)下泄清水的經(jīng)驗(yàn)和對(duì)小浪底水庫(kù)運(yùn)用方式的研究，高村以上游蕩性河道將發(fā)生強(qiáng)烈沖刷，河槽仍很寬淺散亂，無(wú)法穩(wěn)定。3.1游蕩性河道特性其一游蕩性河道特性是沖積河流中具有比降陡，河床極為不穩(wěn)定的特性。游蕩性河流就像在比降陡的地形條件下沒(méi)有興建跌水的不穩(wěn)定渠道。其二是河槽極為寬淺，隨著流量的增加寬深比B/h值增大。黃河干支流典型水文站實(shí)測(cè)流量與寬深比B/h值間的關(guān)系表明，對(duì)于游蕩性河段而言，隨著流量的增大B/h值增大，窄深河槽卻相反，隨著流量的增大B/h值減小。前者定義為寬淺河槽，后者定義為窄深河槽。它們具有完全不同的演變特性，也是形成不同河型的根本原因。在小浪底水庫(kù)投入運(yùn)用后，床沙組成雖然由0.1mm增加到0.2mm，但起動(dòng)流速?zèng)]有增加，均處在最容易起動(dòng)范圍內(nèi)。因此由于游蕩性河道其固有原因，比降陡、河床組成易沖，在來(lái)水較清的情況下，河床仍很不穩(wěn)定。3.219601964年與19801985年下泄清水期實(shí)測(cè)情況根據(jù)歷史資料分析，三門峽水庫(kù)1960年9月至1964年10月下泄清水時(shí)，在高村以上河段塌灘280km2，平均塌灘寬度1000m。其中，花園口至夾河灘河段塌灘最嚴(yán)重，平均塌灘寬度1181m，其中柳園口至古城河段平均塌灘寬度達(dá)2300m。斷面資料套繪表明，河床在沖刷過(guò)程中，不斷的擺動(dòng)，塌掉二灘、高灘，新淤出是低灘。根據(jù)河勢(shì)的變化與斷面套繪分析，主流擺動(dòng)范圍最大達(dá)10km，發(fā)生在伊洛河口，平均擺動(dòng)范圍3.54.2km。1981年至1985年河槽的擺動(dòng)范圍有所減小，最大擺幅6km，河段平均擺范圍23.5km，主要是控導(dǎo)工程的不斷興建控制了河槽的擺動(dòng)范圍。在來(lái)水豐、來(lái)沙少的1981年至1985年，游蕩性河段嚴(yán)重的險(xiǎn)情明顯增加，最典型是化工、大玉蘭工程的鉆襠險(xiǎn)情(見圖1)與北圍堤嚴(yán)重險(xiǎn)情。由于1982年大水，8月2日小浪底站洪峰流量8520m3/s，主流河勢(shì)趨中，沒(méi)有入趙溝彎；加之1983年豐水，流量常在40005000m3/s，在趙溝下首靠河，化工控導(dǎo)工程尾部著流，坐灣引起大玉蘭工程上首高灘坍塌后退，大玉蘭工程受到抄后路的嚴(yán)重威脅。由此可見，在小浪底水庫(kù)投入運(yùn)用后，仍可能發(fā)生主流頂沖鉆襠形成灘地坐灣、控導(dǎo)工程脫河的嚴(yán)重險(xiǎn)情。3.3縮窄河寬有利于沖刷向縱深方向發(fā)展，增大平灘流量從增加河道排洪能力與控