三峽水庫建成后下荊江河型變化趨勢(shì)的研究

1、三峽水庫建成后下荊江河型變化趨勢(shì)的研究摘要：三峽水庫建成后，長江中下游河道將遭受長河段、長時(shí)期沖刷，河床河性會(huì)發(fā)生很大變化。那時(shí)各河段的河型是否仍能保持，特別是最為關(guān)心的下荊江蜿蜒性河型能否維持，這對(duì)防洪和航運(yùn)是非常重要的。本文在研究丹江口水庫下游漢江彎曲蜿蜒河段在長期沖刷后的河床變形和河型是否變化以及荊江裁彎后下荊江中的蜿蜒性變化可以維持的根底上，結(jié)合三峽水庫修建后在長期沖刷過程中，下荊江水沙及河床變化特點(diǎn)，較深化地研究了影響河型變化的各方面的因素，最后認(rèn)為將來需要的坡降充裕，主要靠沖刷不平衡導(dǎo)致的落差減少來平衡，蜿蜒性河型能維持，但曲折率會(huì)有所減少；河道會(huì)展寬，但河相系數(shù)不會(huì)加大，沒有向微

2、彎順直河型開展的趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：河彎河型蜿蜒性河型變化河床演變1關(guān)于下荊江蜿蜒河型是否變化的已有研究在“七五和“八五期間對(duì)三峽建成下游河道長期沖刷后，下荊江河型是否變化，以及如何變化，共有三種看法。第一種認(rèn)為1下荊江將來在沖刷后會(huì)繼續(xù)蜿蜒，曲折率會(huì)加大。理由是，沖刷時(shí)深切和展寬雖同時(shí)開展，但是由于深切會(huì)減少三口分流比，加大下荊江流量，從而加大挾沙才能。在三峽水庫下泄低含沙量水流條件下，深切較之側(cè)蝕有助于減小三口流量，加大下荊江流量，從而較難制約沖刷的開展。因此，假如認(rèn)為河流自動(dòng)調(diào)整是以較快速度獲得平衡，那么在自動(dòng)調(diào)整過程中側(cè)蝕將有相當(dāng)?shù)拈_展，曲折系數(shù)不應(yīng)該減小，而應(yīng)該是加大，或者至少具有加大的趨

3、勢(shì)。按照這種概念和河型判別的經(jīng)歷關(guān)系，文獻(xiàn)1中的論文還認(rèn)為當(dāng)曲折率大于1.5時(shí)即為蜿蜒型，小于1.25為游蕩型，而在1.251.5之間為過渡型。而按此經(jīng)歷關(guān)系，求得下荊江目前的曲折率為2.16，將來長期沖刷后(約50年)為2.41。需要說明的是，此處曲折率不是由實(shí)際資料得到的，而是由河型判別指標(biāo)按經(jīng)歷關(guān)系間接推出的。第二種看法2認(rèn)為沖刷后，下荊江可能向微彎分汊河型開展。這種看法的理由為，在沖刷過程中，深蝕與側(cè)蝕雖然同時(shí)進(jìn)展，但是由于在凹岸沖刷的同時(shí)，水庫下泄泥沙減少，凸岸淤積得不到相應(yīng)開展，河道將展寬，水流逐漸分散，到一定程度，主流易擺動(dòng)，難以形成單一彎道。甚至向微彎分汊河型開展，其次，從坡降

4、調(diào)整看，將來是通過床沙粗化，河床拓寬，開展分汊以加大阻力來進(jìn)展，不一定要增加河長。第三種看法3，4認(rèn)為河型根本維持現(xiàn)狀。詳細(xì)說既不進(jìn)一步蜿蜒(曲折率加大)；也不可能轉(zhuǎn)為分汊河型。其理由是，一方面下荊江徑流擴(kuò)大，水流動(dòng)力軸線曲率半徑不會(huì)減小，曲折率難以加大；另一方面，三峽水庫主要攔截d0.025的泥沙，且削峰時(shí)機(jī)很少，故高漫灘淤積的泥沙并不減少，凸岸還灘并不會(huì)很難，開展微彎分汊河型并不可能。至于將來沖刷過程中坡降的充裕不是靠河長增加，主要是靠藕池口與城陵磯之間的落差減小，當(dāng)然床沙變粗等加大阻力也有一定作用。由于河型在相當(dāng)程度上決定了河勢(shì)、河床演變,對(duì)防洪、航運(yùn)等有相當(dāng)影響，值得重視，應(yīng)予專門研究

5、。有一種看法認(rèn)為下荊江將來有可能通過護(hù)岸，強(qiáng)行控制河勢(shì)及河型，故河型變化的趨勢(shì)研究與否似乎無關(guān)緊要。這種看法其實(shí)是不對(duì)的。只有順應(yīng)河型變化的大格局，整治工程量才會(huì)小，維持才容易。事實(shí)上，假如將來河型是繼續(xù)蜿蜒，在河勢(shì)規(guī)劃中必須留有河長增加的余地，否那么只有如密西西比河格林維爾段那樣5，依靠強(qiáng)固的護(hù)岸工程,才能維持連續(xù)裁去三個(gè)彎道后的外形，但河底深槽淺灘數(shù)目仍然未變，以消耗多余的能量河長縮短59%。反之，假如將來河型是拓寬而成順直分汊，那么不急于護(hù)岸，甚至要留有一定堤距讓其拓寬，再進(jìn)展治理。本文將根據(jù)丹江口水庫下游彎曲(蜿蜒)河型變化趨勢(shì)，和下荊江人工裁彎后河型是否變化等資料，通過理論分析，進(jìn)展

6、討論。2丹江口水庫下游漢江沖刷過程中，彎曲和蜿蜒河段河型變化研究2.1漢江中下游彎曲河段變形6漢江下游皇莊至澤口河段，一般認(rèn)為是過渡段。即在上段分汊河型和下段蜿蜒河型之間的過渡段。該段既有分汊、順直微彎，又有彎曲段。其中彎曲段由于控制少(或僅一岸有控制)或河寬較大，大都屬于自由河彎。在修建水庫后，這些河彎的變形主要是撇彎，個(gè)別也產(chǎn)生復(fù)凹(即恢復(fù)原來的主流貼凹岸流路)。據(jù)1978年測(cè)圖，該段主要的河彎有14個(gè)，而在1980年調(diào)查時(shí)，其中8個(gè)發(fā)生了不同程度的撇彎和切灘。撇彎常常是以凸岸心灘邊灘轉(zhuǎn)化成凹岸心灘，以及彎頂下移而實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，此時(shí)凸岸邊灘(甚至凸岸)那么發(fā)生沖刷崩塌，并且多是凸岸的支汊變?yōu)?/p>

7、主汊。當(dāng)有兩個(gè)江心洲時(shí)，有時(shí)可能是中汊擴(kuò)大。從動(dòng)力軸線彎曲半徑改變看，撇彎可分為整體撇彎與部分撇彎(圖1)。部分撇彎只是頂沖點(diǎn)下移，動(dòng)力軸線的彎曲半徑有所減??；整體撇彎是水流取直，原彎道根本上被撇掉，動(dòng)力軸線的彎曲半徑增加。目前在皇莊以下的自由河彎中，部分撇彎是主要的，與撇彎相反，有時(shí)凹岸邊灘被沖走，水流動(dòng)力軸線重新貼凹岸而復(fù)凹。2.1.1撇彎切灘的實(shí)例6Thetypefainfllineving(1)聶家場(chǎng)彎道變化情況從圖2中看出，蓄水前1958年和剛蓄水的1966年均為較為規(guī)那么的河彎，河槽寬較窄，其中無彎道心灘和邊灘。1977年凸岸崩退，出現(xiàn)靠凹岸心灘，并且在彎道進(jìn)口主槽中有一系列小心灘

8、，此時(shí)，曲率半徑有所減校1980年調(diào)查時(shí)，進(jìn)口段小心灘和原凹岸心灘擴(kuò)大為邊灘，凸岸繼續(xù)崩退，主流仍然靠凸岸，維持了撇彎。1996年調(diào)查時(shí)，根本維持了1980年的格局。圖2聶家場(chǎng)彎道河勢(shì)變化略圖hangesfainurrentsinNiejiahangbend(2)流港彎道變化情況從圖3可看出，建庫前1959年彎道河槽特別開闊，凹岸心灘很大，主槽雖很窄，但仍貼凹岸。1969年河寬與凹岸心灘均縮小，而且發(fā)生了撇彎。1977年凹岸心灘擴(kuò)大，繼續(xù)維持撇彎。約1977年至1979年三年枯水，1980年調(diào)查時(shí)，凹岸心灘繼續(xù)擴(kuò)大，縮窄凸岸水道，發(fā)生復(fù)凹，曲率半徑減校(3)獅子灘彎道圖4為獅子灘彎道演變情況。

9、1968年為一大的心灘，橫亙整個(gè)彎道,主流走凹岸,凸岸僅一小套。1978年原彎道心灘上段沖蝕，凹岸主槽進(jìn)口淤積很多小心灘，堵塞流路，致使發(fā)生撇彎。1980年調(diào)查時(shí)，心灘擴(kuò)大，但主流仍貼凸岸而撇彎。1996年調(diào)查時(shí)，該河彎仍維持撇彎，只是凸岸主槽已適當(dāng)展寬和規(guī)順。圖3流港彎道河勢(shì)變化略圖hangesfainurrentsinLiugangbend圖4獅子灘彎道河勢(shì)變化略圖hangesfainurrentsinShizitanbend(4)姚家集彎道從圖5看出，1959年彎道進(jìn)口窄，主流貼凹岸。1969年彎道上段凸岸大幅度展寬，但凹岸進(jìn)口邊灘向江中相應(yīng)伸出，從而使進(jìn)口河寬增加不多，此時(shí)仍緊貼凹岸。

10、1977年凹岸進(jìn)口被一些小的心灘堵塞，凸岸大幅度崩塌，從而發(fā)生撇彎，主流貼凸岸，曲率半徑減校1980年調(diào)查時(shí)，凹岸心灘擴(kuò)大，凸岸也有兩心灘，主流入彎點(diǎn)仍靠凸岸，但走中汊而過渡到凹岸，仍維持撇彎現(xiàn)狀。此彎道的特點(diǎn)是彎道下段河槽窄，無展寬現(xiàn)象。(5)興隆鎮(zhèn)彎道圖6顯示，該彎道在1969年有一大的心灘,主流緊貼凹岸。1978年心灘上段淤高轉(zhuǎn)為凹岸邊灘；下段沖蝕，發(fā)生撇彎，但主流居中，曲率半徑減校1980年調(diào)查時(shí)，彎道頂點(diǎn)附近有一貼凹岸心灘，中間又有一小灘，繼續(xù)撇彎，主流靠凸岸，凸岸有明顯崩塌，曲率半徑加大。2.1.2丹江口水庫修建后下游漢江撇彎的原因及機(jī)理圖5姚家集彎道河勢(shì)變化略圖hangesfai

11、nurrentsinYajiajibend上述三個(gè)原因中，造床流量減小使河彎淤出心洲(邊灘)是根本的。較粗顆粒泥沙堆積部位的影響，和動(dòng)力軸線曲率半徑的變化，那么是稍次的因素。特別是后者，不是非常靈敏。但是這三種因素結(jié)合起來，就使丹江口建庫后漢江河彎發(fā)生了較普遍的撇彎現(xiàn)象。附帶說明，在天然條件下，由于洪枯水流量變幅大，有的彎道是受枯水控制，洪水期或大洪水年發(fā)生整體撇彎；枯水期或枯水年發(fā)生了復(fù)凹也是有的，但這種現(xiàn)象多為年內(nèi)周期變化，枯水期仍貼凹岸。就枯水期而言，變化不大。只有經(jīng)過大的洪水年才有較明顯的變化，所以在建庫前，撇彎的現(xiàn)象并不是很多。圖6興隆鎮(zhèn)彎道河勢(shì)變化略圖hangesfainurren

12、tsinXinlngzhenbend從上述丹江口水庫修建后，漢江自由河彎變化，以切灘撇彎為主的事實(shí)，是否對(duì)其彎曲河型會(huì)有什么影響？繼續(xù)開展是否會(huì)導(dǎo)致河型有所改變？從上面的分析來看，目前還不能得出這樣的結(jié)論。原因有三。第一，由于造床流量減小，平衡過水面積減小，彎道內(nèi)可能出現(xiàn)心灘、邊灘。但是由于河道展寬，撇彎切灘受到河岸等限制，所以不易變成順直(微彎)分汊河型。第二，水庫修建后，中水流量歷時(shí)增長，曲率半徑較之枯水期控制的河彎有所加大，故多產(chǎn)生整體撇彎、切灘；但是較之建庫前洪水期，曲率半徑是偏小的，所以不易改變洪水期控制的河彎和一般彎道的大格局；而且中水長期較穩(wěn)定的流動(dòng)易于河彎的維持。第三，中水流量

13、延長，會(huì)使變差系數(shù)減小，輸沙才能和河床變形才能降低，看來，不利于開展成較寬淺分汊河型；但是與此同時(shí)，由于細(xì)沙數(shù)量和大流量減少，凸岸還灘頗難，不可能像天然條件下那樣獲得凹岸沖刷和凸岸淤積到達(dá)平衡，而能成為較典型的彎道斷面形態(tài)。顯然，這兩者對(duì)河型的影響有一定的抵銷作用。綜合上述三點(diǎn)，彎道河型可能根本維持現(xiàn)狀。當(dāng)然，在維持一些河彎的格局下，也會(huì)有一些變化；詳細(xì)是，部分河彎曲率半徑稍大，深槽和淺灘水深有所拉平，彎道環(huán)流作用可能略有減弱。其中，深槽和淺灘水深變化可見文獻(xiàn)6。該文獻(xiàn)根據(jù)沙洋至澤口河段1968年與1978年深泓點(diǎn)高程看出兩點(diǎn)趨勢(shì)：一是經(jīng)沖刷后的1978年縱剖面圖最深點(diǎn)高程(深槽高程)增加；二

14、是淺灘高程與深槽高差減小鄧淺灘高程增加更多?？傊爻毯拥灼鸱鼫p小，說明了斷面沿程均勻性加大，似說明彎道形成的深槽與淺灘高差大的現(xiàn)象有所減弱，也就是彎道作用有所減弱。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.2.2澤口以下蜿蜒型河道變化2.2.1蜿蜒河道變化情況漢江下游澤口至武漢為蜿蜒河道。其實(shí)稱為蜿蜒河道主要是彎道較多，曲折率為1.897，但是河道蜿蜒蠕動(dòng)卻因兩岸堤防緊鎖，受到較嚴(yán)格限制。丹江口水庫修建后，該段河道變形為：河槽普遍發(fā)生沖刷，有一定沖深，也有展寬趨勢(shì)。據(jù)文獻(xiàn)8，澤口至漢川全長162k，自1960年至1984年共沖刷3265萬3，按300寬度，那么平均沖深0.67。而據(jù)文獻(xiàn)9統(tǒng)計(jì)1960年至1983

15、年部分?jǐn)嗝妫瑵煽谥料商液拥灼骄叱虥_深1.81，仙桃至河口平均沖深1.30。相應(yīng)的深泓高程沖深分別為2.66和2.4310。同樣據(jù)文獻(xiàn)10對(duì)部分?jǐn)嗝娼y(tǒng)計(jì)，澤口至仙桃斷面展寬占75.5%，仙桃至河口展寬占95%。但是從一些數(shù)據(jù)看，沖刷前后河相系數(shù)并未加大。由于沖刷和展寬，使該河段洲灘有所沖蝕，河岸崩岸有所加劇。但目前未看出該段蜿蜒河型有明顯變化趨勢(shì)。2.2.2蜿蜒河道變形情況分析建庫前形成這一段蜿蜒性河型的原因，除節(jié)點(diǎn)少及兩岸沉積物有二元構(gòu)造外，看來最主要是受河口長江水位的影響。為了適應(yīng)長江水位變化，新溝最大水位變幅15.07，仙桃最大水位變幅為13.437，此值幾乎為分汊段黃家港最大水位變幅6

16、.20和碾盤山最大水位變幅6.81的二倍10。由于水位變幅大，加之不斷受到頂托與自由流動(dòng)交織影響，加大了沖淤，最后必定形成窄深斷面，同時(shí)按照橫向流速與單寬流量成正比的關(guān)系，那么窄深河段必定單寬流量大，從而加大了環(huán)流作用而成蜿蜒河型。并且由于沖淤交替，大水頂托明顯，兩岸灘上淤積泥沙細(xì)，有利于形成二元構(gòu)造，即有沙層粘土層重疊。在此根底上，逐步被堤防緊鎖，而變成一些強(qiáng)迫性的河彎。建庫后，長江頂托的影響并未變化，因此形成窄深河槽的作用并未消除，甚至由于洪峰削減，受壅水的作用會(huì)有所加強(qiáng)。另一方面，洪峰削減，細(xì)顆粒含沙量減少，雖不利于凸岸淤積還高灘，導(dǎo)致灘、岸有所沖蝕。但是，斷面擴(kuò)大卻受堤防和岸壁限制。其

17、次，由于河面窄和中水時(shí)間長，主流貼凹岸流動(dòng)仍然明顯，而且流路頗為固定。第三，該段處于漢江沖刷的最下段，含沙量雖然變低，但粒徑變粗，懸移質(zhì)D50由1961年的0.027加大至1980年的0.0467，故水流挾沙才能次飽和度并不高，因此沖刷強(qiáng)度校這正是前述資料說明1960年至1984年僅平均沖深約1左右的道理。今后雖然還會(huì)繼續(xù)沖刷，但由于斷面擴(kuò)大，致使流速減緩，加之長江頂托，即令將來澤口以上到達(dá)沖刷平衡，該段年沖刷也不會(huì)再有所加大，這種沖刷速度，屬于天然河道演變范疇，不致有太大的影響。第四，加之目前不斷增設(shè)護(hù)岸控制，因此該段強(qiáng)迫性蜿蜒河型不會(huì)有所變化。3荊江裁彎后下荊江河床沖刷及河型維持的原因3.

18、1下荊江沖刷情況下荊江1967年至1972年共施行了中洲子、上車彎人工裁彎和發(fā)生了沙灘子自然裁彎。裁彎后至1975年河長由237k，減少至171.6k，即減少了66k4。自裁彎后下荊江發(fā)生了較強(qiáng)烈的沖刷，河床也進(jìn)展了相應(yīng)調(diào)整。一般說裁彎后的沖刷與水庫下游沖刷在機(jī)理及表現(xiàn)形式上有所差異。但是下荊江裁彎是分汊荊江與三口分流河道及洞庭湖構(gòu)成分汊河道河段上的裁彎，它不僅有坡降調(diào)整，還有徑流量加大即來水來沙變化及擴(kuò)大斷面沖刷，故而能使河道發(fā)生深遠(yuǎn)的變化。這些變化是否涉及到河型的轉(zhuǎn)變是應(yīng)該重視的。再說歷史上下荊江轉(zhuǎn)化成蜿蜒河型圖7也是由于徑流量變化、坡降調(diào)整及邊界條件改變所造成。因此如從水沙變化、坡降和阻

19、力調(diào)整等一般規(guī)律研究下荊江裁彎后河型所以維持不變的原因，對(duì)于預(yù)估將來三峽水庫建成后河型是否轉(zhuǎn)化是有意義的。下面詳細(xì)介紹裁彎后下荊江河床演變的主要情況。圖7下荊江河道變遷圖HistrialhangesftheLerJingjiangRirer1.至1991年剔除引河沖刷及老河淤積，全荊江沖刷為6.70310834，11，合橫斷面沖刷面積20222，平均沖深1.15，其中下荊江沖深1.24，上荊江沖深1.0611。比照丹江口水庫下游河床沖刷可知，這種沖刷數(shù)量是很大的。前面已指出，丹江口水庫建成后，漢江下游澤口至武漢蜿蜒河型僅沖刷0.67。而同樣據(jù)文獻(xiàn)7，碾盤山(皇莊)至澤口長約153.5k的河段1

20、960年至1984年沖刷72251043，按河寬660，那么平均沖深僅0.71。2.據(jù)文獻(xiàn)注21966年至1991年下荊江監(jiān)利水文站同流量水位降低在0.210.77。其中當(dāng)城陵磯水位一樣時(shí)，監(jiān)利流量愈大，水位降低愈多。而在監(jiān)利流量一樣條件下，城陵磯水位愈低，監(jiān)利水位降低愈多。同期上荊江沙市水位站同流量水位降低在0.702.40。其中城陵磯水位一樣時(shí)，沙市流量愈大，水位降低愈少。這一點(diǎn)與監(jiān)利剛好相反，說明上荊江是河底和低水部分沖刷多，而高水部分沖刷少。反之，下荊江那么是高水沖刷多，包括展寬。與丹江口水庫下游漢江沖刷后水位降低比照可知，荊江水位降低，特別是上荊江沙市一帶枯水位降低是很驚人的。例如，

21、從1966年至1993年，當(dāng)流量為40003/s的枯水時(shí)，陳家灣水位降低2.40，沙市水位降低2.45，郝穴水位降低2.45。而在漢江1960年至1985年當(dāng)流量為10003/s時(shí)，壩下黃家港水位下降1.66，仙桃根本不變。即在有彎曲河段的皇莊至澤口，和澤口以下的蜿蜒河段水位沒有明顯變化。注2水利部長江水利委員會(huì)水文局。三峽水利樞紐水文泥沙勘測(cè)一沿程水面線變化觀測(cè)成果。1996年6月。3.在沖刷過程中，下荊江河相系數(shù)變化不大，1985年為3.80，1975年為3.98，1991年為3.854，可以認(rèn)為根本不變。4.裁彎前后下荊江河長變化為：裁彎前為236.5k，三個(gè)裁彎完成后為171k，198

22、0年為171.6k，1987年為168.6k，1991年為167.7k4。以下將取裁彎前河長237k,裁彎后168k。即在目前護(hù)岸條件下，裁彎沖刷后河長根本未變，而且還略有減少(3.3k)。即裁彎后曲折率并未增加。5裁彎后河長縮短，下荊江坡降普遍加大。如按裁彎前河長(藕池口至城陵磯，不是新廠至城陵磯)237k,裁彎后168k,那么裁彎初期(或者落差不變的條件下)坡降為裁彎前的237/1681.41倍。裁彎后經(jīng)過沖刷，河床調(diào)整，坡降要逐漸減校文獻(xiàn)注2曾用試算水面線的方法求得了不同流量荊江各站的水位。據(jù)此我們統(tǒng)計(jì)了裁彎前1966年和裁彎后河床已達(dá)根本平衡后的1991年的結(jié)果，如表1所示。如只考慮大

23、流量(相當(dāng)于宜昌流量200003/s500003/s，那么裁彎前平均落差為8.67,相應(yīng)的平均坡降為萬分之366；而裁彎后的1991年平均落差為6.36,相應(yīng)的坡降為萬分之379。即沖刷后的平均坡降較之裁彎前坡降僅加大了3.6%。也就是說裁彎后加大的落差2.52中，有2.31是被下荊江落差減小所抵銷，只有0.21消耗在能量損失加大。這個(gè)資料考慮了裁彎后城陵磯水位的抬高，是較為全面的。另一個(gè)資料是三峽水庫下游河道沖刷的“八五攻關(guān)成果4,其數(shù)據(jù)與表1有相當(dāng)出入，主要是沒有考慮城陵磯水位變化，致使落差減小少。經(jīng)過一些換算，從該資料得到當(dāng)宜昌流量200003/s500003/s時(shí)，裁彎前1953196

24、6年下荊江落差為8.17,相應(yīng)的坡降為萬分之345,而裁彎后19731988年落差為7.54,相應(yīng)的坡降為萬分之449。即沖刷接近平衡后的坡降加大了30.1%?；蛘哒f裁彎后加大的落差2.38中，落差減少僅抵銷了0.63,其余1.75中那么消耗在能量損失加大。可見，這兩個(gè)資料盡管出入大，但是也有共同點(diǎn)：裁彎獲得的落差中，一部分用于抵銷下荊江落差減??；另一部分消耗在能量增加上。假如將這兩個(gè)資料折中，那么裁彎前下荊江落差為8.42,相應(yīng)的坡降為萬分之355；裁彎后當(dāng)沖刷接近平衡落差為6.95,坡降為萬分之414，即加大到1.17。在增加的落差2.45中，被落差減小抵銷了1.47,占59.8%；其余0

25、.98消耗在能量損失加大上，占40.2%。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.3.2對(duì)裁彎后下荊江沖刷機(jī)理、斷面形態(tài)變化和河型轉(zhuǎn)化趨勢(shì)討論從裁彎后下荊江河道變化情況看，其變化幅度是很大的，有關(guān)沖刷方面的指標(biāo)超過了丹江口水庫下游漢江的情況。如今作如下幾點(diǎn)分析。3.2.1裁彎后荊江沖刷的機(jī)理。裁彎后荊江發(fā)生了長時(shí)期沖刷，河床發(fā)生了很大變化，實(shí)這種沖刷并不全是裁彎本身的作用。我們?cè)?jīng)指出裁彎后的沖刷有兩種機(jī)理12，4：一種是裁彎后調(diào)整坡降的沖刷，另一種是荊江作為分汊河道的一支，其徑流量加大引起的擴(kuò)大斷面的沖刷。在1981年至1994年較之1959年至1966年，年平均徑流量加大約6081083，假如是單一河道裁彎

26、，那么只有第一種沖刷。而荊江與三口分流河道及洞庭湖構(gòu)成一個(gè)大的分汊河段，在自然演變和裁彎后的調(diào)整坡降沖刷作用下，將導(dǎo)致三口分流量減小，荊江特別是下荊江徑流量加大，從而產(chǎn)生第二種沖刷。在文獻(xiàn)12中，經(jīng)過理論研究，給出單純調(diào)整坡降沖刷時(shí)，其沖淤量是很小的，約為0.58億3，相應(yīng)的裁彎的上段將沖深0.21，下段將淤高0.16。不僅如此，而且裁彎以下至城陵磯均應(yīng)淤積，而不是如如今的情況是沖刷(裁彎下段洪山頭至城陵磯61k河段1966年至1987年共沖深0.31)。這些與裁彎后實(shí)際情況差異是很大的，因此無法用單一河道裁彎來解釋。所以裁彎后下荊江的沖刷中，徑流量加大導(dǎo)致的擴(kuò)大斷面沖刷是主要的。徑流擴(kuò)大的沖

27、刷，一般是沖深與展寬同時(shí)進(jìn)展，大體維持河相系數(shù)變化不大。這一點(diǎn)也與下荊江實(shí)際資料是一致的。表1下荊江裁彎后坡降變化Slpehangesbefreandafterut-ff年份5001000020000300004000050000落差坡降落差坡降落差坡降落差坡降落差坡降落差坡降()(0)()(0)()(0)()(0)()(0)()(0)19669.680.4088.670.3669.070.3838.790.3718.330.3518.490.358剛裁彎9.680.5768.670.5169.070.5408.790.5238.330.4968.490.50519916.470.3856.5

28、00.3877.180.4276.180.3685.950.3546.120.3643.2.2在文獻(xiàn)12中，對(duì)于荊江斷面形態(tài)調(diào)整做了分析。按照上述裁彎后的沖刷主要是由于徑流量擴(kuò)大引起的結(jié)論，相應(yīng)的橫斷面變形主要是在河相系數(shù)不變的條件下，擴(kuò)大過水面積。根據(jù)平衡坡降公式及曼寧公式，消去坡降及糙率后對(duì)于平衡河寬、水深及過水面積有(1)(2)(3)式中=/h為河相系數(shù)，S為含沙量，為懸移質(zhì)平均沉速，Q1為第一造床流量，即塑造縱斷面的代表流量。式中的有關(guān)單位娶s、kg。從文獻(xiàn)11看出裁彎后，荊江(監(jiān)利站)1981年1994年徑流量較之19591966年加大608億3，即加大到1.19倍。如近似的取徑流量

29、與第一造床流量成正比，那么Q1/Q1.0=1.19；相應(yīng)的監(jiān)利站含沙量為S/S0=1.10/1.05=1.04811。需要說明的是，監(jiān)利含沙量加大是因?yàn)檫M(jìn)入三口分流河道含沙量較荊江為大，如今進(jìn)入流量既然減少了，那么荊江含沙量就有所加大。此處加下標(biāo)“0表示沖刷前19591966年的值，而不加下標(biāo)“0那么表示是沖刷后(19811994年)的值。由于沉速變化很小，可以忽略，河相系數(shù)取為常數(shù)，那么沖刷前后斷面形態(tài)參數(shù)的值為Bk/Bk,0=(Q1/Q1,0)0.6(S0/S)0.185(4)hk/hk,0=(Q1/Q1,0)0.3(S0/S)0.0985(5)Ak/Ak,0=(Q1/Q1,0)0.9(S

30、0/S)0.278(6)根據(jù)這幾個(gè)公式推出裁彎后下荊江斷面形態(tài)參數(shù)如表2?？梢姡?jì)算值和實(shí)測(cè)值符合很好。由此可見下荊江斷面調(diào)整是在河相系數(shù)不變的條件下，完全符合平衡坡降公式及曼寧公式。此處需要說明的兩點(diǎn)：第一，表中的實(shí)測(cè)值是采用文獻(xiàn)4的數(shù)據(jù)，即沖刷前1965年Bk=1265，hk=9.36，沖刷后1995年Bk=1395，hk=9.70。當(dāng)然，這與文獻(xiàn)11的數(shù)據(jù)僅略有小小的差異，而且最后的結(jié)論是完全一致的。第二文獻(xiàn)12還得出了上荊江斷面形態(tài)參數(shù)變化的驗(yàn)證情況，計(jì)算值和驗(yàn)證值也是符合的。表2下荊江裁彎后斷面形態(tài)變化驗(yàn)證Verifiatinfthersssetinhangesafterut-ffQ

31、1/Q1.0S0/S計(jì)算值實(shí)測(cè)值Bk/Bk,0hk/hk,0Ak/Ak,0Bk/Bk,0hk/hk,0Ak/Ak,01.190.9551.1001.0491.1551.1031.0361.1423.2.3坡降與阻力的調(diào)整分析。由平衡坡降公式13得到(7)此處取河相系數(shù)不變，且忽略了沉速的變化。將表1中的數(shù)據(jù)代入后，有此式說明，流量加大與含沙量加大對(duì)平衡坡降的影響恰好互相抵銷，而裁彎后的坡降加大要靠糙率加大來平衡,與斷面形態(tài)無關(guān)系，按前述裁彎沖刷平衡后Jk/Jk,0=1.17，那么糙率需加大1.08倍方能平衡。這要依賴三方面的作用：城陵磯對(duì)下荊江頂托減弱；下荊江河道適當(dāng)粗化，粒徑糙率加大和沙波消

32、失時(shí)間縮短使沙波糙率加大；護(hù)岸使糙率有所增加。必須著重指出所述坡降的變化，是指裁彎沖刷根本穩(wěn)定后的情況而不是剛裁彎河床未變的情況。前面已指出事實(shí)上按裁彎前下荊江長237k，裁彎后因河長縮短至168k，那么坡降應(yīng)加大到237/168=1.41倍。如今穩(wěn)定后坡降加大到1.17倍，在加大的坡降中尚有59.8是被落差減少所抵銷?？梢?，裁彎后坡降調(diào)整還包括落差減少這個(gè)重要方面。此點(diǎn)既與上段同流量水位降低多有關(guān),還與徑流量加大抬高荊江下段和出口水位親密聯(lián)絡(luò)。而這正是下荊江特點(diǎn)和江湖關(guān)系的特點(diǎn)。3.2.4綜上所述，裁彎后徑流量加大和坡降加大導(dǎo)致下荊江河床變形的幅度是很大的，時(shí)間是很長的，使河性發(fā)生了相當(dāng)變化

33、，但是其河型根本未變。這主要包括五點(diǎn)內(nèi)容。第一，裁彎后，河長雖減少了66k，即曲折率已由2.67減少到1.93，但是在適當(dāng)護(hù)岸后，可以穩(wěn)定下來，至1991年，河長不僅沒延長，反而縮短了3.3k，即曲折率進(jìn)一步減少至1.89，這說明曲折率沒有加大。因此不能認(rèn)為河道還會(huì)進(jìn)一步蜿蜒(曲折率加大和不變)。第二，從裁彎后下荊江河相系數(shù)不變看出，河流雖同時(shí)有沖深和展寬，但是兩者的比例是平衡的，維持了河相系數(shù)不變，不能認(rèn)為有向?qū)挏\方面開展的趨勢(shì)。第三，裁彎后加大的坡降主要是靠藕池口至城陵磯落差的減小所抵銷，其次也需糙率加大(護(hù)岸增加和床沙適當(dāng)粗化等)來平衡，并未靠河長延長來減小坡降。第四，徑流量加大，主要通

34、過沖刷來擴(kuò)大過水面積而到達(dá)平衡。由式(6)或表1可知，徑流加大引起流速加大到VkVk,0=1.031,水深加大到hkhk,0=1.049，從而導(dǎo)致的挾沙才能加大，用來平衡了含沙量的增加。第五，下荊江河道包括河型有一定適應(yīng)性和慣性，水力泥沙因素的一些變化，不一定能觸發(fā)河性很大改變，以及河型發(fā)生變化。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.4三峽水庫建成后，下荊江在沖刷完畢后河型變化趨勢(shì)初步研究4.1下荊江沖刷情況估計(jì)三峽水庫建成后，長江中下游將發(fā)生長期沖刷，對(duì)河床、河性將有深遠(yuǎn)影響，特別是下荊江。據(jù)過去的一些研究估計(jì)，包括數(shù)學(xué)模型計(jì)算結(jié)果和主要的變化如下：1.三峽水庫建成后，下荊江就開場(chǎng)沖刷，沖刷時(shí)間大約在50年

35、左右，以后開場(chǎng)回淤。此時(shí)最大沖刷量由于計(jì)算條件差異有相當(dāng)幅度，一般在13.316.4億3注1。按下荊江長168k計(jì)算，即橫斷面沖刷面積在791797622，按展寬后的河寬1800估計(jì)，沖深為4.45.4。注1毛繼新，王崇浩，韓其為。三峽水庫下游河道(宜昌大通)沖刷和演變的計(jì)算與研究。三峽水庫下游長江宜昌棗大通沖刷和演變的規(guī)律研究三峽工程泥沙問題研究9513(3)中國水利水電科學(xué)研究院，1998年2月。2.沖刷50年，三口分流河道徑流量共減少約380億3(在1980年根底上)注1，其中藕池河接近斷流。至沖刷72年，三口河道在自然演變條件徑流量繼續(xù)減少，約再減小16億3注1。與此同時(shí)，沖刷至50年

36、下荊江徑流量較之裁彎前(1959年至1966年)要加大到1.31倍，較之1994年要加大到1.10倍。3.經(jīng)約50年沖刷后,下荊江沖刷量達(dá)最大，此時(shí)在一樣枝城流量下水位降低情況為：藕池口枯水降低3.2左右,中水3.3左右，高水枝城流量300003/s500003/s3.02.3。監(jiān)利站枯水降低約1，中水1.3左右，高水1.81.4左右。城陵磯枯水下降約2.01.4，中水約1.3,高水約1.10.9?？梢?，下荊江進(jìn)口水位降低多，出口水位降低少，因此落差將有所降低注1。42對(duì)下荊江沖刷完畢后，河型變化趨勢(shì)的討論1.三峽建成后，下荊江沖刷也有兩種機(jī)理，一種是水庫下泄低含沙量水流，經(jīng)過河道要力圖恢復(fù)含

37、沙量(恢復(fù)到新的挾沙才能而引起沖刷)；其次是三口分流因干流沖刷大而繼續(xù)減少，下荊江徑流量繼續(xù)加大，導(dǎo)致的擴(kuò)大斷面的沖刷。這與裁彎不一樣，含沙量恢復(fù)的沖刷是主要的，而徑流量增加引起斷面擴(kuò)大沖刷是次要的。事實(shí)上，按前述徑流量加大到裁彎前的1.31倍，只相當(dāng)于加大到裁彎后的1.10倍。這樣按式(6)中造床流量加大的方次，斷面擴(kuò)大僅1.09倍。顯然此值較之沖刷后的斷面擴(kuò)大值是一個(gè)小量。2.沖刷過程中，下荊江出口挾沙才能根本已接近平衡，城陵磯以下的沖刷，主要由于兩個(gè)原因引起。一是洞庭湖、漢江、鄱陽湖出來的低含沙量水流，需要通過沖刷加大含沙量；二是荊江沖刷的0.250.5的粗沙，與城陵磯以下床沙中的細(xì)沙交

38、換加大了挾沙才能。例如據(jù)數(shù)學(xué)模型計(jì)算注1沖刷前12年，荊江沖出的這種粗沙0.258億t，而在城陵磯漢口段淤0.148億t；至34年累計(jì)荊江沖出1.627億t，城漢段淤下2.59億t等。而0.250.5泥沙的沉速較之0.25以下的中、細(xì)沙的沉速，平均而言,至少約大9倍?？梢?淤積1.627億t粗沙，至少可沖起約14.6億t細(xì)沙。實(shí)際該段僅沖刷6.294億t，小于14.6億t。這說明假如不交換，城陵磯至武漢段是不會(huì)沖刷的，可見它的進(jìn)口或荊江出口已達(dá)輸沙準(zhǔn)平衡，含沙量和挾沙才能相近。當(dāng)然30年以后,下荊江沖刷量減少，那么是由于下泄含沙量加大和斷面擴(kuò)大、流速減小引起。3.由于下荊江沖刷量最大，加之城陵

39、磯水位還要受洞庭湖影響，因此當(dāng)沖刷后城陵磯水位降低少，藕池口水位降低多，也就是下荊江落差將要減校根據(jù)前述數(shù)學(xué)模型計(jì)算結(jié)果注1，當(dāng)按河相系數(shù)不變且枝城流量在300003/s500003/s時(shí)，藕池口水位下降在3.002.30，城陵磯水位下降在1.100.90，即下荊江落差減少1.91.4，即至少降低1.4。這與前述落差減少1.47的直觀分析頗為相近?？梢娝鼈兙从沉藳_刷后下荊江落差減小和坡降變緩。4.在前面“2“3兩點(diǎn)根底上可以分析沖刷后(沖刷最大時(shí))坡降調(diào)整。沖刷前后的平衡坡降比照為(8)此處取挾沙才能公式中的指數(shù)為1。前面已指出在沖刷過程中下荊江出口含沙量與挾沙才能根本是平衡的，薩口含沙量負(fù)

40、荷S為初始負(fù)荷的S00=0.4倍(沖刷3248年)，那么進(jìn)出平均為0.7，此時(shí)Q1/Q1.0=1.10，取n/n0=1.10，那么Jk/Jk,0=0.882(/0)0.4這樣，當(dāng)河相系數(shù)不變時(shí)，沖刷后需要的坡降為沖刷前的0.882倍，有所減少。按照前述數(shù)學(xué)模型計(jì)算結(jié)果，取藕池口至城陵磯的落差約減少1.4。此時(shí)在現(xiàn)有河長條件下實(shí)際坡降將是Jk=(6.95-1.40)/6.95Jk,0=0.799Jk,0，小于上面要求的平衡坡降Jk=0.882Jk,0。這說明此時(shí)的坡降較之需要的平衡坡降小，河長尚有充裕，不可能進(jìn)一步蜿蜒；另一方面，在河相系數(shù)不變時(shí)，實(shí)際的坡降已小于平衡坡降，因此如加大河相系數(shù)，兩

41、者的差距更大，這說明河相系數(shù)不可能增加，不可能成為微彎分汊河型。當(dāng)然所述的結(jié)果是在n/n0=1.10條件下得到的。是否糙率加大太多，但是即令按n/n0=1.047，那么才有Jk=0.799Jk,0；此時(shí)如取河相系數(shù)不變，那么需要的坡降與實(shí)際坡降一致。沖刷后糙率加大4.7%已經(jīng)是很小的了，這說明將來的實(shí)際坡降不可能有充裕，所以增加河長進(jìn)一步蜿蜒已不可能；而加大河相系數(shù)，消耗坡降而成分汊河型同樣不可能。所述情況是下荊江沖刷最嚴(yán)重的時(shí)刻，以后就開場(chǎng)回淤，那么SS001，所需的坡降會(huì)更大，實(shí)際是不能滿足的，于是開場(chǎng)回淤，減少含沙量?？梢?，增加河相系數(shù)與增加河長來消耗充裕的坡降根本不可能。當(dāng)然，這時(shí)的調(diào)

42、整除減少含沙量外，將逐步減少糙率來平衡。5.從下荊江歷史變遷看，徑流量加大，減少其落差，并減少曲折率也是固有特性。在荊江兩側(cè)穴口根本堵塞后大約在16441756年以前的一段時(shí)間，下荊江(如圖7中1756年河道彎很少，較為順直。當(dāng)時(shí)，維持河長短的原因，顯然因?yàn)橄虑G江流量大，藕池口至城陵磯落差較校至于后來藕池口、松滋口沖開后，下荊江流量減緩，入湖流量增加，城陵磯以下含沙量也大大減少致使城陵磯至武漢河段看來有所沖刷，城陵磯水位降低；下荊江淤積，藕池口水位也可能抬高，兩者均使荊江落差加大，使坡降有充裕，而通過崩塌沖淤增加河長，而成蜿蜒型。其次下荊江流量減小，出湖流量加大，增加了城陵磯對(duì)洞庭湖的頂托，使

43、高水淤，中枯水沖，有助于開展窄深河流和加大彎道環(huán)流，以及河漫灘上增多二元構(gòu)造，這也是開展蜿蜒型河道的另一個(gè)重要條件。反之，如今荊江流量加大，三口分流不斷減少，在一定程度上，導(dǎo)致下荊江的復(fù)原也是可能的。所以荊江沖刷完成后，隨著流量加大落差減少，不僅不大可能進(jìn)一步蜿蜒，而有可能使曲折率減校事實(shí)上按照前述的資料，裁彎已使下荊江落差減1.47的數(shù)據(jù)雖然不一定準(zhǔn)確，但說明流量加大和沖刷會(huì)使落差有明顯的減小，那么是無疑的。6.從漢江下游澤口以下蜿蜒型河道在沖刷過程中的變化看，其河型根本穩(wěn)定,因此對(duì)照下荊江，河型大的格局在目前根底上不會(huì)產(chǎn)生明顯的變化。7.在沖刷過程中，由于d0.025的細(xì)顆粒，特別是d0.01的細(xì)顆粒根本上能全部排出三