河型成因及其應(yīng)用

河型成因研究及其應(yīng)用1河型成因淤積并不都可怕，可怕的是河槽的淤積；灘地上的淤積對河槽穩(wěn)定有利。沖刷也不都是有利的，灘地的沖刷會引起河槽擺動改道；河槽受沖刷會對形成窄深的河道有利①。大水淤灘刷槽，小水淤槽；河性河型就在這兩種相互矛盾過程的相互交替、相互抵消、相互消長中形成、演化的。見圖1。兩過程的強(qiáng)弱對比，就是河型差異的總依據(jù)，如圖2。設(shè)河道斷面的輸沙關(guān)系線為c線，如果來水來沙關(guān)系如d線所示，比c線為陡，則大水期將發(fā)生淤積，小水期將發(fā)生沖刷。我們知道，大水期淤積，應(yīng)主要淤在灘地上，這樣可使灘地易于淤高；小水期沖刷則只能發(fā)生于河槽中，有利于沖深河槽。因此d線所示的來水來沙關(guān)系將促使河道變得深窄，其原先的輸水輸沙關(guān)系線(c線)也將逐漸被調(diào)整到和d線相合。相反地，如果來水來沙關(guān)系如e線所示，即比c線平坦，則大水期將發(fā)生沖刷，小水期要淤積?！瓕⒋偈购拥罃嗝孀兊酶鼮閷挏\多汊。河道的輸水輸沙關(guān)系線也將逐漸由c線變到與e線相合②。所以來水來沙的搭配關(guān)系Qs=Kqm的m值大的，大水來沙偏大而小水來沙偏小，易于淤灘刷槽而形成單股窄深蠕動性河型；m值小的，大水來沙偏小而小水來沙偏大，易刷灘淤槽而形成多汊寬淺游蕩性河型。根據(jù)實測資料，m值約以2.5為分界[1]。來沙極少的單股河流，裁彎故河不易淤死而能多汊長期并流，可出現(xiàn)一種副河型，即多汊窄深蠕動性河型。來沙極少的多汊河型，該死的支汊不易淤死，而能多汊并流，也可出現(xiàn)另一種副河型，即多汊寬淺蠕動性河型。長江、嫩江中下游成為分汊性河道，就是這個原因。因季節(jié)性壅水而使大水期比降減小的河段，相當(dāng)于加大大水期淤積(加大m值)而易形成單股窄深河型，如下荊江和長江支流的下段是。北方長期冰凍河流冰期岸冰起護(hù)岸作用，冰蓋使近底流速增大，流冰對河底剪力強(qiáng)，溫度低使泥沙沉速減小，都使小水期輸沙能力增大，減小小水期的河槽淤積，相當(dāng)于加大m值，使河道易于向單股窄深河型發(fā)展，如嫩江等是。滯洪水庫將洪水泥沙滯蓄而在洪水過后的小水期才泄放，減不了下游河道的淤灘強(qiáng)度而加大淤槽強(qiáng)度，下游河道會變成更寬淺游蕩的。如柳河鬧得海水庫的作用是[2]。這是直接將大水來沙轉(zhuǎn)化成小水泥沙，減小m值、淤壞下游河槽的典型例子。不少學(xué)者強(qiáng)調(diào)邊界土質(zhì)結(jié)構(gòu)對河型的作用，認(rèn)為河岸和河床抗沖能力之比，河岸粘土含量、河岸土質(zhì)二元結(jié)構(gòu)等決定河型。另一些學(xué)者則強(qiáng)調(diào)比降或侵蝕基面對河型的作用，認(rèn)為基面決定河道比降，比降決定沖淤強(qiáng)度，從而決定河型。然而對于沖積性河流來說，邊界條件，土質(zhì)結(jié)構(gòu)、比降等，都是由來水來沙條件和其所構(gòu)成的河型條件的影響下決定的，即不同的水沙條件造成了不同的河型，也造成了土質(zhì)結(jié)構(gòu)和比降等因素的差異，而不是這些因素決定河型。歷來一種河型的河流劫奪其他河型的河床(例如黃河奪淮，單股窄深河流流入黃河故道等)，或同一條河流的來水來沙條件改變了，舊的河床土質(zhì)結(jié)構(gòu)及比降等都要被新的水沙條件破壞和改造，直到改造完成為止[1]。當(dāng)然，在改造完成之前，新河還是要受老河床條件影響的。實際上，來水來沙條件經(jīng)常變，河性河型不斷在變，河床土質(zhì)結(jié)構(gòu)、比降條件等也跟著不斷的變。三門峽樞紐幾次改變運用方式，黃河下游河性也跟著改變幾次。因此，河性是可變、常變、易變的。2改造河性河型問題河性是可變、常變、易變的。研究河型成因，目的在于改造河性河型。改造的方向，一般是把壞河改造成好河，把寬淺游蕩河道改造成窄深蠕動河道，并極力防止好河變成壞河。而其改造的方法是加強(qiáng)大水淤灘刷槽過程而減弱小水淤槽過程。按照前面水沙搭配關(guān)系決定河性河型的認(rèn)識，只要減少小水泥沙，加多大水泥沙，或不使小水挾沙進(jìn)入河道，或?qū)⑿∷凶兂纱笏狗牛驅(qū)⑿∷嗌侈D(zhuǎn)化成大水泥沙，就能加大水沙搭配關(guān)系的m值，使河性變好，河槽變窄深。這就是我們過去常說的調(diào)水調(diào)沙，改造河道的辦法(1)～(3)。河道變窄深后，輸送同樣水沙所需比降相應(yīng)減小，水位隨而下降。例如，據(jù)曼寧公式，讓斷面水深加大1.5%，輸送同樣流量的比降就能減少5%。而若黃河的比降能減小5%，花園口的水位就能降低4.5m，效果是明顯的。又如斷面積相等的矩形斷面，若河寬減小20%，輸水輸沙能力將分別增大16%和45%；僅此一項，就足以將黃河全部來沙輸送入海而有余。咽黃河詠利津榨站醬(不見找圖盒3)19怖6菠3指～宵197詳5亦年平均，剛每個汛期煎河槽沖撤刷箱20c壟m宰，非汛期身淤知積揭36c比m補。平均每鞠年凈淤車高競16c物m客。若按大名、小水期率統(tǒng)計，則旺每年小水程期的淤積予量，大水次期的沖刷鉛量，將遠(yuǎn)端比怒36c榜m流和聞20c封m企為大。因木此，只要泳制止或減輪弱小水期薦的淤積，誓單靠大水射期的刷槽燒，河槽將拆很快變成擋窄深。兔制止鋸或減少小區(qū)水淤槽，圈灘槽高差瞧加大，河殊道游蕩強(qiáng)趕度減弱后蹦，更便于何興利工程可和整治工刻程的建設(shè)警。因此，孕改造河性嶺，使之較詢窄深穩(wěn)定肝后，再進(jìn)告行全面整寧治控制，吃不失為游匙蕩性河段夕的事半功螺倍的整治球程序。圖3黃河下游河道圖SketchoftheLowerYellowRiver河槽刷深，灘地是否也要大量坍失，以致河槽迅速展寬呢?河流灘槽的位置關(guān)系，主要是由大中水的水沙過程決定的。我們調(diào)水調(diào)沙，主要調(diào)節(jié)小水，制止或減弱小水淤積，不調(diào)節(jié)大水過程，應(yīng)不致造成大量塌灘展寬。當(dāng)然，必要時也可加些護(hù)灘工程輔助。然而，將壞河改造成好河，將寬淺游蕩性河道改造成窄深蠕動性河道，只是河道改造的一種方向。其實，根據(jù)自然規(guī)律，根據(jù)人的需要與可能，河道改造是可以多種多向的。3遼河支流柳河下游的改造羊過去樸，柳河的銳大量泥沙棕由洪水直刺送到大汗仆屯、新民比以零下吊(極見茄圖球4腹)滋，成為遼開河西部水挖害沙害的輝主要根源祝。戒193劉9裂年以江前裕10吃0茄年內(nèi)，河地道遷徙同達(dá)節(jié)1當(dāng)5蔥次，僅本僚世臥紀(jì)懶3乳0司年代內(nèi)就擁遷商徙免4宜次之多。富沈山鐵犧路嘴190被3注年修建后拔，鐵橋移桌動晶過荒9燒次。路基鮮也不斷加即高，其柄中抗3耍次即共加刺高證9繭m祖。柳河來心沙對遼河蛋干流的為鑼害也極大剖。但在大褲汗屯以上筒，柳河卻部是比較穩(wěn)澇定的，河系槽較深，據(jù)灘上建有沉四百余僧剝眾的大廟質(zhì)和十幾座仔小廟，還才有個大地駕主莊園。旅這說明河協(xié)道的擺動咽和淤積都證不很嚴(yán)重菠。圖4柳河下游河道示意圖SketchoftheLowerLiuheRiver為了解決沈山鐵路的安全，1942年建成了鬧得海水庫。原設(shè)計為攔沙庫，后見沙量太大，不敢安裝閘門而成為無控制的滯洪水庫。188m高程總庫容為1.683億m3，1963年洪水淤剩0.809億m3,1973年又沖開增至1.350億m3，永久淤積量僅約0.33億m3，合平均年沙量(0.29億t)的1.5倍。可見水庫對河道長期水、沙量和平均含沙量的增減和調(diào)節(jié)是不大的。而且集中在初期幾次大洪水內(nèi)。但水庫對水、沙及含沙量過程的調(diào)節(jié)卻始終很巨大，因而引起下游河道的重大改造：洪水期間，庫區(qū)壅水，大量泥沙淤下，出庫洪峰減小，中水加長，含沙量大大減小，下游漫灘淤積減弱，灘坎坍塌加劇，河槽稍許刷深；洪水過后的小水期，庫區(qū)發(fā)生強(qiáng)烈沖刷，淤沙大量被小水帶下，淤在壩下游不遠(yuǎn)(大廟、彰武一帶)的河槽里。長久下來，彰武以上灘地大量坍減，十幾座大小廟宇和大地主莊園坍塌殆盡，河槽迅速淤高、變寬淺、強(qiáng)烈游蕩了。大汗屯以下河道則變成少淤、穩(wěn)定的[2]。河性被徹底改造了。柳河下游的輸沙情況如表1。來沙的近一半淤在上段42km內(nèi)，1/4淤在中段62km內(nèi)，僅有1/4能到達(dá)新民以下，這對新民段和遼河下游顯然是很有利的。展表妖1耽惑柳河下游疫多年平均煉輸沙罪量響(蝶1)卵Annu遲als快edim蟻ent輸load貍in駛the關(guān)Lowe雖rLi頑uhe傘Rive伴r適站名迎年輸沙狼量械(山億阿t)枕年淤積說量椅(穴億毛t)檢占出庫沙焰量才(甜%)家河段猶長女(抬km)擋鬧得海投0.29潔16仿0.14寶20袖49祥42注彰眠授武努0.14削96痛0.07跡34碧25牽62滑新睡齊民狡0.07傻62覺

婦

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唇(1)德犬遼寧水科謙所，鬧得傻海水庫管狂理添所勤.胸柳河下游巡河道沖淤攝演變分際析盜.虜遼寧水利胃科技填，道1973笨(5)4河谷改造攔沙問題表1是河谷改造、攔沙的典型例子。另一種典型是：紅山水庫庫尾生長茂密林草后，起著滯洪滯沙，改造水沙搭配關(guān)系的作用，將來沙的90%以上攔截，進(jìn)到庫區(qū)的淤積量不足10%[3]。黃河、永定河上中游沙源支流大都很寬闊、平坦，平時無水，成為亂石干灘，連農(nóng)耕都不宜，且無防洪問題。若能在河床上廣植柳樹，待林草茂密后，將能起攔沙作用；也能改善河灘土質(zhì)，宜于農(nóng)耕。林草隨淤隨長，不怕淤死；受些沖毀，再生能力也強(qiáng)。當(dāng)然，可加些人工維護(hù)，特別是在初期。河谷攔沙是有極限的。但可在水土保持?jǐn)r沙大見成效之前，提前對下游河道起良好的作用。承5污改造河性盼根治黃河憑問題枝我們喉研究河型鞋成因，目勺的就是為攜了尋求根腦治黃河的旋辦法。改愿造黃河河廢性可以達(dá)塌到的要求傲是存：車(因1)扎將河槽改們造較窄深某穩(wěn)定的，課便于建造女治河工程童和興利工放程左。族(2樸)疫將河道改珠造成窄深煙通暢，輸娘水輸沙能乞力增強(qiáng)，下河道淤積糕速率減小咱，以延長纏河道工程刮的使用年雖限，為上克中游攔沙歌減沙贏得姨時間，逐他步達(dá)到根表治的目的扒。膨根據(jù)咳前節(jié)所提帶思路，減遲少小水來市沙，加多饅大水來沙員，或不使吸小水挾沙批進(jìn)入河段巡，或?qū)⑿∩剿凶兒鸪纱笏钩喾?，或?qū)佇∷嗌骋мD(zhuǎn)化成大茂水泥沙，寶就能加大探水沙搭配烈的微m勝值，使大墻水淤灘刷丙槽加多，盞小水淤槽間減少，河雄槽變窄深遼。在黃河形，大小水寧的分界約部為咸1800久m彎3糟/烈s靜，見斗圖摩1映。淤槽最注強(qiáng)的流量嘆級約董為姿1100壓m勿3尚/刊s罩。而且黃題河非汛期想流量多辟在拐1200追m斧3朝/捎s飽以下，控敘制調(diào)度是希比較容易挽的。為了畫制導(dǎo)這種析效能，我管們曾考慮廊過的措施杰有：用三心門峽樞紐圓調(diào)水調(diào)沙這，使泥沙掠盡量輸送型入?；蛴僭L在適當(dāng)部者位上；建山小浪底工樂程作為泥免沙反調(diào)節(jié)沒水庫；用嘩樞紐盡量耐攔截小水右期較粗的晝泥沙，到釣大水期仍荒把它排泄冠下去；用比黃河下游迫各低水頭跑樞紐調(diào)水扒調(diào)吉沙肝(庫當(dāng)時黃河轟下游吵有溝6咱大低水頭敘樞紐在建典或已建，撲后都依次土廢棄或停桌建托)塞；用三門艱峽樞紐作直低水反調(diào)侮節(jié)，不放新小水流量悶或集中動成載2000俊m風(fēng)3騙/粗s密以上的平嬌頂水峰下丑泄；建白粥坡引水工梢程，將三警門峽樞紐竟下泄的小端水引出堤齊外分用；勉利用黃河唯沿岸引水刃涵閘將河熄道小水流禾量引出堤圓外分芒用袖(揉但應(yīng)集中述引水使河英道免受分紀(jì)流淤積之蠻害它)承；改變?nèi)T峽樞殲紐五“邊小水排大廊沙噸”膠的運用方辯式；黃河詞口地區(qū)進(jìn)判行大小水板分流，使痰小水改道缺就近入海朵，以改造百河口河道淺。提用我淡們過去常隨用的河床位沖淤計算墓公適式碎(暫1)肝Δ犧Z以/嘩Δ本t=f(條QJ)嘗用黃改委設(shè)計院斷設(shè)計欣的葉200鹿0汁年水平艾逮山站流量摸過程，計歉算三個方譜案的利津默河槽高程搬變化撫：帝a鑼方案為原盤設(shè)計流量巾過程，即竿不加人工亡調(diào)節(jié)的親，忙b持方案為不物讓非汛期恐小齒水具(<18閘00m3跪/s攔)鍬進(jìn)入山東陷的傷，瓜c昂方案為不甚讓全年進(jìn)撤入山東的援。經(jīng)揀過扭2乘5話年，盡管襲河口已淤獸積外爛延周25km村(側(cè)假設(shè)每淤打進(jìn)辟1km帥)裝，自然情議況趴下號(普a驚方著案歲)盲河槽也已鎮(zhèn)淤犁高爭2.1除m驗，平均每盼年淤販高失8.4c桃m索；硬b喝方案河槽濕仍比原來唉降拜低恩0.5女m字，平均每引年降臉低悼2c環(huán)m孕；鳳c蛾方案河槽哭降曲低送2充m翠余，平均見每年降章低捐8c肉m痛。到主第天2做5豪年哥，矛b激方案職比決a蝴方案踢低參2.6我m土，伴c裁方案低硬約陜4船m費?？梢娬{(diào)廚節(jié)小水的箏成效是很收明顯的。造悲住8壓0果年代中葉槽以后，黃夫河來水轉(zhuǎn)位枯，下游踏河道斷流術(shù)機(jī)遇增大走，不少人帥認(rèn)為黃河壽已無水可課調(diào)，靠調(diào)濾水調(diào)沙已釣不可能起量作用。不后過，事物派都有兩面積性。小氧于鄭1100物m靜3療/s聚的流量減匙小，河槽過淤積率也慘減小；河勢道斷流，側(cè)河槽也不娛再淤積；抬單就河槽提沖淤而言千，這都是須好事。大勤于事1100皺m朝3伙/蹄s講的流量減搞小，河槽肆的沖刷會劈減小，甚寧至?xí)D(zhuǎn)而以淤積；這副是不利的灑。其實，笛黃河的所列有問題都爹源于河槽防不斷淤積龜，以致洪倒水位不斷診抬高，工吉程效能不眨斷降低；穗而河槽淤館積則只在州小水期發(fā)勵生。只要吃減小或制僚止了小水正淤積，就氏能使水位紙?zhí)郎p慢脫或停止，監(jiān)工程壽命煌相應(yīng)增長獄，就算達(dá)際到目的了價。當(dāng)然，稅如果來水錫豐沛，能馬將較小洪扇水調(diào)成較匹大洪水，寇淤灘刷槽濱作用更強(qiáng)貫，河道改青造速率也贏就更快。催80眼年代中，嘗我們曾計滿算得黃河全口大堤還桂能再免用朋5弓0縱年；加上苗調(diào)節(jié)水沙校，改造河炊道后，還炊可再多惡用添20讓年；以后雄進(jìn)行河口挽改道二、粉三次，就吃能綁在寇20訓(xùn)0鑰年內(nèi)不必知加高河口陸大堤。在樹此期間，嗚改造黃河駱下游河道畫，使洪水圓位不再抬選高或減慢祖其抬高速輕率，以呀在晝20敗0裂年內(nèi)不必鑰加高黃河翠大堤。有蘿這么長的軍過渡時間暢，上中游撈的水土保朝持?jǐn)r沙應(yīng)備能大見成綿效了。黃醋河下游也雹就達(dá)到根侵治。污6揪長江中下核游的改造況長江虹中下游成久為分汊性幼河流的原隙因，是含口沙量很小薄，已如前撤第比1勿節(jié)所述。批汊道既不馬利于航運伙，也因分拘汊后比降單加陡，壅秤高洪水位琴而不利于扛防洪。而逝壅高水位堆的影響能仙向上游累雖加。武漢親段天興洲建汊道，在澡流稿量勇6340腔0m堂3魯/s率時，分汊陳段比降萬謎分飼之盯0.29誓6酬；而附近括的單股段脾比降僅萬片分朗之涼0.10殺7懇。汊段器長謝20.6采k野m鑒，比單股良河段壅高征水凳位付39c圾m舟。城陵磯瘋至江陰段魚共有汊照道給4懇1乏段，席占配800k婦m您河長興的槐71祝%友。各汊段卵壅高水位殿累加起來塵會是很驚示人的。長朗江水量極鍋大，水沙每關(guān)系易改霸造，但若摧能加些人訴工輔助，竊使汊道逐狼步歸并，罷當(dāng)對降低要長江洪水究位及加深藝航道有很柿大裨秒益倘[4寨]腸。級7棚黃河小浪牧底樞紐的擱泥沙問題線恥鑰8清0丟年代中，杜小浪底樞點紐可行性確研究報告能提付審批扇時，尚不杏能考慮發(fā)賤電運用，寫表明其泥塵沙問題的嚷復(fù)雜性。驅(qū)而今樞紐慮即將建成盡，且按電滋站運用已緒成定局。餅這一轉(zhuǎn)變夢會存在什狼么問題，穿如何去處呼理，自然潛是應(yīng)該很彈好研究的掛。例如樞劣紐水位應(yīng)宣一次抬高翼到位還是郊逐步抬高廁，至今仍源是一個爭寬論的問題休。一次抬剪高的發(fā)電爭效益較大味，逐步抬井高則攔沙扶效益較大暮。這是建裂庫后一、青二十年內(nèi)攏、水庫還羽沒淤積平僅衡前的問沸題。在此樓期間，水皮庫下泄清費水、沖塌肆下游灘地謀，也將是敞個問題；勒與三門峽仙水庫的情盜況相似，勞但程度會歌有所減弱勉，因為灘帳地已塌去理較多，且晨已修了不耍少護(hù)灘工糖程。發(fā)電費流量若掘在帆1800娃m3/s禁以下，山錄東河槽將吸受到更多分淤積，也夏是一個問娃題。海庫區(qū)灰接近沖淤扔平衡以后釘，如何維活護(hù)防洪庫翼容和興利膛庫容，將暑是樞紐運贏用的一個祥重大問題是。大水、版高水位難祝以排沙，不小水、低誠水位排沙宜將損失電增能和淤壞蟻下游河槽顫，這是問偶題的關(guān)鍵煮。平時項按燭1000食m煩3蓄/s許上下的流鈔量發(fā)電，依即使是清兩水，也將稠沖刷河南道而淤壞山墨東，也是爭一個問題全。對此，雨規(guī)劃部門鑼的看法大銅抵是懼：虜(1蓋)誕在一年的煮主汛期詠內(nèi)圣(得7挺月跑1泛1停日脖～些9漿月露3荒0循日蝦)鞋，較短時顏間的大流判量敞泄沖碼刷排沙，眼更多時間址為低壅水緒蓄水?dāng)r沙區(qū)，調(diào)節(jié)徑哥流；在非印訊期糠內(nèi)饞(1瞇0成月～次通年糞7胸月偶1聲0作日芝)柄，高水筆位蓄水?dāng)r吐沙，調(diào)節(jié)洽徑流。其農(nóng)間的排沙唇期，只有嚼來水境在視250憶0向～警8000分m3/叉s肥之間時敞獲泄排沙，激來水大柱于旅8000比m卸3埋/構(gòu)s哥時茅按螞8000紋m鴿3皂/方s憶下泄，來值水大筒于叛1000潮0m果3酬/攔s自時按下游勤防洪要求敞泄放。據(jù)亮規(guī)劃部門延計算，這駐樣運用，壺下游河道件的淤積量米每年可減革少閘0.用3堆～握0.窗4平億海t孤，河床繼劈續(xù)淤積抬勺高，河床蒙演變特性暢基本上恢某復(fù)為自然雄狀態(tài)。局80游年代中，塞小浪底樞玉紐尚不考蠶慮發(fā)電運換用。我們奏以規(guī)劃部翅門所提供傭的無樞紐竿調(diào)沙節(jié)朗(停無小方勁案飾)努和經(jīng)樞紐何調(diào)節(jié)行后棗(朱有小方神案陰)眾的艾山流球量過程，秀計算得山淚東河槽沖庫刷過程維(1里)聽、挑(南2)燒，如怨表壞2恩所示：有看小方案比位無小方案餓淤積速率撕約增團(tuán)大漲43影%槐，其中汛層期原可共僻沖誕深借4.7左m查，經(jīng)水庫丸調(diào)節(jié)后減軍為繼4.1科m惠。其原因怨如持圖京5拌中的汛期好流量頻率親曲線，與真圖足1折相比，樞固紐的調(diào)節(jié)校把不少大翁于畢1800鍬m3/耐s琴的可沖刷龜河槽的水明流調(diào)節(jié)小豐于烤1000英m3/崇s鈴的要淤積石河槽的水桂流了。這鉆當(dāng)然是與蛛調(diào)水調(diào)沙奔的原意相怎違背的。輕以后規(guī)劃賠部門可能片重新計算狀過。若表滾2嶼念小浪底樞問紐運柄用亭2圖5乎年，山東簡河槽沖淤循量盯(紡m梳3封)孝Pred霞icte受dsi毅ltat久ion啞for換the待reac閃hin弊Sha蠅ndon鍋gpr犬ovin完cea訪fter舟25額year躲ssi包nce倘the討Xiao榆lang苗dip講roje等ctc苗onst襲ruct苗ed疏方案談無小浪底舒有小浪底慢有小浪澤底影/雖無小浪底走汛貿(mào)忙期何沖攪4.7翅沖哲4.1豪少此沖菠0.6模非汛期危淤管6.8始淤芽7.1芳多咸淤佩0.3逮總裝蛙計者淤劫2.1銹淤屢3.0伸多羞淤奮0.9帆圖原5餅蘭艾山財站謀2門5沿年汛期流況量頻率曲聰線詠Freq證uenc襯ycu覆rve篩ofd枯isch烏arge