河型成因及其应用

河型成因研究及其应用1河型成因淤积并不都可怕，可怕的是河槽的淤积；滩地上的淤积对河槽稳定有利。冲刷也不都是有利的，滩地的冲刷会引起河槽摆动改道；河槽受冲刷会对形成窄深的河道有利①。大水淤滩刷槽，小水淤槽；河性河型就在这两种相互矛盾过程的相互交替、相互抵消、相互消长中形成、演化的。见图1。两过程的强弱对比，就是河型差异的总依据，如图2。设河道断面的输沙关系线为c线，如果来水来沙关系如d线所示，比c线为陡，则大水期将发生淤积，小水期将发生冲刷。我们知道，大水期淤积，应主要淤在滩地上，这样可使滩地易于淤高；小水期冲刷则只能发生于河槽中，有利于冲深河槽。因此d线所示的来水来沙关系将促使河道变得深窄，其原先的输水输沙关系线(c线)也将逐渐被调整到和d线相合。相反地，如果来水来沙关系如e线所示，即比c线平坦，则大水期将发生冲刷，小水期要淤积。……将促使河道断面变得更为宽浅多汊。河道的输水输沙关系线也将逐渐由c线变到与e线相合②。所以来水来沙的搭配关系Qs=Kqm的m值大的，大水来沙偏大而小水来沙偏小，易于淤滩刷槽而形成单股窄深蠕动性河型；m值小的，大水来沙偏小而小水来沙偏大，易刷滩淤槽而形成多汊宽浅游荡性河型。根据实测资料，m值约以2.5为分界[1]。来沙极少的单股河流，裁弯故河不易淤死而能多汊长期并流，可出现一种副河型，即多汊窄深蠕动性河型。来沙极少的多汊河型，该死的支汊不易淤死，而能多汊并流，也可出现另一种副河型，即多汊宽浅蠕动性河型。长江、嫩江中下游成为分汊性河道，就是这个原因。因季节性壅水而使大水期比降减小的河段，相当于加大大水期淤积(加大m值)而易形成单股窄深河型，如下荆江和长江支流的下段是。北方长期冰冻河流冰期岸冰起护岸作用，冰盖使近底流速增大，流冰对河底剪力强，温度低使泥沙沉速减小，都使小水期输沙能力增大，减小小水期的河槽淤积，相当于加大m值，使河道易于向单股窄深河型发展，如嫩江等是。滞洪水库将洪水泥沙滞蓄而在洪水过后的小水期才泄放，减不了下游河道的淤滩强度而加大淤槽强度，下游河道会变成更宽浅游荡的。如柳河闹得海水库的作用是[2]。这是直接将大水来沙转化成小水泥沙，减小m值、淤坏下游河槽的典型例子。不少学者强调边界土质结构对河型的作用，认为河岸和河床抗冲能力之比，河岸粘土含量、河岸土质二元结构等决定河型。另一些学者则强调比降或侵蚀基面对河型的作用，认为基面决定河道比降，比降决定冲淤强度，从而决定河型。然而对于冲积性河流来说，边界条件，土质结构、比降等，都是由来水来沙条件和其所构成的河型条件的影响下决定的，即不同的水沙条件造成了不同的河型，也造成了土质结构和比降等因素的差异，而不是这些因素决定河型。历来一种河型的河流劫夺其他河型的河床(例如黄河夺淮，单股窄深河流流入黄河故道等)，或同一条河流的来水来沙条件改变了，旧的河床土质结构及比降等都要被新的水沙条件破坏和改造，直到改造完成为止[1]。当然，在改造完成之前，新河还是要受老河床条件影响的。实际上，来水来沙条件经常变，河性河型不断在变，河床土质结构、比降条件等也跟着不断的变。三门峡枢纽几次改变运用方式，黄河下游河性也跟着改变几次。因此，河性是可变、常变、易变的。2改造河性河型问题河性是可变、常变、易变的。研究河型成因，目的在于改造河性河型。改造的方向，一般是把坏河改造成好河，把宽浅游荡河道改造成窄深蠕动河道，并极力防止好河变成坏河。而其改造的方法是加强大水淤滩刷槽过程而减弱小水淤槽过程。按照前面水沙搭配关系决定河性河型的认识，只要减少小水泥沙，加多大水泥沙，或不使小水挟沙进入河道，或将小水集中变成大水泄放，或将小水泥沙转化成大水泥沙，就能加大水沙搭配关系的m值，使河性变好，河槽变窄深。这就是我们过去常说的调水调沙，改造河道的办法(1)～(3)。河道变窄深后，输送同样水沙所需比降相应减小，水位随而下降。例如，据曼宁公式，让断面水深加大1.5%，输送同样流量的比降就能减少5%。而若黄河的比降能减小5%，花园口的水位就能降低4.5m，效果是明显的。又如断面积相等的矩形断面，若河宽减小20%，输水输沙能力将分别增大16%和45%；仅此一项，就足以将黄河全部来沙输送入海而有余。咽黄河咏利津榨站酱(不见找图盒3)19怖6菠3指～宵197详5亦年平均，刚每个汛期煎河槽冲撤刷箱20c垄m宰，非汛期身淤知积揭36c比m补。平均每鞠年净淤车高竞16c物m客。若按大名、小水期率统计，则旺每年小水程期的淤积予量，大水次期的冲刷铅量，将远端比怒36c榜m流和闻20c封m企为大。因木此，只要泳制止或减轮弱小水期荐的淤积，誓单靠大水射期的刷槽烧，河槽将拆很快变成挡窄深。兔制止锯或减少小区水淤槽，圈滩槽高差瞧加大，河殊道游荡强赶度减弱后蹦，更便于何兴利工程可和整治工刻程的建设警。因此，孕改造河性岭，使之较询窄深稳定肝后，再进告行全面整宁治控制，吃不失为游匙荡性河段夕的事半功螺倍的整治球程序。图3黄河下游河道图SketchoftheLowerYellowRiver河槽刷深，滩地是否也要大量坍失，以致河槽迅速展宽呢?河流滩槽的位置关系，主要是由大中水的水沙过程决定的。我们调水调沙，主要调节小水，制止或减弱小水淤积，不调节大水过程，应不致造成大量塌滩展宽。当然，必要时也可加些护滩工程辅助。然而，将坏河改造成好河，将宽浅游荡性河道改造成窄深蠕动性河道，只是河道改造的一种方向。其实，根据自然规律，根据人的需要与可能，河道改造是可以多种多向的。3辽河支流柳河下游的改造羊过去朴，柳河的锐大量泥沙棕由洪水直刺送到大汗仆屯、新民比以零下吊(极见茄图球4腹)滋，成为辽开河西部水挖害沙害的辉主要根源祝。戒193刘9裂年以江前裕10吃0茄年内，河地道迁徙同达节1当5葱次，仅本僚世卧纪懒3乳0司年代内就拥迁商徙免4宜次之多。富沈山铁牺路嘴190被3注年修建后拔，铁桥移桌动晶过荒9烧次。路基鲜也不断加即高，其柄中抗3耍次即共加刺高证9茧m祖。柳河来心沙对辽河蛋干流的为锣害也极大剖。但在大裤汗屯以上筒，柳河却部是比较稳涝定的，河系槽较深，据滩上建有沉四百余僧剥众的大庙质和十几座仔小庙，还才有个大地驾主庄园。旅这说明河协道的摆动咽和淤积都证不很严重菠。图4柳河下游河道示意图SketchoftheLowerLiuheRiver为了解决沈山铁路的安全，1942年建成了闹得海水库。原设计为拦沙库，后见沙量太大，不敢安装闸门而成为无控制的滞洪水库。188m高程总库容为1.683亿m3，1963年洪水淤剩0.809亿m3,1973年又冲开增至1.350亿m3，永久淤积量仅约0.33亿m3，合平均年沙量(0.29亿t)的1.5倍。可见水库对河道长期水、沙量和平均含沙量的增减和调节是不大的。而且集中在初期几次大洪水内。但水库对水、沙及含沙量过程的调节却始终很巨大，因而引起下游河道的重大改造：洪水期间，库区壅水，大量泥沙淤下，出库洪峰减小，中水加长，含沙量大大减小，下游漫滩淤积减弱，滩坎坍塌加剧，河槽稍许刷深；洪水过后的小水期，库区发生强烈冲刷，淤沙大量被小水带下，淤在坝下游不远(大庙、彰武一带)的河槽里。长久下来，彰武以上滩地大量坍减，十几座大小庙宇和大地主庄园坍塌殆尽，河槽迅速淤高、变宽浅、强烈游荡了。大汗屯以下河道则变成少淤、稳定的[2]。河性被彻底改造了。柳河下游的输沙情况如表1。来沙的近一半淤在上段42km内，1/4淤在中段62km内，仅有1/4能到达新民以下，这对新民段和辽河下游显然是很有利的。展表妖1耽惑柳河下游疫多年平均炼输沙罪量响(蝶1)卵Annu迟als快edim蚁ent输load狸in驶the关Lowe虽rLi顽uhe伞Rive伴r适站名迎年输沙狼量械(山亿阿t)枕年淤积说量椅(穴亿毛t)检占出库沙焰量才(甜%)家河段犹长女(抬km)挡闹得海投0.29洁16仿0.14宝20袖49祥42注彰眠授武努0.14削96痛0.07迹34碧25牵62滑新睡齐民狡0.07傻62觉

妇

傻

唇(1)德犬辽宁水科谦所，闹得傻海水库管狂理添所勤.胸柳河下游巡河道冲淤摄演变分际析盗.虏辽宁水利胃科技填，道1973笨(5)4河谷改造拦沙问题表1是河谷改造、拦沙的典型例子。另一种典型是：红山水库库尾生长茂密林草后，起着滞洪滞沙，改造水沙搭配关系的作用，将来沙的90%以上拦截，进到库区的淤积量不足10%[3]。黄河、永定河上中游沙源支流大都很宽阔、平坦，平时无水，成为乱石干滩，连农耕都不宜，且无防洪问题。若能在河床上广植柳树，待林草茂密后，将能起拦沙作用；也能改善河滩土质，宜于农耕。林草随淤随长，不怕淤死；受些冲毁，再生能力也强。当然，可加些人工维护，特别是在初期。河谷拦沙是有极限的。但可在水土保持拦沙大见成效之前，提前对下游河道起良好的作用。承5污改造河性盼根治黄河凭问题枝我们喉研究河型鞋成因，目勺的就是为携了寻求根脑治黄河的旋办法。改愿造黄河河废性可以达塌到的要求傲是存：车(因1)扎将河槽改们造较窄深某稳定的，课便于建造女治河工程童和兴利工放程左。族(2朴)疫将河道改珠造成窄深烟通畅，输娘水输沙能乞力增强，下河道淤积糕速率减小咱，以延长缠河道工程刮的使用年虽限，为上克中游拦沙歌减沙赢得姨时间，逐他步达到根表治的目的扒。膨根据咳前节所提带思路，减迟少小水来市沙，加多馒大水来沙员，或不使吸小水挟沙批进入河段巡，或将小山水集中变吼成大水泄赤放，或将铺小水泥沙咬转化成大茂水泥沙，宝就能加大探水沙搭配烈的微m胜值，使大墙水淤滩刷丙槽加多，盏小水淤槽间减少，河雄槽变窄深辽。在黄河形，大小水宁的分界约部为咸1800久m弯3糟/烈s静，见斗图摩1映。淤槽最注强的流量叹级约董为姿1100压m勿3尚/刊s罩。而且黄题河非汛期想流量多辟在拐1200追m斧3朝/捎s饱以下，控叙制调度是希比较容易挽的。为了画制导这种析效能，我管们曾考虑廊过的措施杰有：用三心门峡枢纽圆调水调沙这，使泥沙掠尽量输送型入海或淤访在适当部者位上；建山小浪底工乐程作为泥免沙反调节没水库；用哗枢纽尽量耐拦截小水右期较粗的昼泥沙，到钓大水期仍荒把它排泄冠下去；用比黄河下游迫各低水头跑枢纽调水扒调吉沙肝(库当时黄河轰下游吵有沟6咱大低水头叙枢纽在建典或已建，扑后都依次土废弃或停桌建托)塞；用三门艰峡枢纽作直低水反调侮节，不放新小水流量闷或集中动成载2000俊m风3骗/粗s密以上的平娇顶水峰下丑泄；建白粥坡引水工梢程，将三警门峡枢纽竟下泄的小端水引出堤齐外分用；勉利用黄河唯沿岸引水刃涵闸将河熄道小水流禾量引出堤圆外分芒用袖(揉但应集中述引水使河英道免受分纪流淤积之蛮害它)承；改变三君门峡枢歼纽五“边小水排大廊沙吨”胶的运用方辩式；黄河词口地区进判行大小水板分流，使痰小水改道缺就近入海朵，以改造百河口河道浅。提用我淡们过去常随用的河床位冲淤计算墓公适式碎(暂1)肝Δ牺Z以/哗Δ本t=f(条QJ)尝用黄改委设计院断设计欣的叶200鹿0汁年水平艾逮山站流量摸过程，计歉算三个方谱案的利津默河槽高程搬变化抚：帝a锣方案为原盘设计流量巾过程，即竿不加人工亡调节的亲，忙b持方案为不物让非汛期恐小齿水具(<18闸00m3跪/s拦)锹进入山东陷的伤，瓜c昂方案为不甚让全年进撤入山东的援。经拣过扭2乘5话年，尽管袭河口已淤兽积外烂延周25km村(侧假设每淤打进辟1km帅)装，自然情议况趴下号(普a惊方著案岁)盲河槽也已镇淤犁高争2.1除m验，平均每盼年淤贩高失8.4c桃m索；硬b喝方案河槽湿仍比原来唉降拜低恩0.5女m字，平均每引年降脸低悼2c环m孕；凤c蛾方案河槽哭降曲低送2充m翠余，平均见每年降章低捐8c肉m痛。到主第天2做5豪年哥，矛b激方案职比决a蝴方案踢低参2.6我m土，伴c裁方案低硬约陕4船m费。可见调厨节小水的筝成效是很收明显的。造悲住8压0果年代中叶槽以后，黄夫河来水转位枯，下游踏河道断流术机遇增大走，不少人帅认为黄河寿已无水可课调，靠调滤水调沙已钓不可能起量作用。不后过，事物派都有两面积性。小氧于郑1100物m静3疗/s聚的流量减匙小，河槽过淤积率也惨减小；河势道断流，侧河槽也不娱再淤积；抬单就河槽提冲淤而言千，这都是须好事。大勤于事1100皱m朝3伙/蹄s讲的流量减搞小，河槽肆的冲刷会劈减小，甚宁至会转而以淤积；这副是不利的洒。其实，笛黄河的所列有问题都爹源于河槽防不断淤积龟，以致洪倒水位不断诊抬高，工吉程效能不眨断降低；穗而河槽淤馆积则只在州小水期发励生。只要吃减小或制僚止了小水正淤积，就氏能使水位纸抬升减慢脱或停止，监工程寿命煌相应增长狱，就算达际到目的了价。当然，税如果来水锡丰沛，能马将较小洪扇水调成较匹大洪水，寇淤滩刷槽滨作用更强贯，河道改青造速率也赢就更快。催80眼年代中，尝我们曾计满算得黄河全口大堤还桂能再免用朋5弓0纵年；加上苗调节水沙校，改造河炊道后，还炊可再多恶用添20让年；以后雄进行河口挽改道二、粉三次，就吃能绑在寇20训0钥年内不必知加高河口陆大堤。在树此期间，呜改造黄河骆下游河道画，使洪水圆位不再抬选高或减慢祖其抬高速轻率，以呀在昼20败0裂年内不必钥加高黄河翠大堤。有萝这么长的军过渡时间畅，上中游捞的水土保朝持拦沙应备能大见成绵效了。黄醋河下游也雹就达到根侵治。污6揪长江中下核游的改造况长江虹中下游成久为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勿节所述。批汊道既不马利于航运伙，也因分拘汊后比降单加陡，壅秤高洪水位琴而不利于扛防洪。而逝壅高水位堆的影响能仙向上游累虽加。武汉亲段天兴洲建汊道，在澡流稿量勇6340腔0m堂3鲁/s率时，分汊陈段比降万谜分饲之盯0.29誓6酬；而附近括的单股段脾比降仅万片分朗之凉0.10杀7恳。汊段器长谢20.6采k野m鉴，比单股良河段壅高征水凳位付39c圾m舟。城陵矶疯至江阴段鱼共有汊照道给4恳1乏段，席占配800k妇m您河长兴的槐71祝%友。各汊段卵壅高水位殿累加起来尘会是很惊示人的。长朗江水量极锅大，水沙每关系易改霸造，但若摧能加些人诉工辅助，窃使汊道逐狼步归并，罢当对降低要长江洪水究位及加深艺航道有很柿大裨秒益倘[4寨]肠。级7棚黄河小浪牧底枢纽的搁泥沙问题线耻钥8清0丢年代中，杜小浪底枢点纽可行性确研究报告能提付审批扇时，尚不杏能考虑发贱电运用，写表明其泥尘沙问题的嚷复杂性。驱而今枢纽虑即将建成尽，且按电滋站运用已绪成定局。饼这一转变梦会存在什狼么问题，穿如何去处呼理，自然潜是应该很弹好研究的挂。例如枢劣纽水位应宣一次抬高翼到位还是郊逐步抬高厕，至今仍源是一个争宽论的问题休。一次抬剪高的发电争效益较大味，逐步抬井高则拦沙扶效益较大暮。这是建裂库后一、青二十年内拢、水库还羽没淤积平仅衡前的问沸题。在此楼期间，水皮库下泄清费水、冲塌肆下游滩地谋，也将是敞个问题；勒与三门峡仙水库的情盗况相似，劳但程度会歌有所减弱勉，因为滩帐地已塌去理较多，且晨已修了不耍少护滩工糖程。发电费流量若掘在帆1800娃m3/s禁以下，山录东河槽将吸受到更多分淤积，也夏是一个问娃题。海库区灰接近冲淤扔平衡以后钉，如何维活护防洪库翼容和兴利膛库容，将暑是枢纽运赢用的一个祥重大问题是。大水、版高水位难祝以排沙，不小水、低诚水位排沙宜将损失电增能和淤坏蚁下游河槽颤，这是问偶题的关键煮。平时项按烛1000食m烦3蓄/s许上下的流钞量发电，依即使是清两水，也将稠冲刷河南道而淤坏山墨东，也是争一个问题全。对此，雨规划部门锣的看法大铜抵是惧：虏(1盖)诞在一年的煮主汛期咏内圣(得7挺月跑1泛1停日脖～些9浆月露3荒0循日虾)鞋，较短时颜间的大流判量敞泄冲码刷排沙，眼更多时间址为低壅水绪蓄水拦沙区，调节径哥流；在非印讯期糠内馋(1眯0成月～次通年粪7胸月偶1声0作日芝)柄，高水笔位蓄水拦吐沙，调节洽径流。其农间的排沙唇期，只有嚼来水境在视250忆0向～警8000分m3/叉s肥之间时敞获泄排沙，激来水大柱于旅8000比m卸3埋/构s哥时茅按蚂8000纹m鸽3皂/方s忆下泄，来值水大筒于叛1000潮0m果3酬/拦s自时按下游勤防洪要求敞泄放。据亮规划部门延计算，这驻样运用，壶下游河道件的淤积量米每年可减革少闸0.用3堆～握0.窗4平亿海t孤，河床继劈续淤积抬勺高，河床蒙演变特性畅基本上恢某复为自然雄状态。局80游年代中，塞小浪底枢玉纽尚不考蚕虑发电运换用。我们奏以规划部翅门所提供佣的无枢纽竿调沙节朗(停无小方劲案饰)努和经枢纽何调节行后枣(朱有小方神案阴)众的艾山流球量过程，秀计算得山泪东河槽冲库刷过程维(1里)听、挑(南2)烧，如怨表坏2恩所示：有看小方案比位无小方案饿淤积速率撕约增团大涨43影%槐，其中汛层期原可共僻冲诞深借4.7左m查，经水库丸调节后减军为继4.1科m惠。其原因怨如持图京5拌中的汛期好流量频率亲曲线，与真图足1折相比，枢固纽的调节校把不少大翁于毕1800锹m3/耐s琴的可冲刷龟河槽的水明流调节小丰于烤1000英m3/崇s铃的要淤积石河槽的水桂流了。这钻当然是与蛛调水调沙奔的原意相怎违背的。轻以后规划赔部门可能片重新计算状过。若表滚2屿念小浪底枢问纽运柄用亭2图5乎年，山东简河槽冲淤循量盯(纺m梳3封)孝Pred霞icte受dsi毅ltat久ion哑for换the待reac闪hin弊Sha蝇ndon锅gpr犬ovin完cea访fter舟25额year躲ssi包nce倘the讨Xiao榆lang苗dip讲roje等ctc苗onst袭ruct苗ed疏方案谈无小浪底舒有小浪底慢有小浪泽底影/虽无小浪底走汛贸忙期何冲搅4.7翅冲哲4.1豪少此冲菠0.6模非汛期危淤管6.8始淤芽7.1芳多咸淤佩0.3逮总装蛙计者淤劫2.1锈淤屡3.0伸多羞淤奋0.9帆图原5饼兰艾山财站谋2门5沿年汛期流况量频率曲聪线咏Freq证uenc衬ycu覆rve筛ofd枯isch乌arge