水利工程論文-黃河口清8出汊工程的作用及對河口演變的影響.doc

水利工程論文-黃河口清8出汊工程的作用及對河口演變的影響摘要：通過實際查勘、依據(jù)多年積累的原型觀測資料，分析了清8出汊工程對黃河河口、河床演變的作用；解答了入?？陂T調(diào)整的淤海造陸效果、對河口段河道、防洪、流路演變的貢獻等問題；論述了黃河河口演變的機制，揭示了黃河河口第三次小循環(huán)的形成、發(fā)展及黃河河口流路在下半個世紀(jì)的歸宿；得出了人工干預(yù)下的河口河道形成機制；提出了科學(xué)地確定黃河口門出汊調(diào)整的時機、地點與周期，極大地延長黃河自然演變單循環(huán)過程中最有利于行河周期的可能性及人工干預(yù)下復(fù)循環(huán)演變規(guī)律的存在性。使人工干預(yù)河口演變、延長河口流路使用年限成為可能。關(guān)鍵詞：黃河復(fù)循環(huán)演變淤灘采油河口治理1清8出汊工程實施背景及基本情況利用黃河泥沙淤灘造陸，變?yōu)I海區(qū)的石油海上開采為陸上開采是近年勝利油田濱海區(qū)油汽開發(fā)的發(fā)展戰(zhàn)略之一。在清8出汊工程預(yù)行河海域發(fā)現(xiàn)儲量2億多噸新灘墾東油藏情況下，勝利石油管理局提出了適當(dāng)調(diào)整清水溝流路入海口門，利用黃河泥沙淤海造陸，變墾東12海域油區(qū)石油的海上開采為陸地開采的要求。90年代以來黃河口斷流日益加劇，給河道、河口演變帶來諸多問題。黃河河口演變的客觀形勢也要求重新認識河口，采取新的治理對策。實施清8出圖1清8出汊工程示意圖SchematicdiagramoftheQing8man-madebranchproject汊工程不僅是淤灘采油的需要而且為重新認識河口，尋找治理河口新方法提供了契機。清8出汊工程實施方案經(jīng)山東黃河河務(wù)局詳細論證并報請黃委會批準(zhǔn)后，于1996年汛前實施了人工出汊。該工程5月11日開工，7月18日完工。工程主要包括(圖1)：開挖引河5.0km；引河斷面為梯形，縱比降1/5000，平面挖深1.01.3m。在原河道修筑4.1km長的截流壩；壩頂高出原河道兩岸導(dǎo)流堤0.4m。在引河左岸距引河軸線1.5km外，修筑5.5km長的導(dǎo)流堤。在開挖引河兩側(cè)破除原河道左岸導(dǎo)流堤，破除口門4個。出汊工程實施后，黃河入海流程較原河道縮短16.6km。2清8出汊工程的作用2.1出汊對河口段河道演變的作用2.1.1出汊河道行水狀況及其河道形成機制1996年黃河入海水沙控制站利津站年水量為167億m3、年沙量為4.5億t，分別較多年平均偏小53%和50%，該年河口來水來沙仍屬枯水少沙系列。清8出汊后，當(dāng)年河口段出現(xiàn)了一次較理想的流量過程，對河口口門段成河較為有利。汊河過流后幾天內(nèi)，利津站流量就超過1500m3/s；并且該年黃河兩次洪峰在河口段匯合，利津站最大洪峰流量達4130m3/s。汊河行水初期因河口流量較小，水流沿開挖引河下泄入海；此后隨著流量的增大，水流沿引河漫溢，在兩側(cè)導(dǎo)流堤之間下泄入海；但主流仍在引河內(nèi)。當(dāng)利津站流量達到2000m3/s時，截流壩南側(cè)部分被沖開，老河部分過水，過水量約占總水量的30%。利津站流量達到2800m3/s時，洪水沿開挖引河漫溢并沖毀右岸，分別沿引河、老河、導(dǎo)流堤破口處呈三股下泄入海。當(dāng)利津站流量回落至1500m3/s時，因老河截流壩仍未堵復(fù)，老河仍有部分過流，此時出汊點以下河道流速均勻，已形成較明顯河槽。出汊點下1km范圍內(nèi)，河寬300400m，深弘點水深56m；1km以下，河槽開始展寬，河寬12km，深弘點變淺，并且在出汊點以下9km處，形成向左的微彎，入?？陂T處水深1.1m左右。整個出汊河段比較順直，大水過后無分汊現(xiàn)象。出汊工程縮短了入海流程，河口侵蝕基面相對降低，河口段河道發(fā)生沖刷。由實測資料計算分析，出汊點以下河道主槽平面沖深0.5m以上，同時從出汊點以下的汊2河道斷面比較圖(圖2)可看出：出汊河道主槽河底高程亦明顯低于該河段原始地面高程，主槽河寬約為開挖河槽的2倍；河兩側(cè)出現(xiàn)明顯灘唇，灘唇最高點較兩側(cè)原始地面高約1.5m?？梢?，清8以下河道形成機制不象清水溝流路改道初期是單純的淤灘成槽過程。而系在人為干預(yù)下與自然演變相結(jié)合發(fā)展形成的；即河道主槽形成機制為人工開挖引河，河水沖刷下切、拓寬逐漸淤灘成槽而成。2.1.2由河道沖淤變化看清8出汊的作用近年因河口段連續(xù)的枯水枯沙系列、清水溝流路不斷延伸，使河口段河道處于連續(xù)淤積狀態(tài)，其表現(xiàn)在河道斷面萎縮、河底高程抬高、同流量水位抬升，出現(xiàn)了對河口防洪、防凌不利的局面。清8出汊后河口段河道沖淤狀況發(fā)生了質(zhì)的變化。由表1所示的出汊前后利津以下河道沖淤變化可知：出汊前利津以下河道沖淤趨勢仍是淤積，并且愈靠近河口淤積愈厚，淤積的溯源特征明顯。圖2汊2斷面橫斷面比較圖Superimposedtracingofthecross-sectionofbranch21996年清8出汊后，汊河開始行水的7月中旬至9月中旬，2個月的時間，利津以下河道全面發(fā)生沖刷，其中利津至西河口河段沖刷830萬m3，西河口至清7河段沖刷1440萬m3。西河口以下河道的沖刷強度是利津至西河口之間的2.5倍，沖刷厚度也大于西河口以上；溯源沖刷特征明顯。當(dāng)年汛后至1997年汛前，利津站水量較小，且斷流多次，致使清8出汊所引起的河道沖刷漸趨減弱。該階段利津以下河道保持微沖狀態(tài)；其沖淤特性仍為溯源性沖刷；根據(jù)實際查勘，清8出汊縮短黃河入海流程后，潮流影響已上溯到清6至清7斷面間。此間口門段沖刷主要以潮流作用為主。1997年汛期，利津站水量只有2.44億m3，沙量僅有0.0747億t；河口出現(xiàn)了歷史上罕見的枯水枯沙年份。致使利津至西河口段河道淤積了1210萬m3；西河口以下仍沖刷了1110萬m3。至1997年汛后，清8出汊引發(fā)的河口段沖刷對西河口河段以下還發(fā)揮著作用。1997年汛后至1998年汛前，利津站來水5.43億m3，來沙0.02億t，因該期嚴(yán)重干旱，河口段引水加大，且有地方部門在清6斷面以下約3km處修的截流壩，基本無水量入海。該階段利津至截流壩段河道沖淤變化不大；截流壩以下河道因距入海口門較近，在潮流作用下繼續(xù)表現(xiàn)為沖刷。1998年汛期，河口段水沙條件接近1986年后的正常年份，利津站水量為93.6億m3，沙量為3.53億t。該年因在河口段的朱家屋子至清6斷面間11km范圍內(nèi)實施了“挖河固堤啟動工程”實驗，挖走了550萬m3泥沙，使河口段河道的邊界條件在局部發(fā)生改變，其對河口段河道沖淤特性有所影響，挖沙河段發(fā)生回淤，而其上下河段一定范圍內(nèi)出現(xiàn)沖刷，產(chǎn)生了一定的減淤效果。由于挖沙部位在西河口以上，距河口尾閭尚有50余km，因此其對河口尾閭段影響較小。表1清8出汊前后利津以下河道沖淤變化Lijincross-sectiondownstreamerosion-depositionchangesalongtheQing8man-maderiverbranch時段沖淤量(萬t)沖淤強度(萬t/km)沖淤厚度(m)利津至西河口西河口至清7利津至西河口西河口至清7利津至西河口西河口至清71995.101996.5404900.8411.80.010.061996.51996.9-830-1440-17.5-40.5-0.19-0.221996.91997.5-50-30-0.10-0.06-0.01-0.011997.51997.101210-111025.51-31.150.27-0.141997.101998.5-20-20-0.42-0.56-0.004-0.0031998.51998.10132-363.16-0.790.03-0.0061886.51998.10442-26369.32-57.90.10-0.38表2利津、一號壩、西河口、丁字路口站19901998年2000m3/s同流量水位表Water-levellistofdischarge-2000m3/satsta.Lijin、Yihaoba、XihekouandDingzilukoufrom1990to1998年份利津(m)一號壩(m)西河口(m)丁字路口(m)1990.1012.6510.168.281991.1012.7410.238.275.321992.1013.0010.398.535.621993.1013.3210.858.935.951994.1013.2910.748.955.741995.1013.4410.949.036.041996.1013.1110.478.425.071997.1013.10水小無資料1998.1013.1210.58.404.752.1.3由同流量水位、河勢及河長變化看清8出汊的作用由表2知：19901995年利津以下各站同流量下水位均呈逐年上升趨勢。出汊后河口段同流量下水位均呈現(xiàn)下降趨勢。1996年汛后相應(yīng)于2000m3/s流量的水位四站較1995年10月分別下降了0.33m、0.47m、0.61m、0.97m。同流量水位下降幅度呈下大上小之勢，亦說明清8出汊工程實施后河口段河道沖刷的溯源特性。溯源沖刷的范圍在西河口以上，約50km?！?6.8”洪水在黃河下游造成大漫灘，各河段超過或接近歷史最高水位情況下，河口段沒有發(fā)生較大范圍的漫灘，洪峰流量相應(yīng)水位較常年有所降低，其與清8出汊工程的實施有直接關(guān)系，減輕了河口地區(qū)防洪壓力。1997年河口段來水來沙且斷流天數(shù)多，其對延續(xù)河口段河道的溯源沖刷極為不利。至1998年利津以下各站2000m3/s流量級的水位利津至一號壩開始緩慢抬升，西河口以下仍保持下降趨勢；其與1998年實施“挖河固堤啟動工程”所產(chǎn)生的減淤效果有一定的關(guān)系。顯然不利的水沙條件使清8出汊引發(fā)的河口段河道沖刷在逐漸減弱，影響范圍逐漸減小。清8出汊人為控制了河口段河勢。其對穩(wěn)定河口段河勢的作用是非常明顯的。90年代以來清水溝流路河口段河勢開始呈現(xiàn)不穩(wěn)定性，每隔一兩年就要發(fā)生一次或大或小的擺動。清8出汊后，入海泥沙基本保持一定的方向，河口段河勢穩(wěn)定，河長延伸較快。1996年7月引河行水至同年11月，河口段河長延伸了近9km，西河口以下河長達55km；1997年，因河口段水小沙少，且入海口門已延伸至水深較深海域，河長沒有繼續(xù)延長，與1996年相比，還略有蝕退；1998年雖然河口水沙維持一定的數(shù)量，因入?？陂T凸入海中，口門暢通，口門外水深較大，潮流作用較強，河長變化較小，西河口以下河長約56km。由于影響河口段河道演變的因素是多方面的，單靠調(diào)整河道邊界條件使河道演變向有利的方向發(fā)展是暫時的。必須以有利的水沙條件配合和加大河口治理的措施，才能達到長期的效果。2.2清8出汊工程對河口濱海區(qū)演變的作用2.2.1出汊前濱海區(qū)演變特征原口門海域因始于1988年汛前的河口截支強干、工程導(dǎo)流等治理措施，入海泥沙基本保持單一入海之勢，沙嘴處咸淡水快速混合絮凝，大部分泥沙淤積沉降在口門附近，使河口快速延伸、攔門沙坎頂抬高、攔門沙以內(nèi)河道形成負比降。徑流受壅水作用，擺動點大多發(fā)生在攔門沙以內(nèi)河道，使河口口門方向每年甚至每次較大洪水都發(fā)生變動。由實測資料可知，入海泥沙最大淤積中心發(fā)生在口門及攔門沙區(qū)域，河口沙嘴沿著淤積中心軸線發(fā)育延伸。近口門50km2左右區(qū)域內(nèi)，淤積泥沙量占近海泥沙淤積量的70%以上。距離口門此范圍以外廣大區(qū)域泥沙只是輕微淤積，年均不足0.5m，而且距口門越遠，淤積程度越輕。孤東油田以南附近海域系清8出汊預(yù)行河海域，該海域位于原口門西北18km處。從黃河入海泥沙分布規(guī)律知，入海泥沙只能影響淤進兩側(cè)海岸不足20km范圍，因此，孤東油田附近海域?qū)倬徛龥_刷形態(tài)。樁西海港至孤東油田海岸為第二次亞循環(huán)三角洲沖積岸線，海岸平順，沿岸流為東南軸向，處于0m等值線沖淤平衡界面以內(nèi)。該界面以內(nèi)淺水區(qū)域等深線蝕退，海域沖刷；界面以外深水區(qū)域等深線外延，海域淤積。其淤積程度距河口越遠越輕。由此可知清8出汊預(yù)行河海域處于0m等值線沖淤平衡界面起始與擴展部分，海岸及淺水海域侵蝕嚴(yán)重，其不利于該海域石油的開采。2.2.2清8出汊對海域地形演變的作用以1995年11月至1996年9月河口海域41個斷面數(shù)據(jù)來表征清8出汊對濱海區(qū)演變的影響，其基本特征為：清水溝流路原口門海域因失去了沙源補給，使該海域凸入海中的沙嘴區(qū)由快速