新形勢下黃河下游游蕩性河道整治工程設(shè)計(jì)有關(guān)問題探索

1、新形勢下黃河下游游蕩性河道整治工程設(shè)計(jì)有關(guān)問題探索摘要：隨著黃河清水來源區(qū)基流的減少、中下游地區(qū)耗水量的增加，使近十幾年黃河下游中小洪水、高含沙洪水出現(xiàn)機(jī)率增加，從而導(dǎo)致一些迎送溜關(guān)系較好的控導(dǎo)工程對河勢的控導(dǎo)作用明顯削弱。小浪底水庫建成后，將改變進(jìn)入下游的水沙及洪水過程，中小洪水持續(xù)時間將更長，今后游蕩性河道如何整治是一個非常重要的課題。本文通過模型和原型資料的對比，對已建整治工程布局中存在的問題及工程對中小水的適應(yīng)性等進(jìn)行了分析，同時對新形勢下游蕩性河段河道整治設(shè)計(jì)流量、設(shè)計(jì)河寬及新型河道整治工程狀況下排洪河寬的計(jì)算等問題進(jìn)行了分析和初步評議。 關(guān)鍵詞：河道整治 工程設(shè)計(jì) 整治流量 整治河

2、寬 排洪寬度 1 概述黃河下游河道整治工程已有300多年歷史。1974年開始有計(jì)劃有步驟地進(jìn)行游蕩性河道整治以來，修建了大量的控導(dǎo)工程，在確保下游防洪安全中起到了重要作用?！鞍宋濉逼陂g，“黃河下游游蕩性河道整治”專題1對游蕩性河道整治進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)和研究。目前黃河下游河道整治所采用的“排洪寬度、整治流量、整治河寬”等都是根據(jù)1985年以前的水沙資料統(tǒng)計(jì)分析得出來的。1985年以后隨著黃河上游清水來源區(qū)水資源的日益開發(fā)，進(jìn)入下游的基流大幅度減小，水少沙多的矛盾更加突出，黃河下游河道狀況進(jìn)一步惡化。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，今后黃河兩岸引水量將有增無減，沿程基流會更加減小。近幾年，中小流量的持續(xù)作用，

3、不少工程出現(xiàn)多次靠河現(xiàn)象，使本來迎送溜關(guān)系較好的控導(dǎo)工程對河勢的控導(dǎo)作用大大削弱。黃科院的模型試驗(yàn)結(jié)果，也使我們不得不對游蕩性河道整治有關(guān)問題重新認(rèn)識。小浪底水庫建成后，將改變進(jìn)入下游的水沙及洪水過程，中小洪水和高含沙洪水出現(xiàn)機(jī)率將大大提高。本文作者曾經(jīng)對天然實(shí)測資料進(jìn)行回歸分析，得出過水?dāng)嗝婷娣e關(guān)系式2A=BH=0.073Q1.21/1-Sv0.2(0.4-Sv)2(1)由上式看出，在來流流量一定的前提下，含沙量較小時，過洪斷面面積因河槽沖刷、過洪寬度大幅度減小而為一較小值；一般挾沙水流時，過洪斷面面積則隨含沙量增加而增加(主要是河槽寬度增加很大所致);但含沙量大于200kg/m3后，洪水逐

4、漸呈高含沙水流特性，河槽因大量泥沙淤積而使過洪面積大大減少。同時，由上式也可看出，如果來水偏枯，造床流量減少，河槽過洪斷面將大大減小，這也正是近些年黃河下游河床萎縮的原因所在。目前的河道整治工程能否適應(yīng)今后的水沙過程，已經(jīng)成為黃河下游急待解決的一個重大問題。我們延長了最近十年的實(shí)測水沙系列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對黃河下游游蕩性河段的河道整治問題取得了一些粗淺認(rèn)識，提出來，意欲起到拋磚引玉的作用，希望對這一問題能夠引起重視并進(jìn)一步深入探討。2 新形勢下黃河下游游蕩性河段河道整治設(shè)計(jì)流量淺析黃河下游河道以中水整治為原則，其工程設(shè)計(jì)流量的選擇取決于造床流量。本文根據(jù)19731996年24年水沙系列，采用多種

5、方法綜合分析了游蕩性河段的造床流量，并對小浪底水庫修建后河道整治設(shè)計(jì)流量問題進(jìn)行了分析和預(yù)估。2.1 平灘流量法3目前黃河下游常采用水位與河漫灘相齊平的流量作為造床流量。表1是花園口至夾河灘斷面1987年以后平灘流量分析結(jié)果，由表看出，花園口、夾河灘兩站平灘流量明顯減小。表1 黃河花園口、夾河灘站平灘流量分析結(jié)果Bankfull discharge at Huayuangkou and Jiahetan stations2007-04-23年 份198719881989199219941996花園口430036004700330040003500夾河灘330035003100370030002

6、.2 輸沙能力法我們曾對黃河下游造床流量計(jì)算方法進(jìn)行對比分析，并提出了輸沙能力計(jì)算方法3,4。引入水流挾沙力S*，視QS*Pm最大時所對應(yīng)的流量為造床流量。P為汛期各級流量出現(xiàn)的頻率，其中水流挾沙力S*采用文獻(xiàn)5提出的通用公式計(jì)算。該方法引入S*后，使造床流量的計(jì)算，不僅考慮了流量過程，而且反映了含沙量大小、水流強(qiáng)度及泥沙粗度對造床作用的影響，顯然從概念上更完善一些。取m=0.6,根據(jù)1973年1996年黃河下游花園口、夾河灘水文站實(shí)測資料，分別計(jì)算各流量級相應(yīng)的QS*P0.6，點(diǎn)繪于圖1?？梢钥闯觯▓@口、夾河灘站的造床流量分別為4000m3/s和3000m3/s，該流量出現(xiàn)的頻率約3%(汛

7、期出現(xiàn)的頻率約10.2%)。圖2 平灘流量(Q平)與輸沙能力計(jì)算結(jié)果(Q造)對比Comparison of bankfull discharge withthat calculated by sediment transportingcapacity method用此方法計(jì)算1992年、1996年花園口和夾河灘的造床流量分別為3500m3/s及2500m3/s，比一般水沙條件下求得的造床流量小了很多。圖2為1973年至1996年之間平灘流量與輸沙能力計(jì)算的造床流量，對比后發(fā)現(xiàn)，輸沙能力法計(jì)算的造床流量基本反映當(dāng)年平灘流量的變化。2.3 新形勢下游蕩性河道整治設(shè)計(jì)流量的選取河道整治工程一旦興建就

8、無法改動，它要求一個相對穩(wěn)定的設(shè)計(jì)流量。設(shè)計(jì)流量的選擇，必須考慮將來的水沙變化，使整治工程在相當(dāng)時期內(nèi)最大限度的適應(yīng)不同水沙條件。因此，正確預(yù)估小浪底水庫修建后，下游水沙條件及平灘流量的變化，顯得非常重要。小浪底水庫修建后，將控制黃河花園口以上流域面積內(nèi)95%的來水，根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的小浪底水庫運(yùn)用方案，水庫下泄水流主要以中小水為主。黃科院開展的“小浪底樞紐攔沙期游蕩性河段河道整治模型試驗(yàn)研究”及“花園口至東壩頭河段小浪底樞紐正常運(yùn)用期河道演變模型試驗(yàn)研究”6結(jié)果表明，經(jīng)過小浪底水庫下泄清水期對河道的沖刷之后，主河槽過洪能力將有所增大，目前1300m3/s流量水位可過流3000m3/s5000m

9、3/s洪水；25年正常運(yùn)用期運(yùn)用之后，平灘流量一般為40005000m3/s。因此，根據(jù)以上分析目前以至今后黃河下游游蕩性河段河道整治工程的設(shè)計(jì)流量，考慮與以前河道整治設(shè)計(jì)流量相銜接，選取4000m3/s較合適。3 河道整治設(shè)計(jì)河寬的確定胡一三等在“黃河下游游蕩性河段河道整治”中明確提出了今后游蕩性河道的整治原則為：防洪為主、統(tǒng)籌兼顧；中水整治、洪枯兼顧1。確定中水流路治導(dǎo)線是游蕩性河道整治的核心，那么中水流路的整治設(shè)計(jì)河寬是確定河道整治治導(dǎo)線必不可少的要素之一。小浪底水庫的修建將改變黃河下游的來水來沙條件。吳賓格在“河道整治小彎方案探討”一文中，為確定流量減小后的治導(dǎo)線寬度，利用黃河花園口、

10、夾河灘、高村三站資料，點(diǎn)繪出B/Q與Sv關(guān)系，認(rèn)為，在造床流量減小后，河道整治寬度應(yīng)減小，小彎方案可用于新形勢下的游蕩性河道整治之中。目前黃河下游東壩頭以上河道整治設(shè)計(jì)河寬一般采用1200m,東壩頭至高村河段采用1000m?，F(xiàn)行河道整治設(shè)計(jì)河寬是否能夠適應(yīng)新時期本河段河床演變狀況，已成為黃河下游面臨的現(xiàn)實(shí)問題。2007-04-233.1 穩(wěn)定河槽寬度 穩(wěn)定河槽寬度即河道處于動力平衡條件下的河寬。從長時期來看，河流總是不斷地向形成穩(wěn)定河槽寬度的方向調(diào)正。張海燕提出了在以流量Q和輸沙率QS為自變量的沖積河道趨向于調(diào)整和建立其寬度、水深和比降以滿足rQJ最小。按照這一思路，本文采用張紅武輸沙能力公式、曼寧阻力公式等約束條件，計(jì)算了黃河