涇河水沙關(guān)系分析

涇河水沙關(guān)系分析

涇河是渭河的第一個(gè)支流，流經(jīng)黃土高原的海鷗區(qū)。植被很差，土壤侵蝕嚴(yán)重。這是一條含砂量高的多沙河。年平均含沙量為143kg/m2，最大含沙量為14330kg/m2。東莊水庫(kù)位于涇河下游的峽谷砂頁(yè)巖河段,幾乎控制了涇河的全部來水來沙。涇河的來水占渭河下游全部來水的22%,然而來沙卻占渭河下游全部來沙的64%。東莊水庫(kù)的運(yùn)用方式直接關(guān)系到渭河下游的河勢(shì)、防洪、淤積等因素,選擇水庫(kù)的合理運(yùn)用方式對(duì)減輕渭河下游的淤積,穩(wěn)定河勢(shì),減輕防洪負(fù)擔(dān)具有非常重要的意義。1涇河來水沙特征1.1徑流年際間沙量分配據(jù)張家山站1963～1988年水沙實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì),徑流量年際變化很大,最大41.91×108m3(1964年),最小8.47×108m3(1972年),多年平均徑流量19.96×108m3。徑流在年內(nèi)分配上,汛期7～9月占全年的47.5%,其它月份每月基本占全年5%左右。年際間沙量分配也不均勻,最大年沙量7.041×108t(1964年),最小年沙量0.415×108t,平均2.52×108t。年內(nèi)沙量分配較集中,7～8月沙量占多年平均沙量的79.2%。1.2洪水、含沙量、年際變化的特點(diǎn)涇河流域入夏后7、8月份多暴雨,是黃河流域三大暴雨區(qū)之一,也是黃河、渭河洪峰流量的重要組成部分。由于流域地形坡度大,加上植被差,暴雨形成的洪水特點(diǎn)較明顯,洪水陡漲陡落,洪水歷時(shí)一般為3～9d,主峰歷時(shí)為2～3d。洪水最早出現(xiàn)時(shí)間為4月份,最遲為10月份。由張家山水文站1932年～1990年統(tǒng)計(jì)資料可知,最大洪峰流量9200m3/s(1933年),歷史調(diào)查最大洪水為18800m3/s(1898年)。每年最大洪水一般出現(xiàn)在7、8月份,所占比例分別為43.1%和44.8%。由涇河張家山站統(tǒng)計(jì)的年最大含沙量及出現(xiàn)的月份可知,最大為1430kg/m3(1958年)。7、8月份出現(xiàn)年最大含沙量的機(jī)會(huì)較大,分別占50.0%和28.9%。涇河張家山站含沙量過程是峰前陡漲,峰后降落緩慢,高含沙持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),經(jīng)常出現(xiàn)流量已經(jīng)降到200m3/s以下,含沙量還高達(dá)300kg/m3以上的情況。1.3沙量顆粒級(jí)配涇河張家山站泥沙的顆粒較細(xì),不同年份,年內(nèi)不同時(shí)段,含沙量顆粒級(jí)配隨流量的大小、洪水的來源不同而不同,但中值粒徑變化不大,均在0.02mm左右,見表1。1.4計(jì)總數(shù)的測(cè)定根據(jù)張家山站1963～1988年資料,統(tǒng)計(jì)大小224場(chǎng)洪水,沙峰超前洪峰共20場(chǎng),占統(tǒng)計(jì)總數(shù)的8.9%;沙峰與洪峰同時(shí)發(fā)生共15場(chǎng),占統(tǒng)計(jì)總數(shù)的6.7%;沙峰滯后洪峰共189場(chǎng),占統(tǒng)計(jì)總數(shù)的84.4%,其中沙峰滯后洪峰10小時(shí)以內(nèi),占滯后場(chǎng)次63%,沙峰滯后洪峰15小時(shí)以內(nèi),占滯后場(chǎng)次84.7%,沙峰滯后洪峰20小時(shí)以內(nèi),占滯后場(chǎng)次96.3%。2產(chǎn)生倒灌的條件分析渭河攔門沙的形成,是由于汛期黃河洪水對(duì)渭河來水產(chǎn)生頂托、倒灌所致。黃河水流倒灌渭河,一般發(fā)生在黃河遇洪水而渭河來水較小時(shí),華縣站一般為幾十個(gè)或幾個(gè)流量,而到潼關(guān)時(shí)的流量卻為幾千或上萬,受潼關(guān)卡口的影響,發(fā)生滯洪,黃河水流沿渭河逆流而上,在渭河下游形成淤積,淤積不但嚴(yán)重,而且范圍大。在黃河水流形成對(duì)渭河來水的頂托時(shí),渭河口的斷面流速減小,黃河的泥沙以異重流的形式進(jìn)入渭河,渭河下游不致出現(xiàn)嚴(yán)重的淤積。由1960～1990年黃河倒灌渭河資料統(tǒng)計(jì),倒灌至華陰以上達(dá)40次之多,其中有些倒灌影響到陳村(距潼關(guān)45.6km)以上。在分析產(chǎn)生倒灌條件時(shí),用Qmax潼/Q華縣反映渭河及黃河的來水情況,用潼關(guān)漲水期水位上升速率Vz潼反映潼關(guān)滯洪情況,得出產(chǎn)生倒灌的條件為:華陰至吊橋水面比降小于或接近于零;Qmax潼/Q華縣≥25,Vz潼≥0.06m/h.倒灌引起泥沙淤積產(chǎn)生攔門沙,分析攔門沙消失條件,主要受兩個(gè)因素的影響:一是渭河華縣來水,可使攔門沙產(chǎn)生沿程沖刷;二是潼關(guān)基準(zhǔn)面高程降低,可使攔門沙產(chǎn)生溯源沖刷。渭河口攔門沙的形成,抬高了渭河下游侵蝕基準(zhǔn)面,對(duì)下游河道的沖刷不利,影響河口河勢(shì)。東莊水庫(kù)的水量集中在汛期,當(dāng)渭河華縣站流量連續(xù)多天較小時(shí),一但黃河龍門發(fā)生洪水,可用上面產(chǎn)生倒灌條件來判斷是否發(fā)生倒灌,如發(fā)生倒灌可通過東莊水庫(kù)調(diào)節(jié)水量,依據(jù)攔門沙消失條件及時(shí)下泄水量沖刷攔門沙,使渭河口淤積減少。再就是,當(dāng)黃河龍門發(fā)生洪水時(shí),東莊水庫(kù)及時(shí)下泄一定水量,使華縣站流量增大,減少黃河倒灌渭河的次數(shù)及倒灌距離,同樣可減少渭河口淤積,為渭河入黃提供暢道。34003/s洪峰時(shí)主要泥沙問題涇河洪水如前所述峰型尖瘦,陡漲陡落,但高含沙量持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。在渭河下游來水以涇河來水為主時(shí),涇河張家山站洪峰流量大于1000m3/s,排沙比大于100%渭河發(fā)生沖刷。當(dāng)涇河發(fā)生100～300m3/s洪峰時(shí),淤積主要在臨潼～華縣河段主槽內(nèi),華陰排沙比僅為15～35%,對(duì)河道極為不利。當(dāng)涇河發(fā)生400～1000m3/s洪峰時(shí),河道淤積重心下移,主要淤積在華縣以下,連續(xù)的高含沙小洪水可以造成主槽嚴(yán)重淤積。如1994年9月1日張家山站851m3/s的洪峰,含沙量高達(dá)926kg/m3,渭河華縣200m3/s流量水位淤高0.68m,潼關(guān)高程上升0.25m,使渭河下游河道萎縮加劇,河槽過洪能力由1994年汛前2500m3/s,汛后減小到1000m3/s左右。由此可知,保持涇河高含沙大洪水1000m3/s流量以上對(duì)維持渭河下游河道穩(wěn)定是非常重要的。4建立基層組織的平灘流量涇河洪水是渭河下游洪水的主要組成部分,甚至在同頻率洪峰流量情況下,涇河張家山站比渭河下游華縣站還大。如,百年一遇洪峰,張家山站為14260m3/s,而華縣站僅為8773m3/s。渭河下游由于河道萎縮,使得洪水平灘流量減小,洪水上灘機(jī)會(huì)增加,灘面抬升加快。渭河下游平灘流量的大小,可以反映下游河道主槽的大小。平灘流量越大,主槽越大,對(duì)防洪越有利。所以,保持較大的平灘流量是我們的最大愿望。三門峽建庫(kù)前渭河下游平灘流量一般在5000m3/s左右。建庫(kù)后,隨著水庫(kù)淤積的不斷向上發(fā)展,灘面和主槽的相應(yīng)淤積,平灘流量降低,特別是在1995年華縣站平灘流量?jī)H為800m3/s,達(dá)到建庫(kù)以來的最小值,其它年份平灘流量見表2。目前灘面比三門峽水庫(kù)建庫(kù)前臨渭河段抬升2.5～3.5m,二華河段抬升4～4.5m。隨著灘面的抬升,洪水水位相應(yīng)抬升,河勢(shì)惡化。如1996年7月華縣站洪峰流量3450m3/s時(shí),洪水位竟高達(dá)342.24m,為建站以來最高值,較1959年洪峰流量3920m3/s洪水位高5.47m,造成嚴(yán)重災(zāi)害。由于灘面抬升,渭河大堤防洪標(biāo)準(zhǔn)由原來50年一遇降到現(xiàn)在10～20年一遇,河道主槽泥沙淤積使河床抬升,原來的一些天然節(jié)點(diǎn)失去了控制作用,頂沖點(diǎn)變化,河槽擺動(dòng),在一些地方如姜方郭、濱壩、北王等六個(gè)地方出現(xiàn)了“S”形河勢(shì),險(xiǎn)工險(xiǎn)段增加,對(duì)渭河下游防洪十分不利。由于涇河?xùn)|莊水庫(kù)防洪庫(kù)容為15億m3,相當(dāng)于涇河千年一遇三日洪量,可使涇河千年一遇的洪峰由24450m3/s削減到渭河下游安全防洪標(biāo)準(zhǔn)3000m3/s以下,還可將涇河百年一遇的8日洪量全部攔蓄,減輕渭河防洪壓力。5建立自身洪水(1)涇河沙量集中在每年的7、8月份,占全年的79.2%,水量集中在每年7～9月份,占全年的47.5%,且水沙集中在每年汛期的幾次洪水。(2)東莊水庫(kù)可有效防止渭河攔門沙的發(fā)展。渭河攔門沙的形成,是由于汛期黃河洪水對(duì)渭河來水產(chǎn)生頂托、倒灌所致。而東莊水庫(kù)的水量集中在汛期,黃河洪水如果倒灌渭河,可通過東莊水庫(kù)調(diào)節(jié)水量,依據(jù)攔門沙消失條件及時(shí)下泄水量沖刷攔門沙,使渭河口淤積減少。還可在黃河龍門發(fā)生洪水時(shí),東莊水庫(kù)及時(shí)下泄一定水量,使華縣站流量增大,減少黃河倒灌渭河的次數(shù)及倒灌距離,同樣可減少渭河口淤積,為渭河入黃提供暢道。(3)在渭河下游來水以涇河來水為主時(shí),涇河張家山站洪峰流量大于1000m3/s,排沙比大于100%渭河發(fā)生沖刷。當(dāng)涇河發(fā)生100～300m3/s洪峰時(shí),淤積主要在臨潼～華縣河段主槽內(nèi),華陰排沙比僅為15～35%,對(duì)河道極為不利。當(dāng)涇河發(fā)生400～1000m3/s洪峰時(shí),河道淤積重心下移,主要淤積在華縣以下,連續(xù)的高含沙小洪水可以造成主槽嚴(yán)重淤積。由此可知,保持涇河高含沙