黃河下游河勢(shì)演變規(guī)律研究

黃河下游河勢(shì)演變規(guī)律研究

1不同時(shí)期黃河下游河勢(shì)的發(fā)展1.1小水期河段畸形河口增多,河道阻護(hù)下邊灘也較嚴(yán)重1986年至1999年，黃河下游年流量為279億3m，年平均沙量為7.6億t，各年平均60%和56%。連續(xù)多年出現(xiàn)枯水少沙且附以中小流量的高含沙洪水,導(dǎo)致河槽淤積嚴(yán)重,河勢(shì)出現(xiàn)了許多新情況,歸納起來(lái)有以下幾點(diǎn):①游蕩型河段支汊、心灘減少,主流擺動(dòng)幅度有所減小,但工程控制差的河段主流擺幅仍很大;②畸形河灣增加,工程脫河和半脫河現(xiàn)象嚴(yán)重,游蕩型河段在小水的長(zhǎng)期作用下形成了一些畸形河灣,易導(dǎo)致“橫河”、“斜河”;③工程靠溜部位上提現(xiàn)象增多,工程上首塌灘嚴(yán)重;④小水期出現(xiàn)較大險(xiǎn)情,在小水流量下,受“橫河”、“斜河”的頂沖,河道整治工程易出現(xiàn)較大險(xiǎn)情并威脅到堤防安全。小浪底水庫(kù)1999年10月下閘蓄水運(yùn)用以來(lái),前5年(2000～2004年)總體來(lái)說(shuō)河勢(shì)變化不大,局部畸形河灣有所發(fā)展,如孤柏嘴靠溜不緊,且部分山體前已有邊灘出現(xiàn),駕部控導(dǎo)工程靠溜部位下挫,河出駕部控導(dǎo)工程后折向?qū)Π稐棙錅瞎こ躺鲜诪┑?引起灘地坍塌,形成“斜河”,迫使棗樹溝工程不斷搶修上延,該河勢(shì)持續(xù)至2001年2月中旬最為嚴(yán)重;常堤與貫臺(tái)之間于1999年汛前形成的畸形河灣愈來(lái)愈嚴(yán)重,曾出現(xiàn)3d內(nèi)張莊村塌掉20多間房屋的被動(dòng)局面。2005年以后,連續(xù)的調(diào)水調(diào)沙逐漸發(fā)揮作用,河槽刷深,排洪能力和平灘流量增大,河勢(shì)逐漸趨于穩(wěn)定。1.2文革時(shí)期1958明確三門峽水庫(kù)清水下泄期間,游蕩型河段發(fā)生過(guò)2次大的河勢(shì)變化,一次是1961年,另一次是1964年。1961年是三門峽水庫(kù)下泄清水的第一年,來(lái)水來(lái)沙條件發(fā)生劇烈變化,下游河勢(shì)發(fā)生較大變化。1962年和1963年,花園口站最大洪峰流量為5500～6000m3/s,與1961年洪水基本一樣,下游河道相對(duì)較為穩(wěn)定。1964年汛期,水量突然增大,河勢(shì)又發(fā)生了新的變化。1981～1985年為天然有利的豐水少沙系列,平均含沙量為20.2kg/m3,該時(shí)段游蕩型河段河勢(shì)的變化規(guī)律與三門峽水庫(kù)清水下泄期相類似,同樣為趙口—府君寺河段主流擺幅大,“橫河”、“斜河”出現(xiàn)次數(shù)多,主流擺動(dòng)幅度比三門峽清水沖刷后的回淤期(1965～1969年)增大了300～800m。鐵謝—神堤及東壩頭—高村河段與1961～1964年相比,主流擺動(dòng)幅度減小,河槽在下切的同時(shí)伴隨著展寬,這主要是20世紀(jì)80年代后河道整治工程逐步完善、控制河勢(shì)作用逐步增強(qiáng)導(dǎo)致的。2豐水少沙環(huán)境枯水少沙條件下,主槽淤積嚴(yán)重,河道寬淺,河勢(shì)散亂,心灘眾多,畸形河灣增加,易出現(xiàn)“橫河”、“斜河”;豐水少沙條件下,汊河及心灘減少,河勢(shì)規(guī)順,排洪能力強(qiáng)。總結(jié)不同條件下河勢(shì)演變的特征,游蕩型河段河勢(shì)演變具有復(fù)雜性、多變性、隨機(jī)性、相關(guān)性和不均衡性等特點(diǎn)。(1)河勢(shì)變化影響條件多變的水沙條件和善沖善淤的河床邊界決定了河勢(shì)變化的復(fù)雜性。水沙條件、河床邊界、工程邊界在時(shí)空上的隨機(jī)組合構(gòu)成了千差萬(wàn)別的河勢(shì)變化影響條件,進(jìn)而導(dǎo)致了復(fù)雜多變的河勢(shì)演變過(guò)程和形式。游蕩型河段河勢(shì)演變的多變性反映了其河勢(shì)演變的激烈變化過(guò)程和河勢(shì)狀態(tài)的不穩(wěn)定程度。(2)河勢(shì)突變指水沙條件和邊界條件的隨機(jī)組合在較短時(shí)期內(nèi)造成河勢(shì)演變趨勢(shì)的不確定性。河勢(shì)的突變多發(fā)在一場(chǎng)洪水的峰頂附近或洪峰過(guò)后的落水期,其中前者主要表現(xiàn)為洪水的拉灘取直改道,后者則多為局部河段出現(xiàn)畸形河灣,發(fā)生“橫河”、“斜河”,短時(shí)段內(nèi)河勢(shì)變化毫無(wú)規(guī)律可循。(3)河勢(shì)的演變與水勢(shì)的關(guān)系某一河段與相鄰河段、某一時(shí)段與前后時(shí)段之間的河勢(shì)變化有著相互影響、互為因果的密切聯(lián)系。就河勢(shì)的演變過(guò)程而言,某一時(shí)刻的河勢(shì)狀態(tài)顯然是前期各種因素綜合作用的結(jié)果,同時(shí)在一定程度上又決定著今后一定時(shí)期內(nèi)河勢(shì)演變發(fā)展的趨勢(shì)。同樣,某一河段河勢(shì)的變化必然會(huì)引起相鄰河段河勢(shì)的變化。(4)擺為主以北擺為主,僅有小磺酸鈉、會(huì)擺為主指游蕩型河段在不同時(shí)期、不同河段河勢(shì)演變的狀況及性質(zhì)存在明顯差異。如有的河段以南擺為主,有的則以北擺為主;有些河段受配套工程或“卡口”河段的約束控制作用,其河勢(shì)演變過(guò)程就比較簡(jiǎn)單且擺幅很小,但同樣的水沙條件下,有些河段擺幅則很大。3黃河下游河道的自然演變規(guī)律河勢(shì)演變從宏觀上看可以分為人為影響和自然演變兩大類。過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi),河勢(shì)演變多處于自然狀態(tài),有其自然的演變規(guī)律。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,河勢(shì)演變受到的人類干預(yù)愈來(lái)愈頻繁。如果嚴(yán)格劃分,自然演變應(yīng)發(fā)生在兩岸無(wú)大堤的條件下,有了大堤以后或多或少都屬于人為影響下的河勢(shì)演變。從河勢(shì)演變的特點(diǎn)來(lái)說(shuō),可以20世紀(jì)60年代為界來(lái)分析研究人為干預(yù)影響較大和自然演變情況下的游蕩型河段河勢(shì)演變規(guī)律。游蕩型河段的自然演變過(guò)程多表現(xiàn)為主槽寬淺,溜勢(shì)散亂。主槽的淤積或沖刷愈頻繁劇烈,自然河槽邊界的可動(dòng)性愈強(qiáng)。在無(wú)工程控制的情況下,河床形態(tài)愈寬淺,比降以及流量、含沙量的變幅愈大,流路持續(xù)穩(wěn)定的時(shí)間愈短。因此,控導(dǎo)主流、控制河勢(shì)、提高河道輸沙能力是黃河下游河道整治的目的。由于游蕩型河段河勢(shì)演變具有復(fù)雜性、多變性和隨機(jī)性,因此對(duì)其演變規(guī)律的研究目前還停留在定性上,缺乏定量分析。根據(jù)多年原型觀測(cè)和模型試驗(yàn)資料分析,黃河下游游蕩型河段河勢(shì)自然演變規(guī)律如下:(1)河勢(shì)的自然演變程度同來(lái)水來(lái)沙變幅成正比。游蕩型河道產(chǎn)生的根本原因是上游來(lái)水來(lái)沙的劇烈變化。在自然邊界條件下,不同的來(lái)水來(lái)沙要求有不同的河床形態(tài)與之相適應(yīng)。上游來(lái)水來(lái)沙的巨大變化,導(dǎo)致河床形態(tài)不斷調(diào)整并反作用于水沙,這種相互作用的結(jié)果造成了河勢(shì)的不斷變化,這種變化同上游來(lái)水來(lái)沙成正比。因此,減小水沙變化幅度是控制下游河勢(shì)向穩(wěn)定方向發(fā)展的基礎(chǔ)。小浪底水庫(kù)的運(yùn)用為調(diào)控水沙提供了有利條件。(2)河床的可動(dòng)性決定河勢(shì)演變的劇烈程度。游蕩型河段河床組成主要為粉細(xì)沙,但來(lái)水來(lái)沙條件和地形條件的不同導(dǎo)致河床沉積物組成的不同,不同沉積物的抗沖能力明顯不同。另外,影響河床可動(dòng)性的另一個(gè)因素是河道比降,在河床比降不變的條件下河床可動(dòng)性和河道比降成反比。因此,在其他條件不變的情況下,河床可動(dòng)性愈強(qiáng),河勢(shì)演變程度愈劇烈。(3)主流線的彎曲系數(shù)、彎道半徑自上而下呈增大趨勢(shì)。由于游蕩型河段河床的穩(wěn)定性自上而下呈增強(qiáng)趨勢(shì),相同水流條件下河岸塌退速度慢,同時(shí)隨著河道比降的沿程減小,水流能量沿程也呈減小趨勢(shì),因此游蕩型河段的下段即東壩頭—高村河段主流線往往能夠保持相對(duì)順直,同時(shí)河灣的曲率半徑也較大。(4)河勢(shì)的演變具有關(guān)聯(lián)性,具體表現(xiàn)為“一彎變、多彎變”。主流線的縱向變化存在明顯的關(guān)聯(lián)性,多表現(xiàn)為上彎河勢(shì)上提,下彎也隨之上提;上彎下挫,下彎也隨之下挫,即同步性。主流線的橫向擺動(dòng)年際間或較長(zhǎng)時(shí)段內(nèi)是波狀的,即主流的擺動(dòng)總表現(xiàn)為左、中、右循環(huán)交替的發(fā)展態(tài)勢(shì),并總是趨向于擺幅的平均位置,從長(zhǎng)時(shí)間看,仍然存在一定的基本流路。這正是制定黃河下游河道整治規(guī)劃治導(dǎo)線的主要參考依據(jù)。(5)主流線有“小水坐彎、大水趨直”的特點(diǎn)。長(zhǎng)期的中小水作用使河灣在橫向易向縱深發(fā)展,在縱向彎頂下移,甚至發(fā)展成Ω、S、M形畸形河灣,導(dǎo)致主流線曲率明顯增大,主流線長(zhǎng)度加大?；魏訛车男纬梢讓?dǎo)致“橫河”、“斜河”的發(fā)生,對(duì)其以下河勢(shì)產(chǎn)生較大影響。因此,今后的游蕩型河段整治必須充分考慮小水河勢(shì)的變化。大、中水動(dòng)力作用強(qiáng),對(duì)河槽的塑造作用大,即所謂的“大水出好河”。但隨之而來(lái)的則是漫灘幾率減小,河槽淤積加大,塌灘嚴(yán)重,河道很快又向?qū)挏\游蕩發(fā)展,為新一輪循環(huán)演變積累和創(chuàng)造條件。因此,如何維持大水沖出的“好