黃河下游河勢演變規(guī)律研究

黃河下游河勢演變規(guī)律研究

1不同時(shí)期黃河下游河勢的發(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,河勢出現(xiàn)了許多新情況,歸納起來有以下幾點(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1999年10月下閘蓄水運(yùn)用以來,前5年(2000～2004年)總體來說河勢變化不大,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,河勢逐漸趨于穩(wěn)定。1.2文革時(shí)期1958明確三門峽水庫清水下泄期間,游蕩型河段發(fā)生過2次大的河勢變化,一次是1961年,另一次是1964年。1961年是三門峽水庫下泄清水的第一年,來水來沙條件發(fā)生劇烈變化,下游河勢發(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)段游蕩型河段河勢的變化規(guī)律與三門峽水庫清水下泄期相類似,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,河勢規(guī)順,排洪能力強(qiáng)?？偨Y(jié)不同條件下河勢演變的特征,游蕩型河段河勢演變具有復(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)成了千差萬別的河勢變化影響條件,進(jìn)而導(dǎo)致了復(fù)雜多變的河勢演變過程和形式。游蕩型河段河勢演變的多變性反映了其河勢演變的激烈變化過程和河勢狀態(tài)的不穩(wěn)定程度。(2)河勢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)造成河勢演變趨勢的不確定性。河勢的突變多發(fā)在一場洪水的峰頂附近或洪峰過后的落水期,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)河勢變化毫無規(guī)律可循。(3)河勢的演變與水勢的關(guān)系某一河段與相鄰河段、某一時(shí)段與前后時(shí)段之間的河勢變化有著相互影響、互為因果的密切聯(lián)系。就河勢的演變過程而言,某一時(shí)刻的河勢狀態(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)河勢演變發(fā)展的趨勢。同樣,某一河段河勢的變化必然會(huì)引起相鄰河段河勢的變化。(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,其河勢演變過程就比較簡單且擺幅很小,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)律河勢演變從宏觀上看可以分為人為影響和自然演變兩大類。過去相當(dāng)長時(shí)期內(nèi),河勢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,河勢演變受到的人類干預(yù)愈來愈頻繁。如果嚴(yán)格劃分,自然演變應(yīng)發(fā)生在兩岸無大堤的條件下,有了大堤以后或多或少都屬于人為影響下的河勢演變。從河勢演變的特點(diǎn)來說,可以20世紀(jì)60年代為界來分析研究人為干預(yù)影響較大和自然演變情況下的游蕩型河段河勢演變規(guī)律。游蕩型河段的自然演變過程多表現(xiàn)為主槽寬淺,溜勢散亂。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、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)多年原型觀測和模型試驗(yàn)資料分析,黃河下游游蕩型河段河勢自然演變規(guī)律如下:(1)河勢的自然演變程度同來水來沙變幅成正比。游蕩型河道產(chǎn)生的根本原因是上游來水來沙的劇烈變化。在自然邊界條件下,不同的來水來沙要求有不同的河床形態(tài)與之相適應(yīng)。上游來水來沙的巨大變化,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)果造成了河勢的不斷變化,這種變化同上游來水來沙成正比。因此,減小水沙變化幅度是控制下游河勢向穩(wěn)定方向發(fā)展的基礎(chǔ)。小浪底水庫的運(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,但來水來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。由于游蕩型河段河床的穩(wěn)定性自上而下呈增強(qiáng)趨勢,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,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,并總是趨向于擺幅的平均位置,從長時(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