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水利工程论文-人工放淤是解决黄河下游二级悬河的主要措施.doc

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水利工程论文-人工放淤是解决黄河下游二级悬河的主要措施.doc

水利工程论文人工放淤是解决黄河下游二级悬河的主要措施摘要冲积性河流复式横断面一般都具有一定程度的滩地横比降黄河下游含沙量高,河道淤积严重,滩地横比降大控导工程及生产堤的修建限制了河道摆动范围、减少了滩地淤积,加剧了滩地横比降的发展,夹河滩以下部分河段出现了二级悬河不断加剧的严峻局面。现有河床边界条件下,滩槽水沙交换大幅度减弱,滩地淤积强度降低,单纯依靠自然力量改善下游滩唇高仰、堤跟低洼的局面十分困难。特别是随着下游洪水机遇的减小,洪水漫滩机会更少即使发生大漫滩洪水,由于滩区阻水建筑物较多,难以形成滩区上下游贯通性的流动,入滩水量也仅仅相当于大约一倍的淹没体积,入滩沙量很小,难以造成滩地的大量淤积。只有采取人工放淤,才可能从根本上解决二级悬河问题,以确保下游堤防不发生冲决。关键词人工放淤黄河下游二级悬河措施一、黄河下游河道天然条件下滩地横比降较大1.具有复式横断面的冲积性河流均具有滩地横比降冲积性河流一般具有复式横断面的特点,复式断面由滩地和主槽组成,滩地水流条件较弱,每遇漫滩洪水,滩地发生淤积同时,由于漫水机率和漫滩水流含沙量的不同,近主槽附近的滩地要比远离主槽的滩地淤积厚度偏大,从而在近主槽附近的滩地上形成自然堤(俗称滩唇),致使滩地具有一定程度的横比降。天然条件下,河道横比降在中小漫滩洪水期增大,大漫滩洪水后明显减小,长时期变化不大。2黄河下游河道天然条件下滩地横比降较大黄河下游河道由滩地和河槽组成,具有典型的复式横断面形态。由于河槽的游荡摆动,我们俗称的中水河槽又可以划分为主槽和嫩滩。主槽是排洪输沙的主体,嫩滩是在主槽游荡过程中所形成的低滩(包括边滩和心滩),滩地横比降不明显嫩滩因植被稀少、河床阻力小,也具有较大的排洪输沙能力。下游滩区由于宽度较大、漫滩水流含沙量高,滩地横比降大。特别是夹河滩至孙口河段部分断面滩地横比降可达到万分之五以上,为河道纵比降的3倍甚至更大。滩地横比降较大,使得河槽更易于发生大范围的游荡和摆动。二、黄河下游河道滩地横比降变化特点1.中小漫滩洪水期滩地横比降增大,增加了洪水期堤防冲决的可能黄河下游河道处于强烈的淤积抬升状态,中小洪水和枯水期淤积主要发生在中水河槽里,滩唇附近淤积厚度也较大,而远离主槽的滩地因水流条件较弱,滩槽水沙交换作用不强,淤积厚度较小,致使滩地横比降增大。黄河下游夹河滩至高村河段的杨小寨断面(图1)自1958年汛后至1982年汛后滩唇附近淤积抬升约1m,特别是原河槽中的嫩滩部分淤高近2m,而堤河附近淤积很少,滩面横比降由1958年汛后的300增大为1982年汛后的600。当河槽淤积达到一定程度后,由于河岸边界约束不强,随着溜势的改变极易造成河槽大幅度摆动,形成横河、斜河甚至滚河,直接威胁堤防安全。尤其是遭遇较大洪水的条件下,主流顶冲大堤、在堤河低洼地带顺堤行洪,极易造成堤防的冲决。图1黄河下游河道杨小寨横断面变化2.大漫滩洪水期滩地横比降减小,淤滩刷槽使得滩槽趋于同步抬升天然条件下,尽管大漫滩洪水滩地过流、顺堤行洪,给下游防洪造成极大的困难。但从河床演变的角度来看,河槽的游荡摆动和大漫滩洪水期顺堤行洪,使得泥沙淤积在横断面上分布较为均匀,遏制了滩地横比降的发展。尤其是堤河低洼地带在漫滩洪水期间由于过流量大,滩槽水沙交换频繁,能够发生大量淤积、淤积厚度较大,有效减小了滩地横比降。1958年大水期间,杨小寨断面堤河附近淤积厚度超过1m,滩面横比降由汛前的500减小为汛后的300(图1)。同时,漫滩洪水主槽明显冲刷,抵消了相当一部分非洪水期的淤积,致使天然条件滩槽长时期趋于同步抬升状态。另外,滩槽同步淤积,铺沙范围增大,增加了宽河段的滞沙作用,对减少艾山以下窄河道的淤积具有积极的影响。天然条件下滩地淤积较多,主要是滩槽水沙交换频繁、入滩水量大、含沙量高(与大河含沙量接近)造成的。假定入滩含沙量等于大河含沙量、出滩含沙量为0,那么,基于滩地淤积与输沙量的平衡,可以求得滩槽水沙交换次数N与滩地平均淤积厚度Zb(m)具有如下关系N1400Zb/HS其中,H和S分别为滩区水深(m)和含沙量(kg/m3),1958年长垣滩区堤河附近淤积厚度约1m,按平均水深2.5m,大河含沙量70kg/m3,反求出滩槽水沙交换次数约为8次。实际上,由于滩区天然条件下出滩水流不可能是清水,所以,滩槽水流交换次数应在10次以上。三、河床边界条件的变化加剧了滩地横比降的发展1.生产堤的修建,加剧了滩地横比降的发展,但对不同量级漫滩洪水的影响差异较大生产堤的修建,加剧了滩地横比降的发展,但不同漫滩洪水情况下的影响程度差异很大。天然条件下的中小漫滩洪水,入滩水流少、含沙量低、滩槽水沙交换较弱,生产堤存在与否对河道冲淤及滩地横比降的影响不大。即使没有生产堤,因滩区分流比例较少,也难以造成滩区尤其是远离河槽的堤河低洼地带的大量淤积,影响范围主要集中在近生产堤附近的滩面上,对滩地横比降总体影响较小。相反,生产堤的存在对中小洪水具有一定的约束作用,水流集中,对河道的排洪输沙具有一定的有利影响主槽(深槽)冲刷作用可能会有所增强。但对于大漫滩洪水的影响则截然不同,控导工程和生产堤的存在对滩槽水流交换具有较大的影响。滩区淤积量的明显减少,加剧了滩地横比降的发展。使得滩唇高仰、堤根低洼的局面进一步加剧。大大增大了生产堤决口后,水流沿滩区最大比降(纵向和横向比降合成后的比降)方向、或沿着滩区串沟、汊河方向直冲大堤、造成冲决的可能性。如果没有生产堤,也存在堤防冲决的可能,但由于滩区漫水早、滩区水位随大河水位的上涨而近乎同步抬升,对大堤的冲击强度相对较弱。2.河道整治工程,控制了流路和入滩水流的流向,加剧了下游滩地横比降和二级悬河的发展黄河下游河道整治工程,控制了游荡性河道的基本流路,减小了游荡摆动幅度,大大降低了河道出现横河、斜河和堤防冲决的机遇。黄河下游河道整治工程是确保黄河下游堤防不发生冲决的必不可少的基本措施,控导工程一旦失去对主流的控制,极易造成对大堤的顶冲,其后果将是更加灾难性的。为确保长治久安,为有效防止下游河道的冲决,必须进一步加大河道整治工程的建设力度,逐步在全下游形成较为完善的河道整治工程体系。但是,从河道淤积横断面分布的角度来看,控导工程的修建,限制了河槽的游荡摆动范围,加重了河槽的淤积抬升,减少了漫滩洪水期、特别是大漫滩洪水期滩区的淤积,致使河道淤积在横断面上的分布更不均匀,加剧了滩地横比降的发展,甚至在夹河滩以下部分河段形成了二级悬河。

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