水利工程论文-黄河下游游荡性河道双岸整治方案研究.doc

水利工程论文-黄河下游游荡性河道双岸整治方案研究摘要：作者针对黄河下游游荡性河槽极为宽浅，河床极不稳定，目前的河道整治宽度过大，不利于洪水期控导河势与河床的集中冲刷，必须双岸同时整治，缩窄河宽；从有利于排洪输沙需求出发，应按洪水较顺直河势，因地制宜，因势利导的原则规划流路。两岸同时整治后，在小浪底水库下泄清水冲刷期，可控制滩地坍塌、河槽展宽，使冲刷向纵深方向发展，有利于使河槽过流能力迅速增大。为水库泥沙多年调节排沙期利用洪水集中排沙入海创造条件，使近期作用与远期整治效果紧密结合。形成窄深、归顺、稳定、且有窄槽宽滩的输水输沙通道。关键词：游荡河道双岸整治对口丁坝整治河宽窄槽宽滩早在20世纪30年代德国著名治河专家恩格思教授1，就指出黄河下游游荡河道治理首先是固定中水河槽，其次是刷深河槽。他的治河主张得到众人的认同。沈怡在评述各家治河主张时明确指出1：“因为种种病象均由河无定槽而起，所以如果要治河，必须首先使河槽稳定”，并说“无论何人来治河，都必须这样做”，可见具有稳定的河槽是游荡性河道的治理基础的重要。目前黄河下游游荡性河道治理已由减少游荡范围发展到稳定流路的新阶段，下游河道整治方法也应做出相应调整。改造宽浅游荡河道为窄槽宽滩，窄槽用于输水输沙，宽滩用于滞洪滞沙。充分发挥洪水的造床输沙作用，使河道减淤与稳定流路、防止横河、斜河产生，确保防洪安全紧密结合。黄河下游高村以下河道通过整治，河势基本得到控制。高村以上的游荡性河道，由于河槽极为宽浅整治困难，是目前乃至今后黄河下游河道整治的重点。需要解决的主要问题：(1)整治工程设计要能有效的控导河势，使规划流路得到保证。不要因为入流方向和位置的变化，引起一湾变，湾湾变，造成众多控导工程脱流，工程不断的下延上接，甚至出现钻裆等危险情况。(2)防止小浪底水库清水下泄后，下游河道重蹈三门峡水库覆辙，即塌掉高滩淤出低滩，河道在摆动中下切，但因不能形成高滩深槽，而无法有效地控导流路，所以不能形成稳定的河道。(3)小浪底水库调水调沙运用，可以使洪水挟带更多的泥沙，但不改变河槽形态，以提高输沙能力，就无法充分利用下游河道在洪水期窄深河道泥沙多来多排的特性，从而达到更好的减淤和节省输沙用水的目的。(4)调整因河道整治造成的流路过份弯曲，不利于排洪输沙的局部阻水工程。1小浪底水库运用为下游游荡性河道进一步整治提供了条件(1)在小浪底水库投入运用后，黄河下游花园口站百年一遇洪水为15700m3/s。发生1958年型22300m3/s的洪水，经小浪底等水库调节后花园口站洪峰流量也会小于10000m3/s2。(2)小浪底水库投入运用不仅削减了洪峰，同时也使进入下游的水沙条件发生较大变化3,4。在运用初期水库要淤满220m以下30亿m3堆沙库容，才能利用洪水进行有效排沙，为此在水库运用初期45年内下泄清水，将造成高村以上河段大量冲刷，河道的泄洪能力也随之增大。在以后的相机排沙运用期，平、枯水年水库仍将蓄水拦沙运用，只有在洪水时才有排沙机会。在2002年研究河道整治时设计给出的进入下游的水沙搭配情况表明，有80%90%的泥沙由流量大于2500m3/s的洪水输送。因此适时进行调水调沙，可增大洪水的输沙造床作用，减轻小水小沙造成的河道淤积及其对下游的防洪威胁。目前二级悬河普遍存在的情况下3，因平滩流量太小而造成“小水大灾”的不利局面，可以得到显著、甚至是根本性的改变。洪峰流量的减小和水沙搭配条件的变化，为游荡性河道进一步整治创造了新的条件，水库的调水调沙运用需要游荡性河道整治配合，从而充分发挥小浪底水库调水调沙的作用，进一步把高村以上河段治理成窄深、归顺、稳定的河道。2游荡性河道河势变化规律、河型转化条件2.1水流塑造河槽，河槽约束水流，河型转化条件冲积河流的特性取决于流域因素5,6，来自流域的长期水沙条件，决定了河槽的形态和比降，及河床组成。不同来水来沙条件组合的不同，塑造出不同的河槽形态和比降，从而决定了水流的强弱，形成不同的输沙特性。对于一定的河槽形态，小水淤积、大水冲刷分界流量是确定的。因此，来水来沙条件组合又决定河道的冲淤特性；不同的河槽形态对水流的约束作用不同，又形成不同的演变特性；河床组成的抗冲性与水流的强弱决定了河槽的稳定性，因此形成不同的河型。河型的不同是多因素综合的结果，是河流演变、输沙特性的集中反映。河道的输沙特性与演变特性间存在着密切的联系，其原因是它们都受河槽形态的控制。不同的河型的主要差别是因为它们具有不同的河槽形态，具有窄深河槽的河流，不仅输沙能力强，河道很少淤积，且河势受窄深河槽的约束，河道稳定，多年小水坐弯得以累计，可发展成弯曲性河流。而具有宽浅河槽的河流，不仅输沙能力低，河道强烈堆积，且宽浅河槽无法约束洪水期河势变化，经常发生切滩整直河势，产生难以预料的河势变化和险情，具有随机性，对防洪极为不利。2.2游荡性河道河势变化机理在能量消散过程中，任何具能体总是遵循这样的规律，将它所具有的位能以最快的速度、最短的时间、最大的能量消散率消散，从而达到最稳定状态。游荡性河道的河势变化同样是能量消散规律在起主导作用。由于游荡性河道河槽极为宽浅，河槽对水流的约束作用弱，因此在洪水期改道时形成的河槽总是顺直的，沿着最大比降方向流动，这就是洪水期河势趋直的原因所在；至于河流的弯曲，则是由于小水期受河床上犬牙交错边滩条件的制约，而被迫沿着弯曲的流路流动。3游荡性河道整治必须双岸同时进行目前的一岸整治方案，在控制游荡范围、归顺河势方面起到了一定的作用。但在小浪底水库投入运用后，根据三门峡水库下泄清水的经验和对小浪底水库运用方式的研究，高村以上游荡性河道将发生强烈冲刷，河槽仍很宽浅散乱，无法稳定。3.1游荡性河道特性其一游荡性河道特性是冲积河流中具有比降陡，河床极为不稳定的特性。游荡性河流就像在比降陡的地形条件下没有兴建跌水的不稳定渠道。其二是河槽极为宽浅，随着流量的增加宽深比B/h值增大。黄河干支流典型水文站实测流量与宽深比B/h值间的关系表明，对于游荡性河段而言，随着流量的增大B/h值增大，窄深河槽却相反，随着流量的增大B/h值减小。前者定义为宽浅河槽，后者定义为窄深河槽。它们具有完全不同的演变特性，也是形成不同河型的根本原因。在小浪底水库投入运用后，床沙组成虽然由0.1mm增加到0.2mm，但起动流速没有增加，均处在最容易起动范围内。因此由于游荡性河道其固有原因，比降陡、河床组成易冲，在来水较清的情况下，河床仍很不稳定。3.219601964年与19801985年下泄清水期实测情况根据历史资料分析，三门峡水库1960年9月至1964年10月下泄清水时，在高村以上河段塌滩280km2，平均塌滩宽度1000m。其中，花园口至夹河滩河段塌滩最严重，平均塌滩宽度1181m，其中柳园口至古城河段平均塌滩宽度达2300m。断面资料套绘表明，河床在冲刷过程中，不断的摆动，塌掉二滩、高滩，新淤出是低滩。根据河势的变化与断面套绘分析，主流摆动范围最大达10km，发生在伊洛河口，平均摆动范围3.54.2km。1981年至1985年河槽的摆动范围有所减小，最大摆幅6km，河段平均摆范围23.5km，主要是控导工程的不断兴建控制了河槽的摆动范围。在来水丰、来沙少的1981年至1985年，游荡性河段严重的险情明显增加，最典型是化工、大玉兰工程的钻裆险情(见图1)与北围堤严重险情。由于1982年大水，8月2日小浪底站洪峰流量8520m3/s，主流河势趋中，没有入赵沟弯；加之1983年丰水，流量常在40005000m3/s，在赵沟下首靠河，化工控导工程尾部着流，坐湾引起大玉兰工程上首高滩坍塌后退，大玉兰工程受到抄后路的严重威胁。由此可见，在小浪底水库投入运用后，仍可能发生主流顶冲钻裆形成滩地坐湾、控导工程脱河的严重险情。3.3缩窄河宽有利于冲刷向纵深方向发展，增大平滩流量从增加河道排洪能力与控