论稳定主槽与调水调沙的治河方略

1、论稳定主槽与调水调沙的治河方略     您正在浏览的土建水利论文是论稳定主槽与调水调沙的治河方略            黄河下游河道是一条受人类影响严重的河道。黄河下游河道整治工程开始于1960年代，经过40余年建设，河道游荡范围有所减小，改善了河势，保护了滩区，减轻了现有堤防工程的防洪压力，对于黄河下游防洪安全起到了积极作用。但游荡性河道河槽宽浅使得对水流的约束作用差，又由于河道经常摆动，河床中淤积的土质、耐冲的黏土夾层与易冲的粉沙分

2、布十分复杂，因此造成游荡性河道河势变化的随机性。当洪水试图沿着最大比降方向流动时，若遇到阻水挡水物时就被迫改变流向，这也是产生横河、斜河的主要原因。小浪底水库1999年投入使用，至2004年底，已使黄河下游河道全线发生了冲刷，全河共冲刷泥沙6.52亿米3，其中高村以上的游荡河段冲刷了5.22亿米3，流量2000米3/秒，花园口站水位下降1.5米，夹河滩、高村站分別下降0.67米和0.91米。但近年经常发生主流顶冲钻档，形成滩地坐湾、控导工程脱河的严重险情。2003年主流顶冲汉王城，王庵、贯台、蔡集等多处出现畸形河湾，致使河段中形成不利流路而需频繁地抢险，影响最大的蔡集出险就是这样造成的。200

3、3年6月，在蔡集工程上游1000多米处主流遇黏土抗冲层后开始坐弯，形成畸形河势，在中水流量长时间作用下，引起河势不断下挫，并右倒直冲蔡集34、35坝，造成蔡集工程出大险，直至冲垮生产堤。因此，针对黄河出现的一些新情况需要对治黄方略进行新的思考。宽河固堤与窄河固堤的历史背景科学技术在不断发展，人们对黄河泥沙输移规律认识不断深入，治黄方略或主张也在不断地更新。明朝万历年间，潘季驯提出了束水攻沙的主张，修建堤防减少洪水的淹没范围，排洪输沙入海，但在当时的历史条件下无法实施。1965年，钱宁针对束水攻沙的治河思想指出，要把全部泥沙输入大海，使各级流量挟沙不淤，在平滩流量5000米3/秒时，河宽要为51

4、2米。显然,在来水来沙条件没有改变之前，把几公里宽河道缩窄到半公里，在技术上谈何容易。新中国成立之后，在洪水泥沙没有得到有效控制的情况下，执行宽河固堤的政策，无疑是正确的。1958年，依靠黄河下游河道上宽下窄的河道特性，战胜了当年的特大洪水，为艾山以下窄河段的安全排洪入海创造了条件。黄河下游宽河段采用微弯整治是基于多年游荡河道上的防洪抢险经验，认为两条大堤之间是洪水的淹没范围，生产堤存在是产生二级悬河的主要原因，因而要坚决破除生产堤，实施宽河定槽，且弯曲性河道较为稳定。三门峡、小浪底等干支流大型水库的投入运用，使下游大洪水也得到一定控制，进入下游洪水的峰与量也相应地减小，如果再发生类似于195

5、8年的特大洪水，经过水库调节后，花园口站洪峰将降至9600米3/秒。尤其是小浪底水利枢纽的建成，不管黄河中游来水来沙如何变化，都要通过小浪底水库调节进入下游，按泥沙多年调节运用，可以使绝大部分泥沙调节到洪水期输送，河槽淤积将得到进一步的控制，也使得实施窄河固堤治河思想的条件逐渐具备。需要说明的是“窄河”固堤若只是把大堤的间距缩窄了，过水的河槽仍是宽浅的，则无法稳定主槽与提高河道的输沙能力，仍不能解决下游河道存在的主要问题。窄深河槽的输沙与泄洪窄深河槽的输沙潜力1960年代，麦乔威、赵业安、潘贤娣等人发现黄河下游洪水期输沙特性存在着窄深河道多来多排、宽浅河道多来多排多淤、主槽多来多排而滩地多淤等

6、情况。因此产生调水调沙的思想，即利用洪水输沙能力大的特性，多输沙入海，少淤积河道。然而经过多次调节计算结果表明，河道并不能减少泥沙淤积。到1980年代，对黄河干支流主要河段的输沙特性的对比分析研究表明，控制河道输沙效率的主要因素是河槽形态，因此要想提高宽浅河道的输沙能力首先要改造河槽形态。钱宁开创的高含沙水流的特性研究表明，由于黄河泥沙组成比较细，含沙量的增加，引起流体的黏性增加，使粗颗粒的沉速大幅度降低，含沙量在垂线上的分布更加均匀，而河床对水流的阻力并没有增加，仍可利用曼宁公式进行水力计算。因此利用高含沙水流特性输沙是一种比较理想的技术途径，为小浪底水库进行泥沙多年调节、利用洪水排沙入海提

7、供了可能。洪水非恒定可造成河道长距冲刷根据对冲积河道实测资料的分析, 河槽水力几何形态, 动床阻力特性, 床沙与悬沙不同的水力特性与冲淤特性之间的密切关系, 阐明了造成窄深河槽“多来多排”的力学基础。床面在高输沙动平整状态时，河床处在多来多排的输沙状态。洪水非恒定是造成涨冲落淤的原因,河床的冲淤取决于作用河床底部剪力的变化,而与输沙的强度大小并无直接关系,直径0.050.1毫米的粗泥沙在洪水期也能被顺利输送。由于底沙的运动状况决定了河床的冲刷或淤积，其运动速度远小于洪水波的传播速度，因此洪水在几百公里，甚至上千公里长，且比降变化相差十倍的冲积河道中均可产生强烈冲刷。窄深河槽具有很强泄洪能力河水

8、流量与水深高次方相关，在河宽、糙率、比降不变的情况下，水深增大对河道的过洪能力影响最大。从花园口站实测主槽的过流能力表明，在1977年经过7月和8月两场高含沙洪水塑造，8月8日花园口站实测的主槽宽467米、483米，相应水深为5.4米、5.3米，平均流速3.85米/秒、3.73米/秒，过流量达到8980米3/秒和9540米3/秒。由此可见，主槽的过流能力很大，只要能保持较大的水深，泄洪要求的河宽并不是很大。造成窄深河槽输水能力强的主要原因是单宽泄量和水深的高次方有关，在河宽不变的情况下,水深的绝对值越大,水位涨率越小，因此形成随着流量的增大，水位的涨势趋缓的水位流量关系。在冲积河道中，随着流量

9、增大，水面宽会略有增加，加之河床不断冲深，水位涨率在高水期会更加平缓。窄深河槽的泄洪机理洪水在黄河冲积河床中流过，随着洪峰流量的上涨，不仅水位上升，同时河床也不断被刷深，使得河道的过流能力迅速增加。不仅低含沙洪水如此，高含沙洪水也是如此。河床刷深、水深增加对过洪能力的影响往往大于水位抬升的影响。甚至由于河床剧烈的刷深，使得洪水位反而大幅度降低。在涨水的过程中,水流要从河床中不断地补给底沙。随着洪水的上涨，水深增加,作用河床底部剪力增大,底沙的输送强度增加，河床不断冲深。在最大洪峰时,作用在床面上的剪力最大，底沙输沙强度最大，在最大洪峰稍后河床高程达到最低。落水过程中作用在床面上剪力减小，床面上

10、的输沙强度渐渐变弱，河床不断淤积抬高。从1958年花园口站水位流量关系可发现，流量从5000米3/秒涨到15 000米3/秒时，水位只升1米，河床平均冲深1.83米，而主槽的平均水深却由1.99米增加到4.82米，水深增长的幅度远大于水位的增幅。同一年，在泺口站的实测数据为，流量从5000米3/秒增长10 000米3/秒时，水位升高2.95米，平均河底高程冲深3.45米，但主槽平均水深由6.70米增加到13.1米，也远大于水位的升高值。最大水深由8.9米增至18.1米，增加了9.2米，水深增大幅度也远大于水位升幅。水库泥沙多年调节黄河干支流大型水利枢纽的投入运用，完全改变了下游来水来沙的自然过

11、程。游荡性河道经常处于小水挟沙过多状态中，河槽连年淤积而不能摆动是造成二级悬河的根本原因。通过洪水期河床冲刷与滩地清水回归主槽过程分析，说明主槽冲刷与漫滩淤积间没有必然联系，洪水不漫滩河槽仍可发生冲刷。因此，调节水沙搭配，控制主槽淤积是解决问题的关键。在黄河“八五”攻关中，首次对小浪底水库泥沙多年调节，利用洪水排沙运用方案进行了较详细的方案计算，初步制定了水库运用原则。因此，小浪底水库的运用方式由初期的削减高含沙洪水发展到利用洪水排沙。水库水位骤降，淤土易滑动的固有特性是形成高含沙水流的力学基础，水库虽然有大小，但淤土的性质是相似的。由三门峡水库2003年汛初泄空后资料分析，期间可产生每立方米

12、几公斤的高含沙水流，为充分利用下游河道在洪水期的输沙潜力多输沙入海提供了可能。近年来的深入研究表明，利用小浪底水库进行泥沙多年调节，可使黄河水资源得到充分的利用，输沙用水较规划的200亿240亿米3,可节省3/4，且均排在小浪底无法调节利用的丰水年洪水期,平、枯水年份取消输沙用水。三门峡与小浪底水库联合运用可提前放空小浪底水库，大幅度提高了泄空冲刷效率。双岸整治方案的治理目标游荡性河道之所以难治的根本原因是河槽极为宽浅，无法约束水流，因此造成游荡性河势变化的随机性，不能使小水坐弯得以多年累积而发展成弯曲性河流，也是造成横河、斜河、钻裆等险情的主要原因。有了稳定的中水河槽不仅可以控导河势，同时可

13、以提高河道的输沙能力，多输沙入海。游荡性河段比降陡，河床物质抗冲性极差，无法通过河床自动调整达到河岸的稳定，而双岸整治在清水冲刷期起护滩作用，使冲刷向纵深方向发展。其整治河宽是根据排洪需要与排沙时河槽不淤积需求确定，按洪水流路规划双岸整治，以利于排洪输沙。例如，要使得小浪底水库利用3000米3/秒的洪水排沙时河槽不会淤积，需整治河宽600米。在滩区建横堤，分段滞蓄洪水，防止出现走一路淹一路的情况，以减少洪水漫滩造成的淹没损失。双岸整治的治理目标是形成窄槽宽滩，窄槽用于排洪输沙，宽滩用于特大洪水时滞洪削峰。若主槽能迅速刷深，漫滩机会大幅减少，宽河的必要性自然逐渐削弱。通过花园口至夹河滩100公里

14、河段双岸整治动床模型试验探讨了可行性及整治效果。研究认为，在黄委会设计院提供的15年来小浪底水库泥沙多年调节的运用条件下，试验河段整治河宽采用600米，能够在35年的清水冲刷时间里，控制滩地的坍塌、河槽展宽，河势流路达到稳定，平滩流量由试验前期的30004000米3/秒增大到6000米3/秒以上。在清水冲刷，洪水输沙，少量小水挟沙的共同作用下，实现了河段输沙基本平衡，为主动减灾、河床不抬高创造了条件。由于平滩流量迅速增加，洪水的漫滩机会减少，河槽对洪水河势的控导作用增强，在动床模型试验中，对于百年一遇的洪水，仍能有效地控导河势，确保特大洪水时的防洪安全。黄河下游花园口东大坝至马渡河段基本上按规

15、划流路行河，河势流路相对稳定，尤其是双井至来童寨河段最为稳定,近15年来河势无变化。主要是双井下首对岸有黏土组成的胶泥咀，经实地取样分析为粒径0.0035毫米黏土，与双井工程形成一对节点，控制出流方向，在洪水漫滩时滩地逐渐淤高，洪水冲刷河槽，才使得双井至来童寨以下10多公里河道得以形成600米宽的稳定河槽，可作为双岸整治工程控制河势流路的成功实例。2002年黄河整治研究组通过对不同整治方案研究，认为对于整治河宽取600至800米，游荡性河道整治必须两岸兴建工程，流路才能得到有效控制。微弯整治期望缩小游荡范围，在宽河固堤思想指导下追求的是平面弯曲;双岸整治是追求稳定主槽、形成窄深河槽，增大游荡性

16、河道洪水期的输沙能力，河槽尽量少淤。对于双岸整治方案而言，整治河宽的减小，可以增大单宽流量，增加河槽的输沙能力;而微弯整治方案，规划的流路更加弯曲，不利于输沙排洪。稳定主槽与调水调沙是治黄全局的需要1950年代曾提出过正本清源的治黄方略。然而，几十年的治黄实践说明，黄河不可能清，也没有必要清。说不可能清，是对水土保持的长期性、复杂性、艰巨性应有充分的认识。说没有必要清，是黄河下游河道存在着很大的输沙潜力。水土保持完全生效后，黄河年均来沙量仍有8亿吨，利用河道输沙入海是治黄中一项长期而艰巨的重要任务。为了实现   您正在浏览的土建水利论文是论稳定主槽与调水调沙的治河方略

17、60;           黄河下游河道不抬高，首先要改变进入下游的水沙搭配，这是治理下游的前提，其作用往往不引人注意，如三门峡水库运用“蓄清排浑”避免了非汛期小水挟沙后淤槽，有利于中水河槽的形成。但是三门峡水库的“蓄清排浑”作用是有限的，尤其不能适应黄河水沙变化的发展趋势，也不能充分利用下游河道可能达到的输沙潜力输沙入海，黄河的水资源也不能得到充分合理的利用。小浪底水库进行泥沙多年调节运用的作用，远大于三门峡水库“蓄清排浑”的作用，也是进行进一步整治游荡性河道的根据。主槽稳定了才能保

18、证防洪的安全，形成了窄深河槽才能提高河道的输沙能力，从而达到更好的减淤目的。主槽过流能力增大了，洪水漫滩机会才会减少，把游荡性河道改造成窄深、归顺、稳定的高效排洪输沙通道是唯一的选择。社会在发展，人们对黄河洪水泥沙的输移规律的认识逐渐加深，黄河上中游的水沙调控体系的建成，治黄方略必然会向前发展，使黄河水资源得到合理充分利用。黄河下游游荡性河道却无槽是种种危害的根源所在，稳定主槽是治河的首要任务，只有先稳定了主槽，才能保证防洪的安全。双岸整治方案基于小浪底水库的建成和窄深河槽具有极强的泄洪输沙潜力，是稳定主槽、防止清水冲刷塌滩和形成窄深河槽的有效措施。通过水库调水调沙，充分利用洪水输沙，控制河槽淤积，增加主河槽的过洪能力，减少洪水漫滩机率，才有可能达到河床不抬高。稳定主槽与调水调沙是相互依存和紧密相连的，只有相互配合才能形成高效的排洪输沙通道，并得到充分的利用。 钱宁，周文浩.黄河下游河床演变.北京：科学出版社，1965. 麦乔威，赵业安，潘贤娣.多沙河流拦沙水库下游河床演变计算方法/麦乔威论文集.郑州：黄河水利出版社 ,1995:96.3 齐璞.黄河高含沙量洪水输移特性及其河床形成.水利学报，1982(8):36-45.4 钱正英.修订治黄规划，引导治黄事业走上新台阶/钱