汉江丹江口水库下游河床下伏卵石层对河床调整的影响.doc

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1、汉江丹江口水库下游河床下伏卵石层对河床调整的影响摘要：以二十余年的观测资料为基础，对汉江丹江口水库下游河床调整过程中下伏卵石层的作用进行了系统的分析。在沙质河床中存在着下伏卵石层的情况下，卵石层的暴露是使河床下切受到抑制的决定性因素。随着卵石层的暴露，河床糙率将急剧增大，局部河床将不得不采取加大比降的方式进行补偿。当卵石层出露以后，河底抗冲性急剧增大，使得河岸相对于河底的抗冲性大大减小，因而可能出现展宽趋势。关键词：下伏卵石层河床调整汉江1问题的提出受第四纪冰期低海面和冰后期海面升高的影响，世界上和我国东部平原的很多大河出山口后的床面

2、以下都发育了埋藏卵石层。在这些河流上修建水库以后，随着河床冲刷的进行，下伏卵石层可能会逐步暴露，从而对河床调整过程产生深远的影响。迄今为止，国内外尚未对这一问题进行过系统的研究。　　钱宁等[1]对水库下游河床粗化进行了研究，划分出了3种不同的粗化类型，即沙质河床下伏卵石层因冲刷而出露所导致的粗化、卵石夹沙河床的粗化和细沙河床的粗化。对于后两种类型，前人已在永定河和汉江进行过较多的研究[2，3]，并建立了可用于定量估算粗化过程的数学模型[2，4]。在前人的计算和数学模型中，也注意到了具有下伏卵石层的河床中当沙层冲走后的粗化，并讨论了这种

3、粗化对河床调整的影响，但依据实测资料在宏观的尺度上进行系统分析的工作，尚少见于报道。图1汉江中游示意图5HTSSLocationmapshowingstudyarea　　埃及尼罗河上阿斯旺水坝修建以后，大坝下游河段实际上观察到的下切深度仅为0.7m，比不同的研究者所预报的数值(2.0～8.5m)都要小得多，Schumm等认为这与河床以下埋藏着不连续的卵石层有关[5]。由此可见沙质河床下伏卵石层的研究具有重大的工程意义。要对我国三峡水库修建后下游河道的下切深度作出准确的预报，必须对长江河床下伏卵石层的作用进行深入研究。为了进行类比，我们

4、以二十多年的观测资料为基础，运用地貌学方法对汉江丹江口水库下游河床调整过程中下伏卵石层的作用进行了分析。所研究河段示意图见图1。2河床冲刷过程丹江口水库建成于1959年，1960～1967年为滞洪运用，1967年以后为蓄水运用。从丹江口以下，现代汉江河床为沙质河床，床沙中径由0.35～0.45mm逐渐减小到0.20mm。在现代河床之下，埋藏着卵石层，其比降大于现代河床比降，因而其埋藏深度大致向下游增大。卵石层顶面并不规则，具有一定的起伏，故随着冲刷的进行，不同的河段受到卵石层影响的程度是不同的。　　图2中点绘了距大坝8km的黄家港河段

5、的深泓高程随时间的变化。可以看到，在水库滞洪运用阶段(1960～1967年)，河床冲深为3m左右。进入蓄水运用阶段以后，河床迅速冲深，1968～1971年间即达5m左右，平均每年超过1.5m。但从1971年以后，河床冲刷突然变慢，此后深泓高程一直在75.0m上下波动，河床冲刷基本上不再发展。上述情况的形成，除了水库运用方式的变化外，主要是由于受到床沙组成急剧变化的影响。图2建库后黄家港河段深泓高程随时间的变化TemporalvariationinthalwegelevationatHuangjiangangstation3河床冲刷过程

6、中床沙的变化及其对冲刷过程的反馈作用　　为了揭示冲刷过程中河床物质组成的变化及其对冲刷过程的反馈作用，我们在图3中给出了黄家港与傅家寨两个地点1959年和1979年床沙的级配曲线。在1979年的采样中，包括了不同深度上的样品。从图中可以得到下列认识：5图3黄家港和傅家寨河段床沙级配曲线GrainsizedistributionsatHuangjiangangandFujiazaistationsin1959and1979　　(1)黄家港1959年的级配曲线位于粉沙和沙质的范围内，中径为0.35mm，而1979年河床表层的物质则全部位于

7、砾石的范围内，中径为65mm，二者毫无共同之处。显然，到1979年，沙质河床之下的卵石层已经全部暴露出来。傅家寨的情况大致与此类似。　　(2)就1979年河床而论，从表层向下，物质组成逐渐变细，说明在卵石层暴露以后，仍然存在着选择侵蚀，使表层发生明显变化，进而形成粗化层。　　图4(a)中点绘了建库后黄家港河段床沙中径随时间的变化。可以看到，到1968年以前，床沙中径均在0.25～0.50mm之间，略有粗化，但从1968年开始，床沙急剧变粗，在3至4年中床沙中径即达到50mm左右。可以认为这是一种突变现象。这显然表明，从1971年开始，

8、卵石层已经全部暴露出来。卵石层暴露出来以后，因其起动流速远大于沙质粒级，故对于冲刷过程产生了显著的反馈作用，使冲刷迅速受到抑制。将图4(a)与图2相比较，很容易看出，1968～1971年间，在河床下切的同时，床沙急剧变粗