关于利用对口丁坝整治游荡性河道的研究

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1、关于利用对口丁坝整治游荡性河道的研究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.即使发生1958年型22300m3/s的洪水,经小浪底水库调节后花园口站洪峰流量也会小于10000m3/s[1].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。在运用初期3~5年内水库将下泄清水[2][3],高村以上河段将产生大量冲刷,河道的泄洪能力将逐渐增大。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,只有在中游产生大洪水时才有排沙机会。因此小水挟沙过

2、多对下游河槽造成严重淤积问题在这一时期基本上不会出现。洪峰流量的减小和水沙搭配条件的变化,为游荡性河道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好。游荡性河槽的整治宽度受多方面控制,即泄洪输沙的需求与控导河势的要求。其中输沙的需求与控导河势要求大体上是一致的。过宽虽然利于排洪,但输沙与控导河势的能力较差,因此,必须综合考虑泄洪、排沙与控导河势不同需求,确定合理的整治宽度。早在1922年美国水利工程师费礼门[4]认为黄河

3、下游堤距过宽是治理困难的主要原因,他根据京杭运河与黄河汇口石洼、位山、姜沟三处洪水期,洪峰流量8000~10000m3/s,最大含沙量9%~10%,实测河道断面自行刷深的情况,提出整治河宽为1/3英里的设想。1946年在严恺院士主持下制定了黄河下游治理初步规划[5],下游河道整治宽度定为500m,其主要理由是,黄河山东河道虽然比降小,河宽小,但水深大。认为比降1的窄河段的过洪宽度,在比降2的游荡性河道足够用,建议采用对口丁坝为主的工程措施缩窄游荡性河段,并作了全下游河道整治规划图。葛罗同、萨丹奇、雷

4、巴特[4]对上述治理黄河下游河道初步报告中提出的整治河宽500m表示赞同,认为河宽500m,深5m,尽可能取直的河道具有能输送含沙量达20%河水的能力。50年代后期[6],认为三门峡水库建成后下游防洪问题基本解决,今后的主要任务就是兴利,是在下游梯级开发修建拦河枢纽控制纵向的冲刷和整治河道,以利于引水航运。设计流量为6000m3/s,位山以上河道的整治槽宽定为600m,位山以下定为400~450m.由于三门峡水库改建和下游拦河枢纽破坝,河道整治工程未能实现。1966年张瑞瑾先生提出把黄河下游河道治理

5、成“宽滩窄槽”的设想,并详细的论述这个方针的合理性、实用性。利用窄槽输水输沙,利用宽滩滞洪滞沙,久而久之形成高滩深槽。以上建议由于受历史条件的限制,在当时无法实现,现在小浪底水库建成后,为实施这些建议提供了可能。1.现行设计整治槽宽数值偏大现行黄河下游河道整治规划[8],系根据洪水期主槽平均单宽流量为10m3/s-m,泄量2XXm3/s确定的,过洪宽度为~3km若采用实测平均值,则计算出的B也为实测平均值,在游荡性河段,同一流量的水面宽变化很大,反映河床的不稳定。由于游荡性河道的比降陡,河槽极不稳定

6、,不同来水来沙条件塑造了不同的水面宽,且经常处于变化中,如高含沙洪水塑造的河宽窄,低含沙洪水形成的河宽大,随着水沙条件的变化,河槽宽度经常变化。其二,由于河槽极为宽浅,水深在断面上分布极不均匀,漫滩后水面宽会迅速增加。因此形成游荡性河段,流量与水面宽关系散乱是必然的,不作具体分析采用平均值,确定的整治河宽不尽合理。游荡性河道整治的目的是缩窄河宽、规顺河势,故其宽度应小于自然条件形成的平均水面宽,应是主槽宽度。东坝头以上1200m,东坝头至高村1000m明显偏大。2.窄深河槽具有极大的过洪能力从公式可

7、知,Q与R高次方有关,在B、n、J不变的情况下,水深增大对河道的过洪能力影响最大。表1给出艾山站、泺口站1958年、1976年、1982年实测窄槽的过流能力表明,艾山站在1958年7月21日、22日,在河宽476m、468m,平均水深和的条件下,分别宣泄12300m3/s和12500m3/s洪水;泺口水文站在1958年7月22日、23日主槽宽295m,平均水深和的条件下,通过的洪峰流分别为10100m3/s和11100m3/s.3.游荡性河道的洪水主要通过主槽排泄同样由可知,在河宽、水深,n值相同的

8、条件下,比降由1增加到2,河槽的过流能力增加40%;若泄量控制不变,则水深可减少23%.但由于比降陡的游荡性河道,同流量水面宽远大于窄河道,因此窄深河槽的过洪能力常不引人注意。在宽达几公里的水面中主流带的宽度常只有几百米。表2给出花园口站1958年,主槽宽600m、1000m过流量可达到10000m3/s以上,最大达15022m3/s.占过流总量的70~90%,甚至达到98%.江恩惠等对游荡性河道主槽进行详细研究,认为目前所用河宽偏大[9].文献[9]给出的流量与水面

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