长江杨家脑至北碾子湾段河床冲淤规律试验研究

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1、长江杨家脑至北碾子湾段河床冲淤规律试验研究陶铭黄莉长江科学院河流研究所摘要：溪洛渡、向家坝与三峡水库联合运用后，坝下游河道的水沙过程进一步调整变化,长江中下游河床将进入新一轮的冲淤变化过程。利用长江防洪实体动床模型试验研究了新水沙条件下，三峡工程建成后至2022年长江中游杨家脑至北碾子湾段河床变形冲淤变化趋势。利用定床模型试验，选取典型洪、枯水流量过程，分别在现状地形和向家坝、溪洛渡与三峡水库联合运用至2022年末地形条件下，预测杨家脑至北碾子湾河段的洪、枯水位和流量的变化情况，分析该河段河床冲淤调整过程对防洪形势和取水工程正常运用的

2、影响，为荆江河道治理、防洪、供水、灌溉等提供技术支撑。关键词：河床冲淤;流量变化;防洪;取水工程;作者简介：陶铭，男，长江科学院河流研究所，工程师.收稿日期:2017-09-15基金：水利部公益性行业科研专项(201401011)Received：2017-09-151研究背景三峡水库蓄水运用后，长期“清水”下泄引起坝下游干流河道长时期的冲淤变化。三峡水库蓄水后，荆江河段的年径流量较蓄水前变化不大，而年输沙量大幅度减少，导致荆江河道河床总体呈现滩槽均冲的状态UL原型观测资料分析表明，2002年10月至2015年10月，荆江河段平滩河槽

3、冲刷泥沙&318亿m,年均冲刷量0.64亿m,远大于三峡水库蓄水前1975^2002年的年均冲刷量0.137亿叽其中，石首河段沿程冲刷更为显著，年均冲刷量(2002^2014年)达0.15亿m3[2]°随着溪洛渡、向家坝等上游梯级水库陆续建成，与三峡水库联合运用后，进入坝下游河道的水沙将进一步发牛调整变化，长江中下游河床准平衡尺度的水沙条件将被打破，下游河道进入新一轮的冲淤变化过程，并将对坝下游河道的水文情势和冲淤变化产生更为深远的影响。本研究基于以上考虑，通过长江防洪实体模型试验，深入开展长江上游梯级水库联合调度下长江屮下游河道演变

4、规律及冲淤变化预测研究。2试验河道2.1河道概况荆江河段位于长江中游，上起枝城，下迄洞庭湖口的城陵矶，全长约347.2km,有松滋口、太平口、藕池口、调弦口（已于1959年建闸封堵）将长江水沙通过分流道进入洞庭湖，并汇集湘、资、沅、澧四水经洞庭湖调蓄后于城陵矶汇入长江，形成复杂的江湖关系，见图1。试验河段位于荆江河段内，主要由浣市河弯、沙市河弯、公安河弯、郝穴河弯、石首河弯及各弯道之间过渡段组成。模型范围上起上荆江火箭洲洲尾（浣2上游630m）,下至北碾子湾（石4）,全长约127.7km。多年来杨家脑至新厂河段河势变化主要发生在顺直过

5、渡段及放宽分汉段，洲滩不稳定、主流线摆幅较大，导致河岸局部发生较剧烈的崩坍;新厂至石首河段河势复杂多变，主要表现为洲滩冲淤消长交替及过渡段主流的频繁摆动。2.2水文特征试验河段的水沙主要来自长江上游干流，其间有支流沮漳河入汇，并有太平口、藕池口分流入洞庭湖。河段干流的水沙变化以沙市水文站为水沙特征代表站，其多年平均径流量为3923亿ni（1950^2013年）,悬移质泥沙多年平均输沙量为4.022亿t（1950^2013年）。He可杨家脑枝城图1荆江江湖关系示意下载原图三峡水库蓄水运用以来(2003^2013年),年径流量较蓄水前多年

6、平均值有所偏枯，减少约4.9%;年输沙量大幅度减少，由三峡水库蓄水运用以前多年平均量4.34亿t减少为蕎水运用后多年平均量0.857亿t,减少约80.3%;年均含沙量也明显小于蓄水以前的多年平均值。白三峡水库蓄水运用以來，由于河床冲刷，悬移质泥沙中粗颗粒与床面细颗粒泥沙的交换，沙市站悬移质泥沙的中值粒径稍有变粗，多年平均粒径由蓄水前的0.012mm变为蓄水后的0.018mmo与三峡水库蓄水运用前(198广2002年)相比，三峡水库蓄水运用后(2003^2013年)，荆江三口分流比均呈减少趋势，分别由幫水运用前的&32%,2.96%和4

7、.11%减少为蓄水后的6.98%、2.24%和2.58%。3动床模型设计与验证3.1模型模拟范围根据《河工模型试验规程》及试验内容要求，该河段的动床模拟范围为马羊洲头部(J27±游1.4km)至北碾子湾附近(J106),全长约121.9km。2.2模型相似条件根据研究内容和试验河段的水沙条件及河床组成情况，采用的模型沙为长江防洪实体模型所用的塑料合成沙，设计容重为1.38t/m,干容重为0.65t/m,确定本动床模型几何相似、水流运动相似以及泥沙运动相似的各项参数见表lo表1动床模型各类比尺汇总下载原表相似条件比尺名称几何相似平面比尺

8、垂直比尺水流运动相似流速比尺糙率比尺流量比尺水流时间比尺泥沙运动相似起动流速比尺粒径比尺沉速比尺含沙量比尺河床变形时间比尺2.3模型验证动床验证试验初始河床地形釆用2008年11月底实测1：10000水下地形制作而成，根