泥沙研究资料汇总
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wnb Lv.11
2006年01月14日 15:24:17
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摘要:位山灌区是黄河下游大型引黄灌区,渠系泥沙淤积严重,泥沙处理困难。通过采用远距离输沙、集中处理沉沙区泥沙、分散沉沙和节水减淤等技术措施,减少了渠系的泥沙淤积。对清淤产生的泥沙,采取综合开发利用的技术和管理措施,取得了比较可靠的效果。关键词:引黄灌区;泥沙淤积;处理利用;技术措施1 灌区概况位山灌区是黄河中下游大型引黄灌区之一(见图1),始建于1958年,1962年停灌,1970年复灌。复灌后,经过多次调整,设计灌溉面积由28.8万hm2扩大到36万hm2,引水能力240m3/s,控制山东聊城市五县一市二区、110个乡(镇)、5 243个村庄,灌区总人口383万人,其中农业人口296万人。现实灌面积为30.7万hm2,占全市总耕地面积的55%。

摘要:位山灌区是黄河下游大型引黄灌区,渠系泥沙淤积严重,泥沙处理困难。通过采用远距离输沙、集中处理沉沙区泥沙、分散沉沙和节水减淤等技术措施,减少了渠系的泥沙淤积。对清淤产生的泥沙,采取综合开发利用的技术和管理措施,取得了比较可靠的效果。

关键词:引黄灌区;泥沙淤积;处理利用;技术措施

1 灌区概况

位山灌区是黄河中下游大型引黄灌区之一(见图1),始建于1958年,1962年停灌,1970年复灌。复灌后,经过多次调整,设计灌溉面积由28.8万hm2扩大到36万hm2,引水能力240m3/s,控制山东聊城市五县一市二区、110个乡(镇)、5 243个村庄,灌区总人口383万人,其中农业人口296万人。现实灌面积为30.7万hm2,占全市总耕地面积的55%。

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2006年01月14日 15:25:01
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图1 山东聊城市位山灌区工程示意图

Fig.1 The Sketch map of the project of Weishan Irrigation Region of Liaocheng, Shangdong Province

灌区工程布局按照骨干工程灌排分设,田间工程灌排合一。现有东、西两条输沙渠、两个沉沙区和三条干渠,共有分干渠53条,支渠825条,各类建筑物5000余座,其中,大型调控节制闸12座,渡槽7座。灌区内有徒骇河、马颊河两大骨干排涝河道,流域面积大于100km2的支流32条,各类建筑物近3000座。

引黄济津、引黄入卫工程,均利用位山灌区的西输沙渠、西沉沙区、总干渠、三干渠输水系统,至临清卫运河立交枢纽入河北省,输水长度105km。

灌区自1970年复灌以来,累计引水量276亿m3,输沙量3.9亿t,其中东西两个沉沙区拦沙总量为9 830万t。东沉沙区设有3个沉沙条渠,西沉沙区设有6个沉沙条渠,占地总面积2253hm2。两沉沙区因自然沉沙能力较小,从1983年开始进行了以挖待沉,现已形成高地1200hm2。灌区内的地形为西南高,东北低,坡降较缓,一般地面坡降为1/10000左右,致使灌区输水条件差。灌区复灌30年来,特别是近10年来,灌区淤积分布规律为:输沙渠落淤占20%,沉沙区落淤占30%,干渠占20%,分干支渠占15%,田间占15%。其中,三条干渠落淤分布规律又有所区别,一干渠落淤主要在中游,固堆王闸至二刘闸之间,淤积较为严重,上游兴隆村闸至固堆王闸之间呈现冲刷现象;二干渠淤积主要在上游周店闸(0+000)至四河头(16+000)区间,年落淤量在80~100万m3,中下游淤积相对较小;三干渠淤积主要分布在上中淤周店闸(0+000)至郭庄闸(56+500)区间。冬季引黄入卫输水期间泥沙多淤积在上中游,上游25km特别严重,据实测淤积厚度达到1.8~2.1m,来年春灌时,由于中下游多用提水泵站引水,大量泥沙随之被引走,春灌后,有时还出现渠底冲刷现象。随着“两高一优”农业的开发,城市工业用水的增加,引黄入卫、济津工程的运用,年引水量逐年增加,同时也引进大量泥沙。近几年引沙量均在1 200万m3以上,两个现用沉沙区使用殆尽,泥沙淤积已到了影响灌区持续发展的地步。为了提高灌溉效益,增加灌溉面积,减轻现用池区压力,延长位山灌区使用寿命,经多次论证研究探讨,结合灌区实际情况,提出:“集中沉沙与分散沉沙相结合,自流沉沙与以挖待沉相结合,泥沙开发利用与扶贫相结合”处理泥沙问题的战略构想。

2 泥沙在渠系中淤积的主要原因

位山灌区是黄河中下游大型引黄灌区,由于黄河是举世闻名的多泥沙河流,引水必引沙,造成渠系淤积特别严重,更影响到运用的年限,泥沙在渠系中淤积的主要原因有:

2.1 渠道比降缓、渠床糙率大

位山灌区处于黄河下游平原,由于受地形地貌的制约,渠道比降较缓,东、西输沙渠比降在1/6000~1/7000;一干渠比降1/10000~1/13000;二干渠比降1/14000~1/12000;三干渠比降1/17 000。输水流速慢,挟沙能力低,是造成渠道淤积的主要原因。东、西输沙渠渠底比降虽相对较陡,输水效果理应较好,但因沉沙池口门淤积,壅水顶托,造成输沙渠自下而上的溯源淤积。一干渠马明智节制闸(24+000)至二刘节制闸(35+400)渠底比降仅为1/13000,马明智以上为1/10000,其中固堆王至马明智段有三处较大分干,致使固堆王至二刘段水流不稳,流速变缓,挟沙能力降低,淤积严重。灌区渠道床面土质多为砂壤土,土质松散,波动较大,糙率大,也是影响流速的重要因素。渠道设计面积过大(包括德州地区),又多处借用原废弃河道,弯道多,渠道为宽浅式,也是造成渠道淤积的主要原因。

2.2 引水流量小,流速慢,挟沙能力低

位山灌区各干渠引水流量实际上多数时间都不能在设计状态下运行,东输沙渠设计流量为80m3/s,实际在运行过程中一般仅有40~60m3/s左右。西输沙渠设计流量160m3/s,但大部分时间也不超过100m3/s。现冬季引黄入卫(济津)流量仅有80m3/s,输水时间达3个月之长,达不到设计引水流量就必然使流速、挟沙能力降低,从而导致泥沙的淤积。

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2006年01月14日 15:25:27
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2.3 高含沙汛期引水

位山灌区设计引水条件是黄河含沙量低于20kg/m3。近年来,灌区汛期连续出现干旱,持续时间较长,严重制约着农作物的生长。为了保证农业丰收,灌区即使在黄河汛期最大含沙量高达140kg/m3的情况下,也被迫大量引水,由此带来大量的泥沙淤积。例如,1997年全省大旱,仅西输沙渠就全年引水13亿m3,其中夏灌为6.15亿m3,由此带来的泥沙为1 627万t,其中夏秋灌(高含沙期)达1 047万t,放水过后大规模清淤,清淤量是历年来最高的。

2.4 工程原因

二干渠周店至四河头段,因四河头渡槽阻水严重,该段弯道较多,渠底比降仅为1/14000,是造成该段淤积严重的主要因素。

2.5 引黄入卫输水因素

引黄入卫(济津)输水线路为西输沙渠、三干渠系统,渠底宽度从50m变为12m,比降由1/6000到1/17000,为上大下小渠系。西输沙渠设计流量160m3/s,引黄入卫、济津引水流量只有80~100m3/s,大渠道小流量,输水流速缓,挟沙能力降低,是造成三干渠淤积的主要因素。

2.6 沉沙区地面普遍淤高

位山灌区经过30年的运用,虽经逐年以挖待沉,位于上游的沉沙区地面仍普遍淤高,淤高的结果导致引水闸至沉沙地区间的输沙渠段比降减少,增加淤积,也降低了渠道衬砌后效益的发挥。

2.7 管理不善

在需水季节,特别是黄河枯水时期,上游渠道两侧群众不按轮灌顺序随意提闸放水,从渠中引水是常见现象,特别是旱期更甚,这种乱引水的结果是使主渠道中的水势减弱,含沙量增高,从而促使渠道淤积。再加上各县市用水时间不同,引水量大小变化较大,也造成渠道淤积。

3 泥沙处理对策

3.1 远距离输沙

3.1.1 渠道衬砌

渠道衬砌后渠槽被硬化固定,断面缩窄,糙率减小,相应加大了输水流速,提高了挟沙能力。东输沙渠长15km,衬砌3.7km后,减少淤积约20%,西输沙渠长15km,由于全部进行了衬砌效果更好,当过水流量为125m3/s时,最大流速达2.07m/s,挟沙能力为18.5kg/m3,淤积量比衬砌前减少50%。三干渠衬砌前每年清淤一次,清淤量在80~100万m3左右,1993年上游13km衬砌后,该段至今没有进行清淤,每年春灌后,底部均呈冲刷现象。二干渠由于过水断面宽,弯道多,渠道淤积更为严重,输水能力只能达到设计流量的60%。1998年进行渠道硬化衬砌后输水流速加大,挟沙能力提高,远距离输沙效果显著,工程运行后输水已远远超过设计流量,截止到目前没出现淤积现象,并恢复灌溉面积2万hm2。

3.1.2 干渠兴建提水泵站

位山灌区三干渠由于受地形制约,比降较缓,比降在1/17000,输水流速较小,挟沙能力较低,骨干渠道淤积严重。近年来在干渠沿岸兴建扬水泵站15处,提水能力100m3/s。提水泵站的兴建,缩短灌溉周期,改变了自然输水形态及水面比降,加大了输水流速,提高了挟沙能力,减少了骨干渠道的淤积,达到了远距离输沙、分散沉沙、输沙到田间的效果。每年引黄入卫(济津)输水完成后,根据实测资料分析,三干渠系统淤积在1.5~2m左右,次年春灌后,周店至王堤口衬砌段渠底呈冲刷现象,充分说明了泵站输水作用。目前灌区并在一、二干渠上提倡兴建提水泵站,以达到分散处理泥沙的目的。

3.1.3 高水位、大流量、速灌速停

高水位、大流量是在输水渠道能够承受的前提下,尽量加大输水流量,以便提高输水挟沙能力,远距离输沙,并输沙入田。速灌速停,即提倡集中用水,短期用水,缩短灌溉周期,避免长期引水引沙,如东输沙渠超设计流量引水,年淤积量由过去80万m3减为近几年35万m3。

3.2 集中处理沉沙区泥沙

3.2.1 自然沉沙

自然沉沙多用于低洼地和土壤不好的地方,这种沉沙方式的特点是用工少,施工简单但占地多。根据地形条件和需沉沙数量确定面积,筑一围堤即可运用,沉沙池入口一般不做工程,出口需建拦沙闸,保证泥沙淤积厚度。位山灌区东西两沉沙区在1983年以前,均为自然沉沙方式,目前位山灌区共建有九条沉沙条渠。

3.2.2 以挖待沉

以挖待沉是在沉沙区自然沉沙淤平失去沉沙作用后,再用人工或机械清淤造田,一般高出地面7m左右,形成人造高地。这种沉沙方式的特点是占地少,但用工多。以挖待沉方式位山灌区起源于1983年,由于沉沙区两侧低洼地经当地群众治理,已变为丰产田,新占耕地十分困难,为了减少占用土地,充分利用沉沙空间,根据沉沙规划,有计划地对废旧沉沙池进行以挖待沉,达到相应的沉沙作用。

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2006年01月14日 15:25:53
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3.3 分散沉沙

分散沉沙处理措施是利用干渠、分干渠两侧的较小低洼地,进行泥沙处理。这些洼地生产条件差,产量低而不稳,极易做分散沉沙处理,以便改造土地。

3.4 节水减淤

实行适时引水,集中引水,短期引水,节约灌溉用水,充分利用水资源,减少了灌区的总淤积量。自推行节水减淤以来,灌区少引进泥沙20%以上,既减轻了灌区清淤负担,又解决下游地(市)用水矛盾,起到了事半功倍的效果。

4 泥沙开发利用技术措施

4.1 输沙渠与干渠的泥沙开发利用

一是坚持输沙渠和干渠清淤土达到一定高度后不要再加盖新弃土,而是将计划内待占耕地的表土移盖于弃土之上,然后整平,开发利用弃土高地,主要用于农业种植。二是利用弃土于林、粮间作,根据弃土高地顺渠延伸的特点,原先的植树都是顺渠为行,为下次清淤造成不便,为此改为垂直渠道为行,并加大行矩,缩小株矩,使总植株基本保持不变,减少对下次清淤通行的影响。同时,在树木成林产生遮荫影响之前的三年中,仍可种植农作物,实现了利用效益的长远结合,增加了农民的收入。三是有计划的实行堤外弃土,在确保堤防安全的前提下,允许当地群众有计划的在指定地点取土。这样,既解决了当地村民及地方工业建设的用土,也减轻了清淤的占地损失。

4.2 沉沙池区人工高地的开发利用

4.2.1 盖土压沙,减少环境沙化的影响

堆积高地颗粒组成粗,地势高,冬春季大风来临容易扬起沙土,引起大范围的环境沙化,所以,沉沙池清淤时必须按标准,将高地垫平,盖土厚0.3~0.5m的粘性土,防止起沙。经过数年的耕种,不断施用有机肥,土壤逐渐熟化,团粒结构增加,土层才能固定不起沙。

4.2.2 解决好水利灌溉条件,促使旧池还耕

位山灌区东西沉沙池清淤泥沙堆成的高地,一般土层结构松软,具有漏水漏肥严重的特点,适合发展喷灌和滴灌,也可用“小白龙”软管浇地,黄豆、花生、白薯都能获得较好产量,其它如棉花、玉米、果树都可以种植,经试验,高地上种植优质苹果不但长势好,且起到固土防沙作用。

4.2.3 建设防风林带,改善人工高地区域小气候,起到防风固沙作用

灌区输沙渠、沉沙区必须兴建防沙林带,改善人工高地区域小气候。林带必须乔木、灌木、草类按比例发展,且与果树、种植业配合,起到防风固沙作用,从根本上改善生态环境,才能获得满意的效果。

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2006年01月14日 15:26:12
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4.3 泥沙的综合开发利用

位山灌区近年来,平均每年引进泥沙多达1200万m3,不仅给灌区人民造成沉重的劳务、财政负担,同时也带来严重的环境问题,特别是不断侵占耕地。根据对位山灌区输沙渠、沉沙池淤积泥沙取样化验结果表明,二氧化硅的含量在70%以上,利用此种沙掺和一定的石灰等物质后制成的灰砂砖模块其抗压强度为95.9~176.5kg/cm2,抗折强度为25~40kg/cm2,均符合JC135-75部颁标准,由试验结果可看出,利用引黄淤沙制作建筑用材是可行的。为此,灌区于1992年在东输沙渠附近的刘庄村投资建立了一座年产1000万块灰沙砖的小型灰砂砖厂,于1994年正式投产,其经济效益非常可观。灌区有关部门设想规划至2007年在输沙渠及沉沙池附近建成年产3000万块灰沙砖厂23个,可年产灰沙砖6.9亿块,加气磷厂2个,年产加气磷6万m3,到时每年可利用泥沙约200万m3,初步形成以沉沙区为核心,以引黄淤积沙为主要原料的建材基地,逐步取代目前全市900余座以耕地取土为原料的砖厂,可为全市大量节约耕地。



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2006年01月14日 15:26:33
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三门峡水库典型运用时段黄河下游粗细泥沙的输移和调整规律


摘要:通过对黄河下游实测资料的分析,探讨了三门峡水库不同典型运用时段粗细泥沙的冲淤特点,指出了各典型时段粗细泥沙的输移和调整规律。

关键词:典型时段; 粗细泥沙; 输移; 调整

基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(G1999043604)

1 前言

三门峡水库的建成和运用,改变了下游河道的来水来沙条件,泥沙的输移和调整也出现了新的特色。数十年来,就水沙的组合来看,三门峡水库的运用及其造成的典型的水沙条件可分为:(1)水库蓄水拦沙,持续下泄清水;(2)库水位急剧下降,水库集中排沙;(3)“蓄清排浑”期非汛期下泄清水;及(4)“蓄清排浑”期汛初水库冲刷排沙。本文选取上述典型时段流量比较平稳,沿程变化不大的过程作为研究时段。

对上述四个典型时段黄河下游粗细泥沙的输移和调整进行了分析。

2 清水冲刷下粗细泥沙的冲淤调整

2.1 含沙量的沿程恢复

三门峡至小浪底为峡谷河段,水库下泄清水无法从河床取得补给,至小浪底、铁谢一带仍保持着清水状态。自此以下,水流才能从河床上取得补给,含沙量逐渐增加,含沙量恢复的距离随水库下泄流量的增加而增加,下泄流量在1000m3/s以下时,含沙量恢复距离初期至花园口、夹河滩一带;1000~2000m3/s 时,可以到达高村-艾山;2000m3/s以上时,含沙量恢复的距离达到利津(图1)。


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2006年01月14日 15:26:53
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图1 清水冲刷下全沙含沙量沿程恢复

Fig.1 Recovering of sediment concentration along the river when clear water released from Sanmenxia reservoir

细、中、粗泥沙的恢复程度及恢复距离不同(图2)。细泥沙恢复量小,恢复慢,恢复的距离长。极细泥沙(d<0.01mm )沿程的平均含沙量最大只有2~3kg/m3,即使水库下泄异重流,变化也不大;细泥沙中较粗部分(0.01~0.025mm)恢复后的平均含沙量最大也仅4kg/m3左右。它们一般到艾山甚至利津才能恢复。中、粗泥沙恢复快,恢复的距离短。中泥沙的恢复距离一般在高村附近,其含沙量4~5kg/m3左右。高村以下含沙量略有下降。只有大流量,例如2000m3/s以上,有时恢复距离可达利津,其含沙量不超过8~10kg/m3。粗泥沙恢复距离在高村一带,含沙量4~5kg/m3,比中泥沙略快一些。高村以下含沙量迅速降低。

上述特点是与清水冲刷中不同粒径泥沙补给来源不同有关的。细泥沙来源于滩地冲失,中泥沙少量来自滩地倒塌,大部分来自河床冲刷,粗泥沙则几乎全部来自河床冲刷。河床在清水冲刷下,花园口以上以下切为主,花园口到夹河滩下切和展宽并存,夹河滩到高村河床在下切同时,展宽明显。

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2006年01月14日 15:27:14
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图2 清水冲刷下各粒径组泥沙沿程恢复

Fig.2 Recovering of sediment concentration for different sized sediment along the Lower Yellow River

所以细泥沙补给受到限制,沿程恢复量小,速度慢,中、粗泥沙在河床中大量存在,可供量充沛,可以在相对较短河段内迅速恢复。

2.2 冲刷特点

黄河下游河道在清水持续冲刷下,总的说来,河床组成中各级泥沙通过河床冲刷都对清水提供了补给,表1为1961~1964年5次典型时段清水冲刷下分河段粗细泥沙的冲刷百分比,平均说来,河床冲刷最多的是中泥沙及细泥沙中的较粗部分。就全下游来说,中泥沙的冲刷量占下游总冲刷量的37.1%,细泥沙中的0.01~0.025mm占33.6%。河床冲起的细泥沙中d<0.01mm 的部分主要来自滩地倒塌,来源受限制,另一方面,水流漫及低滩时也要截留一部分,所以,冲刷量仅15.9%。粗泥沙经过高村以下回落以后,冲刷量只及下游总冲刷量的13.4%,其中d>0.1mm 的极粗泥沙从总体上讲不受冲刷。在高村以上河段,情况也大体相同,除了中泥沙及细泥沙中0.01~0.025mm两部分泥沙受到冲刷,其冲刷量分别占到高村以上冲刷总量的36.4%和23.1%外,粗泥沙中的0.05~0.1mm泥沙的冲刷量占30.4%,d>0.1mm的极粗泥沙基本不受冲刷。

当粗泥沙在高村以上冲刷,高村以下淤积时,高村以上冲起的粗泥沙,相当一部分要淤在高村以下河段。这时,河床出现冲细淤粗的现象。上述典型时段内流量沿程变化不大,如果考虑到沿程流量的递减,上述百分比可能会增大。



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2006年01月14日 15:27:34
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表1 清水冲刷下分河段粗细泥沙的冲刷百分比

Table 1 Percentage of different grain sized sediment eroded by clear water(%)

2.3 冲刷量

在清水冲刷中,影响冲刷的因素复杂,包括来水大小及过程,来水的历时,以及河床边界条件。由于选择了流量平稳的时段,来水可用时段平均流量Q代表,河床边界以床沙中径d50代表,于是时段冲刷量ΔWs可表达为

ΔWs=f(Q,T,D) (1)

作为近似,忽略河床粗细化的影响,则

ΔWs=f(Q,T)=f1(W) (2)

即当来水比较平稳时,清水的冲刷量与来水量有关,而与来流量关系不大。图3表示了1961~1964年清水冲刷下黄河下游河道内各粒径泥沙冲刷量与来水总量的关系,除了0.01~0.025mm这一粒径组外,两者都有良好的关系。0.01~0.025mm下面一线是相当于1963、1964年的冲刷关系。由于前期冲刷,河床粗化,床面上0.01~0.025mm粒径组泥沙的可冲量减小,使这一时期的冲刷量也相应减少。由此可见,黄河下游河道清水冲刷,河床粗化过程中,对床面粗化起明显作用的是粒径大于0.025mm的泥沙,粒径小于0.025mm的泥沙基本上都能被冲起带走。粗泥沙在高村以下出现淤积调整,下游的冲刷量反比高村以上的冲刷量小。



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2006年01月14日 15:28:05
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图4 三门峡水库蓄水期利津站不同粒径泥沙出海沙量与水量的关系

Fig.4 Relation between quantity of sediment load and incoming runoff at Lijin station when Sanmenxia reservoir was impounded

2.4 利津出海沙量

三门峡水库下泄的清水,经过下游河道的冲刷调整,在沿程水量变化不大的情况下,通过利津的沙量与来水量之间存在较好的关系,如图4。可以看出,在清水冲刷情况下,通过利津的泥沙中,以中泥沙(0.025~0.05mm)为主,在各级来水量时,约占总沙量的40%~50%;其次为细泥沙中的0.01~0.025mm泥沙,约占20%;粗泥沙中的0.05~0.1mm泥沙占有15%~25%,大于0.1mm的泥沙不到1%。

3 集中排沙期粗细泥沙的淤积规律

3.1 水沙特点

1964年为黄河的大水大沙年,潼关年水量699.3×108m3, 年沙量23.6×108t(水文年),三门峡水库汛期滞洪,汛后库水位下降,形成典型的水库集中排沙。水库下泄流量从当年10月下旬的3500m3/s下降至翌年2月的660~830m3/s;含沙量持续偏大,10月下旬为40kg/m3,11月维持在50~70 kg/m3,12月至翌年2月持续在30kg/m3左右,而泥沙粒径较粗,中径从初期的0.036mm增加到0.05mm左右。这期间下游河道不仅是“小水带大沙”而且是“小水带粗沙”。

3.2 下游河道淤积特点

水库集中排沙初期,水库下泄流量较大,泥沙相对较细,下游河道的淤积量占来沙量的60%~70%,几乎全部淤在高村以上;中后期下泄流量逐渐减小,淤积量占来沙量增大到74%~84% ,淤积部位下延,高村以下的淤积相对增加,约为全河淤积量的30%~40%。

在集中排沙期,各粒径组泥沙的淤积量和部位是不同的。随着下泄流量的减小,水流挟带各种泥沙的能量逐渐减小,粗泥沙在下游河道的淤积量占其来沙量的93%,中泥沙的淤积量占其来沙量的89%,细泥沙的淤积量仅占其来沙量的38% ,淤积下来的主要是粗泥沙和中泥沙。从淤积部位上看,在花园口以上河段,粗泥沙的淤积量占该级泥沙下游河道淤积量的67。4% ,中泥沙的淤积量占该级泥沙下游河道淤积量的58.1% ,这两级泥沙在高村以上河段的淤积量占他们在下游总淤积量的80% 左右,粗、中泥沙淤积部位主要在花园口以上河段,细泥沙主要淤在花园口至高村之间。这种淤积特点与当时的河床形态有关。花园口以上河段经过清水及1964年汛期的大冲刷,河床粗化,比降变平,三门峡集中排下来的较粗泥沙,首先在这里淤积调整。花园口至高村,在1964年期间,河道展宽,汊洲增多,为细泥沙的淤积创造了条件。

水库集中排沙期,河道的淤积量与来沙量有关,而与下泄流量关系不大。由于在此期间各级泥沙大部分淤在高村以上,高村以上各粒径组泥沙的淤积量与其来沙量在双对数纸上呈良好的直线关系(图5)。

4 “蓄清”期非汛期下泄清水期粗细泥沙的冲淤调整

4.1 冲淤调整

三门峡水库非汛期蓄水,下泄清水或含沙量较小的水流,下泄流量除桃汛外,一般都比较小,粗细泥沙的沿程冲淤调整是在汛期水库“排浑”期淤积的基础上进行的,因此,冲刷主要发生于主槽,冲起的泥沙都比较粗。


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2006年01月14日 15:28:32
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图5 三门峡水库集中排沙期高村以上河段淤积量与来沙量的关系

Fig.5 Relations between deposition and incoming sediment load in reach upstream of Gaocun when concentrated flushing of reservoir

以花园口为例,冲出来的泥沙中粗、中泥沙各占30%~40% 左右,中径在0.04mm左右。在清水冲刷下,冲刷距离随流量的增加而增长。当来流量为500m3/s左右时,冲刷发生在花园口以上河段;当来流量在500~1000m3/s时,冲刷范围可达高村;如果遇桃汛,则冲刷可达艾山(1976.3.1~4.30,1985.3.11~3.25),但这期间95% 的冲刷仍然集中在高村以上。在冲刷河段以外河段,普遍发生淤积,泥沙存在明显的“搬家”现象。特别是高村到利津河段,其淤积量约相当于高村以上冲刷量的30%,十分触目。

从不同粒径组泥沙调整来看,来自三门峡水库的清水,经过高村以上的冲刷调整,至高村时水流所携带泥沙中,粗、中、细泥沙约各占1/3左右。如全沙一样,粗、中、细泥沙也存在着“搬家”现象,粗、中泥沙在艾山-利津河段内的淤积量平均约为高村以上冲刷量的43%、38.3%,比全沙的(30%)高,比清水冲刷期的(50%)低。这是“蓄清”期非汛期下泄的流量较小的缘故。上述分析结果表明,即使水流能从高村以上河段冲起粗、中泥沙,但输送粗、中、细泥沙的能力相差较大,输送粗、中泥沙比输送细泥沙更困难。

4.2 高村以上河段桃汛前后输沙能力

“蓄清”期非汛期的冲刷一般到达高村,水库下泄的水量越多,通过高村的沙量也越多。图6所示为高村站的输沙量与来水量的关系。可以看出,桃汛前后同来水量的输沙量不同,桃汛后有明显的减少。水量越大,桃汛后减少越多;泥沙越细,降低也越多。这点也表现在桃汛前后高村以上河段的冲刷上,在同样来水量时,高村以上河段桃汛后的冲刷量明显降低,细泥沙更为明显(图7)。造成这一现象的主要原因是桃汛期的冲刷,一方面冲刷使汛后过水面积增加,流速降低,水流输沙能力减小;另一方面冲刷也使床面粗化,床面上能够被冲起的泥沙减少,特别是床面上含量较少的细泥沙。

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