橡胶坝底座对河流弯道段水沙运动影响的分析

橡胶坝底座对河流弯道段水沙运动影响的分析

　　橡胶坝底座对河流弯道段水沙运动影响的分析摘要：本文以延河人工湖工程为研究对象，对人工渠化河流弯道段修建充水式橡胶坝工程后，橡胶坝底座引起河道水流流态及横向流速分布、河床演变和河道洪水位等水沙运动规律的变化进行了试验研究。试验发现，在橡胶坝工程修建后，橡胶坝底座对坝址上下游一定范围内的河道横断面横向流速分布、河床冲淤变化及河道沿程洪水位均具有一定的影响，影响的程度及范围随着河道洪峰流量的增大而加大；在河道凹岸支流有洪峰入汇的情况下，由于支流的顶托作用，在一定程度上，减弱和消除了橡胶坝底座对水流、泥沙运动规律的影响。关键词：模型试验橡胶坝水流流态河床演变洪水位流速分布1延河及延河人工湖工程概况　　延河是黄河的一级支流，发源于白于山南坡的安塞县镰刀湾，延河人工湖工程位于延安市区延河干流的中游段。延河干流的中游段，上起安塞县龙安村，下至延长县卷烟厂，全长134km，流域面积5414km２，河道平均比降2.35‰；在延安市上游，有支流西川河汇入，在延安市区延河大桥下游200m左右，南川河从延河右岸汇入。南川河河道全长24.2km，平均比降8.5‰，流域面积431km２。　　在延河干流上，距人工湖工程(上游)5km的杨家湾村，从1958年设立杨家湾水文站，后来称为延安水文站。延安水文站控制流域面积3208km２，具有建站以来连续的实测洪水资料。实测资料统计表明：延河属于降雨补给型河流，多年平均降雨量550mm；且降水量年内分配不均，在7、8两月径流量占全年径流总量的40%以上；年际变化也较大，多年平均径流量为1.412亿m3，实测最大年径流量为3.109亿m3(1964年)；多年平均洪峰流量为820m3/s，实测最大洪峰流量为7200m3/s(1977.7.6)；延河又是一条多泥沙河流，流域内植被稀疏，且山高坡陡，洪水暴涨暴落，输沙量年内分配极不均匀，6～9月输沙量占全年输沙总量80%左右，且这4个月内的输沙量往往只是由几次洪水来输移的，个别场次洪水的输沙量可占到全年总输沙量的1/3～1/2；多年平均侵蚀模数1.4万t/km2，多年最大侵蚀模数4.26万t/km2(1977年)；多年平均含沙量314.2kg/m３，最大含沙量1560kg/m３；多年平均悬移质输沙量4480万t，推移质无实测资料。\n　　在西川河支流上，距人工湖工程(上游)14km的枣园，从1971年设立枣园水文站，枣园水文站控制流域面积719km２。据枣园水文站1971年～1989年19年的统计资料分析：枣园水文站多年平均径流量2478万m3，多年平均输沙量407.13万t；且水沙量年内分配不均匀，尤其是沙量年内分配极不均匀，7、8两月水量、沙量分别占全年总量的45%和80%以上，6～9月沙量占全年总量的98%以上。　　南川河无水沙实测资料。　　在延安市区内，延河及南川河均是人工渠化的砌石护坡河段，边坡比为1∶0.2～1∶0.5。市区内延河河宽一般为120～150m，最窄处80m，河床床面与堤顶间的高差约7～9m，河道比降大，洪水期河槽平均流速在4m/s以上，水流冲刷力强，河床泥沙级配较粗。据延河大桥到坝址之间河床现场取样分析结果可知，河床中值粒径32mm，最大粒径在300mm以上。　　延河人工湖橡胶坝坝址选在宝塔山脚下的延河大桥下游约320m处，处于延河弯道末端，上游100m左右为延河与南川河交汇区。据设计3.3橡胶坝底座对河道各级频率洪峰流量沿程洪水位影响的分析　　从模型测验结果可知，各级频率洪峰流量的试验结果均有几个共同特征：其一，在坝下游450m的嘉岭桥断面，工程修建前后的同级洪峰流量的洪水位基本一致；其二，在延河与南川河汇流区下游，延河河道为弯道段，因此其右岸水位均高于左岸水位；其三，在弯道凹岸，每股水流顶冲点附近的水位明显高于其上下游水位；其四，S30断面为一特殊断面，其右岸水位基本上均高于其上游S28及S27断面右岸水位；而其左岸处于凸岸弯道转折点，因而其左岸水位基本上均低于其下游S31断面左岸水位；其五，在橡胶坝下游的一定范围内，工程修建后的各级频率洪峰流量的洪水位一般均低于工程修建前的同流量洪水位；在橡胶坝上游一定范围内，工程修建后的各级频率洪峰流量的洪水位一般均较工程修建前的同级流量洪水位具有不同程度的抬高。3.3.1在南川河无洪峰入汇的情况下，橡胶坝底座致使各级频率洪峰流量的水位抬高值在坝上游50～80m达到最大，并由此向上游沿程递减；且坝上游水位抬高值及回水影响范围随着流量的增大而增大。在二十年一遇洪峰流量(3800m3/s)时，坝上游洪水位最大抬高0.3m，回水影响范围到坝上游300m左右；在三十年一遇洪峰流量(4700m3/s)时，坝上游洪水位最大抬高0.3～0.5m，回水影响范围到坝上游700m左右；在五十年一遇洪峰流量(5400m3/s)时，坝上游洪水位最大抬高0.6～1.0m，回水影响范围到坝上游1500m左右。\n　　此外，由试验结果可知：延河王家坪大桥(坝址上游1500m左右)上下游河段，即使在工程修建前，也不具备二十年一遇洪水的行洪能力，因此，该试验结果为延安市城区河段堤防工程的规划设计提供了较为可靠的依据。3.3.2在南川河有洪峰入汇的情况下，由于南川河洪峰对延河洪峰的顶托作用，不仅使工程修建前后的水流流态及洪水位趋于平稳(同一侧点的水位波动值明显小于南川河无洪峰入汇时的水位波动值)，而且使延河大桥下游河道中的三股水流明显向左岸偏移，因此，在一定程度上消除和减小了橡胶坝底座对延河洪水位的抬高影响。从延河来流量4700m３/s，南川河同时来流量965m3/s的实测资料来看，坝上游洪水位最大抬高0.2m，回水影响范围还不及延河大桥，较南川河无洪峰入汇情况下的3800m3/s洪峰流量影响还小。4结语　　通过室内模型试验可知，在人工渠化河流弯道段修建橡胶坝底座，虽有其不利之处，但由此使我们得到了一点启示，这就是我们可利用河底修建的工程措施限制和约束河流弯道段凹岸的下切及环流作用，迫使水流向凸岸流动。这对于河道稳定及整治、凸岸引水等方面可以说是一个有益的探索。参考