三門(mén)峽水庫(kù)河相關(guān)系初探

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1、三門(mén)峽水庫(kù)河相關(guān)系初探張翠萍(黃河水利科學(xué)研究院，鄭州，450003)摘要三門(mén)峽水庫(kù)蓄清排渾運(yùn)用，汛期庫(kù)區(qū)河道自動(dòng)調(diào)整，具有沖積性河流自動(dòng)調(diào)整的平衡傾向性。本文分析了水庫(kù)造床期，計(jì)算了造床流量，分析了河寬與造床流量的關(guān)系、水庫(kù)縱向剖面的變化。討論了需要開(kāi)展的有關(guān)研究?jī)?nèi)容，建議了調(diào)整運(yùn)用指標(biāo)的方向。關(guān)鍵詞三門(mén)峽水庫(kù)，河相關(guān)系，自動(dòng)調(diào)整，造床流量1三門(mén)峽水庫(kù)河槽自動(dòng)調(diào)整沖積河流自動(dòng)調(diào)節(jié)的最終結(jié)果是力求使來(lái)自上游的水量和沙量能通過(guò)河段下泄。河流保持一定的相對(duì)平衡，這種特點(diǎn)稱(chēng)為沖積河流的“平衡傾向性”[1]。平衡狀態(tài)與水沙條件相對(duì)應(yīng)，在新的水沙等外部

2、條件下，建立新的平衡。河流的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用是河流為適應(yīng)外部條件而采取的一種手段，認(rèn)識(shí)這一調(diào)整作用有助于預(yù)測(cè)與控制河流的發(fā)展方向[2]，更好的服務(wù)于河流治理開(kāi)發(fā)。沖積河流通過(guò)自動(dòng)調(diào)整作用，作為較長(zhǎng)時(shí)期的平均情況來(lái)說(shuō)，有可能處于相對(duì)平衡狀態(tài)，在斷面形態(tài)和縱剖面與流域因素(來(lái)水來(lái)沙及組成)之間應(yīng)該存在某種定量關(guān)系，這種定量關(guān)系一般稱(chēng)為河相關(guān)系[1]。多泥沙河流上修建的水庫(kù)，淤積達(dá)到相對(duì)平衡，庫(kù)區(qū)形成高灘深槽進(jìn)入正常運(yùn)用期，利用槽庫(kù)容非汛期攔蓄清水，汛期利用洪水把非汛期淤積在槽庫(kù)容里的泥沙沖刷出庫(kù)，年內(nèi)泥沙沖淤到達(dá)基本平衡，從而水庫(kù)可以長(zhǎng)期運(yùn)用。如小浪

3、底水庫(kù)今后將利用壩前灘面高程254m以下10.5億m3槽庫(kù)容長(zhǎng)期進(jìn)行調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用。三門(mén)峽水庫(kù)在1973年汛后形成高灘深槽[3]，并一直采用蓄清排渾運(yùn)用方式運(yùn)用，非汛期平均水位在314～318m之間，多年平均316m，汛期平均水位301～306m之間，多年平均304m。汛期水庫(kù)水位降低，特別是洪水期敞泄排沙，庫(kù)區(qū)劇烈沖刷，產(chǎn)生造床作用，河床形態(tài)自動(dòng)調(diào)整，不但使汛期水量通過(guò)庫(kù)段下泄，并力求把汛期以及非汛期的泥沙排往下游。這種自動(dòng)調(diào)整作用也具有平衡傾向性。與沖積河流平衡傾向性的差異在于，沖擊河流全年都處于調(diào)整期，而三門(mén)峽水庫(kù)非汛期受蓄水位約束，自動(dòng)

4、調(diào)整受到限制，河槽單向性淤積，汛期排沙期是河槽自動(dòng)調(diào)整作用期。水庫(kù)運(yùn)用年內(nèi)這種周期變化，在長(zhǎng)時(shí)段內(nèi)也會(huì)形成相對(duì)平衡狀態(tài)，因此，三門(mén)峽水庫(kù)存在河相關(guān)系。認(rèn)識(shí)三門(mén)峽庫(kù)區(qū)河槽的自動(dòng)調(diào)整作用，分析庫(kù)區(qū)造床期、造床流量和斷面形態(tài)，可以更好地服務(wù)于三門(mén)峽水庫(kù)長(zhǎng)期利用。2三門(mén)峽水庫(kù)河相關(guān)系分析2.1水庫(kù)的造床期與造床流量水庫(kù)造床過(guò)程與沖積河道有許多相同之處，也有差別。相同之處是，它們都在一定來(lái)水過(guò)程與來(lái)沙過(guò)程及一定邊界條件下經(jīng)過(guò)反復(fù)沖淤而形成相對(duì)平衡河槽及岸邊灘地。差別在于沖積性河道形成的相對(duì)河槽其水位和流量關(guān)系是相應(yīng)的，全年的沖淤變幅均較小，并且全年均有

5、造床作用，僅僅是大流量造床作用大而已。而在水庫(kù)中形成的相對(duì)河槽其水位和流量關(guān)系是不相應(yīng)的，壩前水位被控制[4]。對(duì)于三門(mén)峽水庫(kù)，非汛期水庫(kù)蓄水，泥沙淤積，這個(gè)階段的作用只是淤積一些泥沙在水庫(kù)中；汛期滯洪期，壅水明顯，水庫(kù)淤積，這一階段對(duì)造床作用也是淤積一些泥沙在水庫(kù)中；以上兩個(gè)階段相當(dāng)于加大造床期的排沙量，對(duì)造床沒(méi)有另外的作用。因此，對(duì)于三門(mén)峽水庫(kù)，汛期降低水位排沙，除滯洪期以外的其它時(shí)段是水庫(kù)的造床期。根據(jù)以上三門(mén)峽水庫(kù)造床期，利用地貌功(geomorphicwork)的概念和三門(mén)峽水庫(kù)出庫(kù)站實(shí)測(cè)資料計(jì)算造床流量?？鄢郎槠谟?jì)算汛期降低水庫(kù)

6、時(shí)間內(nèi)各級(jí)流量的輸沙率和頻率的乘積，繪出流量與輸沙率和頻率乘積的關(guān)系圖，曲線(xiàn)峰值相應(yīng)的流量作為造床流量。曲線(xiàn)出現(xiàn)兩個(gè)峰值，相應(yīng)最大峰值的流量稱(chēng)為第一造床流量，相應(yīng)次大峰值的流量稱(chēng)為第二造床流量。同時(shí)，根據(jù)三門(mén)峽水庫(kù)造床期在水庫(kù)的排沙期，輸沙量最大的流量級(jí)對(duì)造床的作用也最強(qiáng)，把該流量也可認(rèn)為是造床流量。圖1是1973-2006年造床流量變化過(guò)程線(xiàn)。多年平均三門(mén)峽水庫(kù)第一和第二造床流量分別為2800m3/s、1500m3/s，1973-1985年和1986-2006年第一造床流量分別為3160m3/s和2570m3/s,第二造床流量分別為2000

7、m3/s和1170m3/s。輸沙量最大確定的造床流量多年平均為2540m3/s，1973-1985年和1986-2006年分別為3210m3/s和2110m3/s。圖1三門(mén)峽水庫(kù)造床流量2.2河寬變化隨著造床流量的變化，河床橫斷面發(fā)生調(diào)整(圖2)。圖3是庫(kù)區(qū)黃淤22斷面(距大壩河槽間距50.6km)315m高程下面積與河寬變化。河寬從70年代的600m以上到2006年不足400m；1973年汛后河寬661m，2006年汛后364m；1973～1985年平均河寬658m，1986～2006年的457m，河寬縮窄200m以上。315m高程以下河槽

8、面積從1973～1985年3510m2減小至1986～2006年的2860m2，減小650m2。河寬變化是造床流量作用的結(jié)果，造床流量對(duì)河寬的影響有累積效果，河寬對(duì)