三門峽水庫河相關系初探

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1、三門峽水庫河相關系初探張翠萍(黃河水利科學研究院，鄭州，450003)摘要三門峽水庫蓄清排渾運用，汛期庫區(qū)河道自動調(diào)整，具有沖積性河流自動調(diào)整的平衡傾向性。本文分析了水庫造床期，計算了造床流量，分析了河寬與造床流量的關系、水庫縱向剖面的變化。討論了需要開展的有關研究內(nèi)容，建議了調(diào)整運用指標的方向。關鍵詞三門峽水庫，河相關系，自動調(diào)整，造床流量1三門峽水庫河槽自動調(diào)整沖積河流自動調(diào)節(jié)的最終結果是力求使來自上游的水量和沙量能通過河段下泄。河流保持一定的相對平衡，這種特點稱為沖積河流的“平衡傾向性”[1]。平衡狀態(tài)與水沙條件相對應，在新的水沙等外部

2、條件下，建立新的平衡。河流的自動調(diào)節(jié)作用是河流為適應外部條件而采取的一種手段，認識這一調(diào)整作用有助于預測與控制河流的發(fā)展方向[2]，更好的服務于河流治理開發(fā)。沖積河流通過自動調(diào)整作用，作為較長時期的平均情況來說，有可能處于相對平衡狀態(tài)，在斷面形態(tài)和縱剖面與流域因素(來水來沙及組成)之間應該存在某種定量關系，這種定量關系一般稱為河相關系[1]。多泥沙河流上修建的水庫，淤積達到相對平衡，庫區(qū)形成高灘深槽進入正常運用期，利用槽庫容非汛期攔蓄清水，汛期利用洪水把非汛期淤積在槽庫容里的泥沙沖刷出庫，年內(nèi)泥沙沖淤到達基本平衡，從而水庫可以長期運用。如小浪

3、底水庫今后將利用壩前灘面高程254m以下10.5億m3槽庫容長期進行調(diào)水調(diào)沙運用。三門峽水庫在1973年汛后形成高灘深槽[3]，并一直采用蓄清排渾運用方式運用，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。汛期水庫水位降低，特別是洪水期敞泄排沙，庫區(qū)劇烈沖刷，產(chǎn)生造床作用，河床形態(tài)自動調(diào)整，不但使汛期水量通過庫段下泄，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，而三門峽水庫非汛期受蓄水位約束，自動

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調(diào)整作用期。水庫運用年內(nèi)這種周期變化，在長時段內(nèi)也會形成相對平衡狀態(tài)，因此，三門峽水庫存在河相關系。認識三門峽庫區(qū)河槽的自動調(diào)整作用，分析庫區(qū)造床期、造床流量和斷面形態(tài)，可以更好地服務于三門峽水庫長期利用。2三門峽水庫河相關系分析2.1水庫的造床期與造床流量水庫造床過程與沖積河道有許多相同之處，也有差別。相同之處是，它們都在一定來水過程與來沙過程及一定邊界條件下經(jīng)過反復沖淤而形成相對平衡河槽及岸邊灘地。差別在于沖積性河道形成的相對河槽其水位和流量關系是相應的，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。而在水庫中形成的相對河槽其水位和流量關系是不相應的，壩前水位被控制[4]。對于三門峽水庫，非汛期水庫蓄水，泥沙淤積，這個階段的作用只是淤積一些泥沙在水庫中；汛期滯洪期，壅水明顯，水庫淤積，這一階段對造床作用也是淤積一些泥沙在水庫中；以上兩個階段相當于加大造床期的排沙量，對造床沒有另外的作用。因此，對于三門峽水庫，汛期降低水位排沙，除滯洪期以外的其它時段是水庫的造床期。根據(jù)以上三門峽水庫造床期，利用地貌功(geomorphicwork)的概念和三門峽水庫出庫站實測資料計算造床流量?？鄢郎槠谟嬎阊雌诮档退畮?/p>

6、時間內(nèi)各級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系圖，曲線峰值相應的流量作為造床流量。曲線出現(xiàn)兩個峰值，相應最大峰值的流量稱為第一造床流量，相應次大峰值的流量稱為第二造床流量。同時，根據(jù)三門峽水庫造床期在水庫的排沙期，輸沙量最大的流量級對造床的作用也最強，把該流量也可認為是造床流量。圖1是1973-2006年造床流量變化過程線。多年平均三門峽水庫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1三門峽水庫造床流量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果，造床流量對河寬的影響有累積效果，河寬對