水庫變動回水區(qū)泥沙沖淤特性分析

寇德會

摘要：通過對水庫變動回水區(qū)泥沙沖淤問題研究的現(xiàn)狀、常用方法以及特點進(jìn)行初步分析，展示了航道港口調(diào)整的潛在機(jī)理，初步總結(jié)了水沙條件改變和河段沖淤變化規(guī)律。其分析結(jié)果可為降低變動回水區(qū)的泥沙淤積量及淤沙淺灘的治理帶來一定的參考。

關(guān)鍵詞：變動回水區(qū);泥沙淤積;沖淤特性

1.水庫變動回水區(qū)泥沙沖淤問題研究現(xiàn)狀

水庫變動回水區(qū)是指在一些時間受回水影響、另一些時間回水消失的河段。聯(lián)系到泥沙的沖淤，則在回水影響到一定程度時產(chǎn)生淤積，而當(dāng)回水逐漸消失后又產(chǎn)生沖刷。所以變動回水區(qū)的泥沙并不是單向的淤積，而是有沖有淤，但以淤積為主。之所以淤積為主，主要是是因為在水庫內(nèi)受了一定程度的回水影響，所以總是有一定的累積性淤積。由于淤積的“翹尾巴”，末端不斷上移，所以不僅變動回水區(qū)有累計性的淤積，而且它的范圍也是不斷向上延長的[1]。因此，無論從回水影響或沖淤兩方面看，變動回水區(qū)具有水庫與河道的雙重特性。

20世紀(jì)60年代初長江水利委員開始對水庫長期使用問題進(jìn)行研究[2]，并圍繞三峽工程的泥沙問題，對變動回水區(qū)泥沙沖淤特性及其對防洪、航運的影響與對策進(jìn)行了一系列的研究，取得了一定的成果。而歐美等西方國家的大部分河流在上世紀(jì)三十年代相繼渠化[3]。他們的管理體制是水利、水運一體化，因而樞紐變動回水區(qū)的問題并不突出，并沒有相關(guān)的文獻(xiàn)。

2.常用研究方法

在研究變動回水區(qū)的泥沙淤積時，對原型進(jìn)行觀測和數(shù)據(jù)調(diào)查、對泥沙進(jìn)行物理模型試驗是較為常用的方法，兩種模型觀測方法的研究狀況大致如下所述[1]：

2.1原型觀測調(diào)查

在科學(xué)研究不同河流泥沙的發(fā)展過程中，對其泥沙的原型進(jìn)行觀測和調(diào)查被認(rèn)為是最重要且最直接的科學(xué)研究手段。泥沙原型的觀測和調(diào)查主要目的是通過對該河道進(jìn)行實地勘測、數(shù)據(jù)調(diào)查、測驗、鉆探以及野外相關(guān)試驗，然后對搜集獲取的水文、泥沙、邊界條件以及河床地形等相關(guān)資料，進(jìn)行針對性的整理和分析，從而研究不同河道的沖淤變化規(guī)律和河床地形演變的特性。原型的觀測和調(diào)查主要包含了對樞紐壩址及其上下游河段的水文、泥沙、地形及重點河段河道演變的觀測;床沙組成和河床地質(zhì)的勘測;變動回水區(qū)航道與港區(qū)演變、樞紐通航建筑物及電站運行的泥沙問題，以及水庫下游河床沖刷等方面的調(diào)查[4]。

2.2物理模型試驗

對泥沙進(jìn)行物理模型試驗實際上是按照相似準(zhǔn)則，來構(gòu)建縮尺模型用來模擬水利工程中河道的流動現(xiàn)象和過程以及流動狀態(tài)等，模擬與原有模型相似的工況，再進(jìn)行物理模型觀測，獲取模擬觀測數(shù)據(jù)，然后再按照相似準(zhǔn)則對原有模型進(jìn)行還原，獲得工程設(shè)計所需要的重要數(shù)據(jù)。

長江科學(xué)院以及國內(nèi)相關(guān)水利科研單位于上世紀(jì)50年代就開始利用泥沙實體模型來研究長江河道演變和治理的問題。自上世紀(jì)80年代以來，清華大學(xué)、中國水利水電科學(xué)研究院、長江科學(xué)院、武漢水利水電學(xué)院、南京水利科學(xué)研究院以及天津水運工程科學(xué)研究所就先后構(gòu)建了9座關(guān)于三峽水庫變動回水區(qū)泥沙的物理模型，對其變動回水區(qū)內(nèi)泥沙沖淤對航道港口的影響和治理措施進(jìn)行研究[5]，并取得了一定的成就。

3.變動回水區(qū)的泥沙淤積的特點

3.1推移質(zhì)淤積段特點

（1）卵石推移質(zhì)淤積河段特點

卵石推移質(zhì)淤積是由卵石運動決定的，而卵石的運動特點主要有：運動形式主要以滾動為主;對于一般緩坡的河段，卵石輸沙率一般很小，屬于低輸沙率區(qū);輸砂率一般與流速的高次方成正比;卵石每次運動距離短，停止時間長，因而與床沙交換頻繁。

（2）粗沙、礫石推移質(zhì)淤積段特點

粗沙、礫石運動的一個主要特點是沙波較為發(fā)展，容易形成，而不容易消失。主要原因是他們的起動流速并不很大，而沙波消失速度則很大，因而在一般條件下均能出現(xiàn)沙波運動。

（3）中、細(xì)沙推移質(zhì)淤積段特點

中、細(xì)沙運動特點一是起動流速小，很容易推移，但另一方面沙波又容易消失，另外在一般的水流條件下既能推又能懸，在水庫中淤積時可能以推移為主。而在強烈沖刷是又可能以懸疑為主。

3.2懸移質(zhì)淤積段特點

變動回水區(qū)懸移質(zhì)淤積段由于奎水較高，其淤積特點常與常年回水區(qū)的懸移質(zhì)淤積基本相同，只是在遭受沖刷后，才顯出淤積累計后的特點。例如變動回水區(qū)的懸移質(zhì)淤積，其顆粒相對較粗，因此淤積雖然仍有灘槽之分，但是槽中常常淤積較厚，灘槽差較之天然河道有減小趨勢。另一方面當(dāng)回水消失，原來的懸移質(zhì)淤積物遭受沖刷后，常常是槽中沖刷多，灘上沖刷少，而有加大灘槽差的趨勢并且由于沖刷時多在枯季，流量小，深槽的尺寸常常較小，所以懸移質(zhì)淤積段的一些特點，主要被沖刷控制。

4.結(jié)論與建議

（1）水庫變動回水區(qū)具有水庫和河道的雙重特性。在水庫蓄水期中變動回水區(qū)受奎水影響，水流流速的下降，從而導(dǎo)致泥沙進(jìn)行落淤。當(dāng)水庫水位消落時，變動回水區(qū)自上而下逐漸脫離雍水影響，落淤的泥沙將再次被大流速下的水流進(jìn)行沖刷，最終起動到下游深水區(qū)內(nèi)。

（2）水庫變動回水區(qū)內(nèi)，水位變化極為頻繁，泥沙沖淤不斷交替，其變化幅度均遠(yuǎn)大于天然河流。變動回水區(qū)的泥沙沖淤數(shù)量和沖淤過程主要取決于水庫的運行方式。

（3）泥沙沖淤變化極為復(fù)雜，建議加強對變動回水區(qū)的原型觀測工作，繼續(xù)對重點河段進(jìn)行關(guān)注和重點研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳賢煒，新型水沙條件下三峽水庫重慶河段泥沙淤積與航道整治研究[D]，重慶：重慶交通大學(xué)水利水電，2009

[2] 常云華等，上溝水利樞紐濫滇壩水工模型試驗研究[J]，長春：長春工程學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2009

[3] 張瑋，廣西秀江變動回水區(qū)河床演變規(guī)律研究[D]，南京：河海大學(xué)港口海岸及近海工程，2006

[4] 張緒進(jìn)等，三峽水庫回水變動區(qū)重慶河段泥沙淤積影響及治理[J]，重慶建筑大學(xué)學(xué)報，2006，28（5）

[5] 付寧等，水工物理模型和數(shù)字模型在工程設(shè)計中的應(yīng)用分析[J]，黑龍江水利科技，2004，32（1）：5-5，13