渭河水沙条件变化对河床冲淤的影响分析(王桂娥,季利,李杨俊)

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渭河沙条件变化对河床冲淤的影响分析

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王桂娥1季利1李杨俊2
.Wo Nm0Gs0(1.三门峡水利枢纽管理局,2.黄委会三门峡库区水文水资源局)
水利论文.Eg!{XIR#[

摘要:通过渭河下游河道历史及现代的演变规律,分析水沙条件、水库运用变化对渭河下游、潼关高程的影响。1986年以来,渭河下游淤积加剧主要是由于不利的水沙组合所造成,因此应加大渭河主要是由于不利的水沙组合所造成,因此应加大渭河主要产沙区及河道的治理力度,以缓解下游的淤积发展局面。

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关键词:渭河下游:水沙条件:河道淤积潼高程水利论文f{"{M(_8| gid&Qq

作者简介:王桂娥(1964-),女,黄委会三门峡水利枢纽管理局高级工程师。

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1 渭河下游河床历史演变情况

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  渭河流域黄土分布面积广泛,植被覆盖条件差,夏季多暴雨,因此,水土流失严重,每年有大量泥沙冲入河床,致使渭河成为一条多沙性河流。根据历史记载,秦朝和西汉时期,渭河水量充沛,河流航道通畅,船舶可直达咸阳和长安。东汉以后,渭河流域气候趋于寒冷,自然植被遭受破坏,黄土区水土流失加重,航道阻塞,下游曲流相当发育。到隋王朝建立不久,因渭水泥沙经常使航道阻塞停滞,水路运输困难重重,于开皇四年(公元584年),重开漕渠,自大兴城(今西安)西引渭水,东至潼关入河。可见当时泥沙淤积问题比较突出。唐朝时期(公元670~741年)泥沙问题略有改善,漕运改用水陆交替使用,但困难仍然存在。天宝元年(742年),由于渭水淤积,韦坚又重开漕渠,取名广运渠。太和元年(公元827年)和开成元年(公元838年)还几次修过广运渠。以上历史资料,说明公元初年,尤其到五世纪,渭河下游沙苑以东是曲流发育、流浅沙深,河道随环境和水沙条件的变化淤积时轻时重的状况。水利论文1r,T8H N |]'xP?+@0k

  另据地质钻探及历史考查,[1]渭河下游咸阳以东历史上是微淤、游荡的河床 ,随气候和水沙条件的变化,河床有侵蚀下切和淤积抬升交替出现的局面,总趋势是微淤的。

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2 三门峡水库投运后渭河下游冲淤分布水利论文.n;SXb%] A WCV

2.1 三门峡水库运用初期分析水利论文+`g:P"d'v1d&Ug`7u8P A

  三门峡水库建成运用初期(1960.10~1964.10),由于水库蓄水位高,最高达332.58m(1961.2.9),回水超过潼关,加之黄河正处于丰水丰沙期,水库淤积严重,库区泥沙淤积达44.22亿m3,潼关以下淤积量占总淤积量的82.7%。在1962年4月以后,水库虽降低水位运用,但由于枢纽泄流能力不足,又遇丰水丰沙年份,库区淤积仍在发展,潼关高程持续上升。1969年10月一期改建基本完成前,潼关高程由建库前的323.47 m上升到328.40m,较建库前抬升近5m,潼关以下库区累计淤积量达9.4亿m3,淤积向上发展影响到小北干流、渭河下游、北洛河下段,使渭河下游(华县站)主槽过洪能力由建库前5000m3/s减小到2200m3/s。该时段(1960~1969年)渭河下游总淤积量为9.01亿m3,其淤积分布见表1,可见淤积量自下往上呈减小趋势,属溯源淤积形式,是由水库高水位运用和潼关高程持续上升影响造成的。

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2.2 改建后到“蓄清排浑”运用前河道冲淤变化水利论文f0D HO,Y C c_

  枢纽经1967、1970年两次改建基本完成后,降低库水位敞泄排沙,库区发生强烈冲刷,到1973年10月“蓄清排浑”运用前,潼关高程下降到326.64m,渭河下游淤积也得到控制,汇流区还冲刷0.01亿m3,华县站平滩流量稳定在2500m3/s左右。1969年10月~1973年10月渭河下游淤积1.3亿m3,淤积重心位于泾河口以下附近即渭淤10~26断面间,占总淤积量的87.5%,而渭拦断面处冲刷0.7亿m3。可见此时渭河淤积主要是泾河来水来沙的沿程淤积所致。

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表1 水库运用各时段渭河下游冲淤量分布
_N tS8dO"xn0Table 1 Distribution of erosion and deposition in the Lower Weihe River at various intervals during reservoir operation水利论文8NxQ0M;[.mW


时段

P U p"pI+i)a0
运用方式冲淤总量
tr/k1g K0(亿m3
河段冲淤量分布(亿m3/占%)

渭拦渭淤1-10渭淤10-26渭淤26-37

1960.6~1966.5蓄水拦沙2.13900.19081.40640.6099-0.0681
高水位运用8.965.828.5-3.2
1966.5~1969.10滞洪排沙6.87420.21434.96831.64770.0439
一期改建3.072.324.00.7
1969.1~1973.10滞洪排沙1.3011-0.00880.16371.13810.0081
二期改建-0.712.687.50.6
1973.10~1985.10“蓄清排浑”0.2910.00860.0310.2514  
“四省会议”原则2.9610.6486.4
1986.10~1996.10“蓄清排浑”2.980.141.521.090.3
“四省会议”原则  4.75136.610.07

2.3 1973~1985年河道冲淤特性分析

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  从1973年10月到1985年10月,由于渭河来水来沙处于丰水平沙期,三门峡水库最高蓄水位控制在323.99~325.95m之间,潼关高程也基本稳定在326.6~327.6m之间,三门峡水库实现了库区冲淤平衡的目标。特别是1977年泾河高含沙洪水揭河底冲刷之后,又多次出现4000~5000m3/s的洪水,使渭河下游河槽拓宽,比降调整,华县站主槽过洪能力增加到4000m3/s左右,河床又在新的条件下塑造了新的冲淤平衡。水利论文7tGj}}

2.4 1986年以来渭河下游河道淤积分布自1986年以来,三门峡水库非汛期蓄水位不断降低,高水位持续时间不断缩短(见表2),特别是“92.8”洪水以后,最高库水位基本上控制在322m以下,但渭河下游河道淤积仍继续发展。河道萎缩严重,渭河华县站平滩流量也由4500m3/s减小到1200m3/s,最小为800m3/s(1995年)。这主要是渭河下游赖以冲刷的基本条件 咸阳以上来水锐减所致。水利论文fS ]0uSmj2R

表2 非汛期控制水位统计表水利论文`k Wpc
Table 2 Statistics of control water level in non flood season水利论文3B-A1@g4dfh)u`B&l


时段

V|0^,Vm+r.U@0

平均水位
3J fLP1K-I"R:p1n0(m)

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最高水位水利论文o#Q Q6M\0p T8I
(m)
水利论文/HdEYhDt7pc

大于某级水位平均天数

≥315m≥320m≥322m≥324m

1973.11~1985.10316.77325.99149.194.665.415.9
1985.11~1999.10315.74323.8137.454.821.40.29

3 渭河来水来沙变化与河道萎缩

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3.1 水沙变化对冲淤的影响

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  渭河下游自古就有水沙异源,其水量主要来自渭河干流咸阳以上,沙量主要来自支流泾河和北洛河。1986年以来,渭河下游出现长时间的枯水枯沙现象,尤其是咸阳以上来水大幅度减少。由表3知,咸阳来水占华县水量的百分比由62.4%降至54.7%,泾河张家山由18.1%上升至21.8%,而咸阳来沙量占华县沙量的百分比由38.2%降至20.3%,张家山由61.3%增至68.3%,从而使渭河下游水沙组合发生了很大变化,水量减小,沙量相对增加较多,不利于河道冲淤平衡。水利论文:x+\ml7~{!k3ty*P

  1990~1996年渭河下游严重淤积期,华县站年平均流量较1950~1985年均值减小106m3/s,含沙量增加15kg/m3。从河流动力学原理可知,水流的造床作用与流量的高次方成正比,这种流量减小、含沙量增高的变化使水流的造床能力大大降低,河床在自然调整过程中必然发生淤积。水利论文v{.qw lS

表3 华县、咸阳、张家山不同时段的水沙量统计水利论文*Z"dF%AL2nD;k
Table 3 Statistics of water and sediment at various intervals of Huaxian, Xianyang and Zhangjiashan,stations

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时段水利论文 Hf{2d} y?7KO e

华县咸阳张家山



水量
Y&t9V I `]a0(亿m3)
沙量水利论文,g T^H[
(亿t)
水量
_:O]|x1v0(亿m3)
占华县(%)沙量
#P yS!xm ^0(亿t)
占华县
xi7yA*P [-F*~}l0(%)
水量水利论文$[uN!No1Bs:~6T/Yd
(亿m3)
占华县(%)沙量(亿t)占华县(%)

1950~198582.14.0151.262.41.5338.214.918.12.4661.3
1986~199653.22.9129.154.70.5920.311.621.81.9968.3
1990~199648.73.1126.153.60.5417.411.623.81.9161.4

3.2 渭河洪水冲淤特性水利论文0b$W-}$_s`qg$K

  渭河下游河道冲淤主要取决于汛期洪水,而不同的洪水来源和组合构成不同的冲淤特性。咸阳以上来水,水流平稳,历时长,含沙量小,泥沙粒径较细。流量小于4500 m3/s的中小洪水,进入渭河下游华县至华阴河段,产生少量淤积。洪峰流量大于4500 m3/s的大洪水对渭河下游河槽有着冲刷和拓宽作用。1986~1995年大于1000 m3/s的6次洪水(没有发生大于4500 m3/s洪水)均在渭河下游产生淤积。

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  泾河洪水峰型尖瘦,历时短、涨落急剧,含沙量高、泥沙粒径粗,流速大,水流挟沙能力强。小流量、高含沙洪水使渭河下游严重淤积。而高含沙大洪水有时对渭河下游产生强烈冲刷,也就是所谓的“揭河底”冲刷,对于减缓渭河河道淤积,降低潼关高程有着明显的作用。

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  1986年以后,来自咸阳以上洪水次数和量级均减小,而泾河小流量高含沙洪水次数增加,加剧了渭河下游的淤积发展,甚至造成潼关高程的抬升。如1994年4次高含沙小洪水,使渭河下游河槽过洪能力由汛期2500m3/s,减小到汛后的1000m3/s左右(见表4),潼关高程上升0.25 m。

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表4 泾河来水为主洪水对渭河下游冲淤变化影响
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Table 4 Effect of flood mainly coming from Jinghe River on erosion and depositionin the Lower Weihe River

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年份水利论文"{U;E!E*i Rk[S

张家山站

华县站

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潼关高程变化
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.

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洪峰水利论文|oXNP"oDl
流量
R.]9Z-T$A#}/?0(m3/s)

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最大水利论文{G[|&a)\|"u N)J
含沙量水利论文"c;z&{,qD
(kg/m3)

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流量
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最大水利论文o}6rw9T(H
含沙量
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200m3/s水利论文 G)H8u8PbGZqO
水位变化
yK'{(L0wb3|'cMmI5W0+(m)

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19916.1114606146.111680494-0.45+0.22

19947.08
#L y/BO9YjpD07.27水利论文A!]+hDLvm O
8.12水利论文T Si&J$? a"V x
9.01
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+0.20
-0.19
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4 潼关高程的影响分析

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  从有水文记载以来,潼关高程的升降变化与干支流来水来沙条件的变化是一致的,即水沙条件有利时潼关高程下降,水沙条件不利时潼关高程淤积抬升。渭河下游和黄河北干流是潼关断面沙量的主要来源区,一方面,水沙组合,决定了这两个河段沿程淤积的发展状况,也影响着潼关高程升降变化;另一方面,潼关这一天然卡口对渭河下游和小北干流起着侵蚀基准面的作用,两者相互影响相互制约。

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  从1960年至今汛期水量和汛后潼关高程的变化过程线(见图1)可以看出,1969年枢纽改建完成以前,由于初期运用蓄水位高和泄流规模小等原因,汛期大洪水时滞洪作用明显,淤积增加使潼关高程的变化与汛期来水量变化同步,即水量越大洪水越多来沙量也越大,库区淤积严重潼关高程也升高越多。水利论文j i'y7K r:r MZ"G3c8]

  1969年以后,潼关高程与汛期来水量呈反向变化,即汛期水量减小,潼关高程就升高,对应关系较好。直观地反映了三门峡水库在“蓄清排浑”运用方式下,影

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图11961~1999年三门峡水库汛期水量与潼关高程变化过程线图水利论文"ot4A3gu{%XF
Fig.1 Hydrograph of water volume in flood season in Sanmenxia Reservoir and variation of Tongguan elevation from 1961 to 1999

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响库区淤积和潼关高程的主要因素是汛期来水量,特别是汛期大洪水量。

5 结论水利论文?J1b*Wp'jTW1b

  (1)地质钻探和历史记载表明,渭河下游咸阳以东历史上是微淤、游荡的河床 ,随气候和水沙条件的变化,河床有侵蚀下切和淤积抬升交替出现的局面,总趋势是微淤的。

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  (2)渭河下游河道在枢纽一次改建完成以前受水库蓄水影响,淤积分布呈溯源淤积特性。之后蓄水位降低,渭河下游已脱离水库回水影响范围,淤积发展主要呈沿程淤积特性。

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  (3)潼关断面的泥沙主要来自渭河下游和黄河北干流,一方面潼关高程的升降变化与干支流来水来沙条件是否相适应关系十分密切,有利时潼关高程下降,不利时潼关高程上升;另一方面潼关高程对渭河及小北干流起着侵蚀基准面的作用,二者相互影响,相互制约。水利论文+@ md7TIn_-R

  (4)1986年以来渭河下游河道淤积萎缩严重,主要是由于渭河流域降雨稀少,咸阳以上来水特别是大洪水明显减少,而泾河流域却多次发生高含沙小洪水及北洛河的高含沙洪水对渭河口的淤积等因素造成。这种不利的水沙组合是渭河下游河道萎缩恶化的主要因素,也对潼关高程产生不利影响。因此,应加大泾河及北洛河主要产沙及河道萎缩局面。水利论文xWxK(d%R

参考文献

%[!X"|.t e0

[1]渭河下游河流地貌,第五章,河床冲淤规律。潼关以上淤积,科学出版社,1983水利论文(H4~|b2? R

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