渭河下游洪水冲淤特性及输沙用水量研究

渭河下游洪水冲淤特性及输沙用水量研究 第29卷笫8期 2007年8,J 人民 YELL0W 黄河 RIVER Vo1.29.No.8 Aug.,2007 【水文?泥沙】 渭河下游洪水冲淤特性及输沙用水量研究 陈雄波,杨丽丰,张厚军,李世滢 (黄河勘测规划设计有限公司,河南郑州450003) 摘要:介绍了渭河下游洪水期输沙用水量研究的必要性,提出了新的洪水期输沙用水量计算方法,确定了不同水平年 的输沙用水量:认为:?渭河下游非漫滩洪水的冲淤临界条件与含沙量有关,当咸阳与张家山含沙量在300kg/m以下 时冲淤临界流量随含沙量的增加而增大,当含沙量超过300kg/m以后冲淤临界流量有所减小;?洪水期输沙用水量与 来水来沙,河道淤积水平密切相关,河床边界条件对输沙用水量也产 生一定的影响;?利用渭河下游高效输沙洪水淤积 比的计算公式得到的渭河下游洪水期输沙用水量是基本可信的. 关键词:冲淤特性;平滩流量;输沙用水量;高效输沙洪水;渭河下游 中图分类号:P333文献标识码:A文章编号:1000—1379(2007)08—0024-03 近年来,渭河流域及相关地区经济社会对水资源的过度需 求,已经明显超过了流域自身的承载能力,河道朝着排洪和输 沙能力降低,功能性断流时有发生的不利方向发展,生态需水 量难以得到保障.引江济渭人黄方案从长江,汉江,嘉陵江等 调水人渭人黄,可补充渭河,黄河水资源的不足,并拟在调水人 渭的支流上建立平原水库.研究渭河下游洪水期输沙用水量 的大小,对于确定平原水库调节库容和水库运用方式具有十分 重要的意义. 输沙用水量是指输送一定量的泥沙所用的水量. 1960,1973年,渭河下游河床演变受三门峡水库运行方式和潼 关高程大幅抬升的影响,河道发生大量淤积,这段时期的输沙 用水量不能真实地反映水流输沙能力.1974年后,河道冲淤性 质主要由来水来沙条件控制,输沙用水量基本可以反映渭河下 游的输沙能力,故 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 时以1974年后的实测资料为主. 1洪水期冲淤临界条件 渭河下游的泥沙主要由暴雨洪水挟带,大暴雨形成高含沙 大洪水,小暴雨形成高含沙小洪水,这种水沙特点对河床演变 影响极大.1974,2003年,渭河下游(咸阳+张家山,下同)共 发生平均流量大于400m/s的洪水112场,总历时629d,占 1974—2003年汛期总天数的17.0%.洪水期来水量457.2亿 m,占同期汛期来水量的53.9%;来沙量41.9亿t,占同期汛期 来沙量的59.7%.这l】2场洪水造成渭河下游的总冲淤量为 6.33亿t,占同期汛期冲淤总量的134.5%.渭河下游汛期来水 来沙主要在洪水期输送,且冲淤幅度大,速度快,就多年平均水 平来看,洪水期来水量,来沙蛩均占汛期的50%以上.不同类 型的洪水,其冲淤特性有所不同.一般情况下,高含沙大洪水 时渭河下游发生冲刷,高含沙小洪水时下游迅速淤积,低含沙 洪水时下游发生冲刷,中等含沙量小洪水时一般发生淤积. 同时,河床边界条件对洪水期的冲淤量也会产生一定影响,洪 水漫滩前后水流的水力学特性,输沙特性都发生了较大变化, 在滩地上的那部分水流速度降低,基本上没有输沙能力,漫滩 洪水的冲刷量明显小于同等水量的平滩洪水.洪水漫滩后还 会造成滩区群众生命财产损失,因此引江济渭人黄方案研究时 暂不考虑用调水塑造漫滩洪水,在分析洪水冲淤临界条件时, 只考虑非漫滩洪水. 根据渭河下游来水来沙和河道冲淤特性,将渭河下游日均 含沙量小于20kg/m的非漫滩洪水称为低含沙量洪水,日均 含沙量为20—100kg/m的洪水称为中等含沙量洪水,日均含 沙量为100—300kg/m的洪水称为较高含沙量洪水,日均含沙 量大于300kg/m的洪水称为高含沙量洪水.为定量计算单位 体积水量引起的河道冲淤量,以”冲刷效率”为参数.冲刷效率 是指当咸阳,张家山两站来水量为1.0m时,咸阳一华阴河段 的冲淤量(以kg计,冲刷为负值),单位为kg/m.统计了 1974—2003年非漫滩洪水各级流量咸阳站的来水来沙比例,河 道冲淤量,冲刷效率,见 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1. 分析表明,当洪水期平均流量为400m/s左右时,低含沙 量洪水排沙比可达到100%;当洪水期平均流量达到6O0m/s 左右时,中等含沙量洪水排沙比可达到100%.通过分析渭河 下游洪水来源,上述两类洪水主要来自渭河干流咸阳站以上. 对于较高含沙量的洪水,排沙比为100%时对应的平均流量约 为1000m/s,此类洪水中的水量主要来自渭河干流,沙量却主 要来自支流泾河;含沙量大于300kg/m的高含沙量洪水的水 量和沙量都主要来自泾河,当平均流量为800m/s左右时,排 沙比可达100%. 根据不同含沙量级非漫滩洪水冲淤特性和洪水期平均流 量与最大日均洪峰流量的关系,得到渭河下游不同含沙量级非 收稿日期:2007—01一ll 作者简介:陈雄波(1973一),男,湖北天门人,工程师. 第8期陈雄波等:渭河下游洪水冲淤特性及输沙用水量研究?25? 漫滩洪水的冲淤临界条件,见表2. 表1非漫滩洪水各级流量的水沙?和冲淤? 洪m3.s-/I攀恐, 表2渭河下游非漫滩洪水冲淤临界条件 从表2可以看出:当咸阳,张家山两站含沙量在300km 以下时,随着含沙量的增大,冲淤临界流量呈增大趋势;但是当 含沙量超过300km以后,冲淤临界流量反而有所减小.这 主要是渭河来沙较细,平均含沙量大于300km的洪水的流 动特性和流变特性有所改变,挟沙能力随着来沙量的增加而增 大,高含沙量洪水在渭河下游窄深河槽内具有较强的输沙能 力,冲淤临界流量反而有所降低造成的. 2典型年洪水特征分析 选取1974,2003年渭河下游主槽淤积典型年,冲淤基本 平衡典型年和冲刷典型年,分析这些典型年洪水期的来水量, 来沙量,持续时间,冲淤量等的变化,为确定洪水期输沙用水量 提供参考.对漫滩洪水,根据漫滩程度和洪水的持续时间,分 析输沙用水量约占全部水量的70%,90%;非漫滩洪水都在主 槽内输送,所有水量均计人洪水期输沙用水量中. 分析3种典型年的洪水期输沙用水量可以发现,主槽发生 淤积,冲淤相对平衡和冲刷的洪水特征不同.其中河道发生淤 积的洪水特征为:?洪水场次平均为2.8场,不及1974,2003 年的平均值3.7场,洪峰流量在777,1055m/s之间,平均为 902m/s,相对较小,而含沙量及来沙系数均较大,分别为215 kg,/m和0.52kg?s?m,;?洪水持续时间短,水量少.可 见,这类洪水输沙用水量较小是以河道淤积为代价的.河道冲 淤相对平衡的洪水特征为:?洪水场次平均为3.7场,与 1974,2003年的多年平均值大致相等,洪峰流量在963,1540 m/s之间,平均为1248m/s;?含沙量及来沙系数[}1等,分别 为70kg,/m和0.19kg?s?m,;?这类洪水主要来rH=流成 阳以上,来水比例占64%,73%,平均为70%,且洪水持续时 间及水量较河道淤积的洪水持续时间及水量均有所增加.河 道发生冲刷的洪水特征:?洪水场次平均为6.1场,洪峰流量 在820,2786m/s之间,平均为1542m/s,洪水场次是 1974,2003年平均值3.7场的约1.6倍;?洪水含沙平均为 71kg,/m,约80%的洪水来沙系数小于0.1kg?s?Ill,;?这 类洪水主要来自咸阳以上,比例占74%,82%,洪水持续时间 及水量约为河道冲淤相对平衡的2倍. 3洪水期输沙用水量计算公式的建立和验证 根据洪水冲淤临界条件和典型年洪水特性分析,当水沙搭 配关系不同时,河道的冲淤性质和冲淤量都明显变化.点绘 1974,2003年非漫滩洪水下游河道淤积比与咸张(成阳及张家 山两站,下同)来沙系数的关系,见图1. 成张来沙系数/(kg—m) 图1场次洪水渭河下游淤积比与咸张来沙系数的关系 从图1可以看出:渭河下游洪水期随着来沙系数的增加, 淤积比逐渐增加;当咸张来沙系数达到0.1kg?S?m左右 时,淤积比为0,即河道处于相对冲淤平衡状态.另据实测资料 分析,在汛期的平水期,下游河道一般都是淤积的.根据引江 济渭人黄方案研究的要求,要实现整个汛期冲淤基本平衡,需 要重点分析使河道发生冲刷的洪水. 选取1974,2003年渭河下游咸张平均含沙量小于100 kg,/m,洪峰流量大于800m/s,来沙系数小于0.1kg?s?m 的非漫滩洪水(称为高效输沙洪水),点绘渭河下游此类洪水成 张来沙系数与河道淤积比叼的关系,见图2,图中以华县汛前平 滩流量Q平为参数对洪水进行分组.可以看出,叼与来沙系数的 关系比较密切,两者大致呈对数关系(见拟合曲线). 丑 基 建 L 定 蜒 成张来沙系数/(kg—i11) 图2高效输沙洪水时渭河下游淤积比与咸张来沙系数的关系 从图2还可以看出,华县汛前平滩流量小于3000m/s的 年份,场次洪水淤积比点据大部分在拟合曲线的下方;汛前平 滩流量大于3000m/s的年份,淤积比点据大部分在拟合曲线 ? 26?人民黄河2007正 的上方.这说明河道边界条件对洪水冲淤量有一定的影响. 根据洪水期实测资料,建立了如下关系:5结论 77= AWs - 0.91×ln(吾)+9.3x10-5×Q乎+1.74 式中:?为淤积量;为来沙量. 如果给定洪峰流量,根据汛期的来沙量,冲淤水平和华县 站汛前平滩流量,就可以计算出高效输沙洪水的水量和持续 时间. 4不同水平年汛期输沙用水量 对渭河未来沙情的预测是估算河道不同水平年输沙用水 量的基础.根据近期渭河流域治理开发程度不断增大的实际 情况和黄土高原水土流失治理力度不断加大的规划方案,预见 未来渭河流域平均来沙量将呈减小趋势.经分析,不同水平年 汛期来沙量分别为:2000年,3.18亿t;2020年,2.71亿t;2030 年,2.55亿t. 根据华县站历年洪峰流量的出现频率,并考虑到充分发挥 现有河道整治工程的效果,可以得出:渭河下游保持较适宜的 中水河槽时,华县站平滩流量约为3000m/s.采用上述计算 洪水期输沙用水量的方法,在2000水平年,为了维持渭河河道 主槽的过流能力,利用洪水期高效输沙的特点,当调节汛期洪 峰流量为1200,1500m/s时,高效输沙洪水的水量为 29亿,35亿m,历时为31,43d;在2020水平年来沙条件下, 调节洪峰流量到2000,3000m/s,渭河下游汛期主槽冲淤平 衡时,高效输沙洪水的水量为17亿,24亿m,持续时间为11 — 20d;在2030水平年来沙条件下,调节洪峰流量到2000, 3000m/s,为保持渭河下游主槽过流能力,高效输沙洪水的水 量为16亿一23亿m,持续时间为10,19d. (1)渭河下游非漫滩洪水的冲淤临界条件与含沙量有关, 当咸张含沙量在300kg/m以下时,冲淤临界流量随含沙量的 增加而增大;当含沙量超过300ks/m时,冲淤临界流量有所 减小. (2)洪水期输沙用水量与来水来沙,河道淤积水平密切相 关,河床边界条件对输沙用水量也产生一定的影响. (3)建立了渭河下游高效输沙洪水淤积比的计算公式,该 式与场次洪水的水沙搭配关系及华县断面的平滩流量有关,并 论证了公式的合理性. (4)根据高效输沙洪水淤积比计算公式,不同水平年汛期 来沙量及华县断面中水河槽时的平滩流量,得出了不同洪峰流 量条件下,渭河下游洪水期的水量和持续时间,为确定引江济 渭人黄方案平原水库的规模和运用方式提供了技术支撑. 参考文献: [2] [3] [4] 高季章,王浩.黄河治理开发与南水北调工程[J].中国水 利水电科学研究院院报,1999(1). 黄金池,刘树坤.黄河下游输沙用水量的研究[J].中国水 利水电科学研究院院报,2000(1). 严军,胡春宏.黄河下游河道输沙水量的计算方法及应用 [J].泥沙研究,2004(4). 张翠萍,张原峰,李文学.渭河下游河道近期冲淤概况及 输沙水量初步分析[R].郑州:黄河水利科学研究院, 2002. 【责任编辑翟戌亮】 (上接第23页)数据,为研究水深变化趋势,淤积预测等提供支 持.应用表明,黄河口水深分析管理系统能够对数据进行有效 管理,提高数据处理的效率;系统的数据流程顺畅,构建的分析 平台能提供水深研究的常用分析方法;依托于Surfer的数据展 示功能可以有效反映海岸演变,水深变化的趋势.系统具有简 洁,直观的特点.存在的问题是数据分析功能只开发了主要的 方法,完善数据分析方法是今后努力的方向. 参考文献: [2] 程承旗,赖志斌.元数据和数据集一体化管理模型及应用 研究[J].测绘通报,2000(5). 赖志斌,夏曙东,王浒,等.基于元数据和数据集管理的应 用模型研究[J].地理科学进展,2002(4). [3] [4] [5] [6] 李订芳,寇继生.防汛综合数据库集成元数据库设计[J]. 计算机应用研究,2004(12). 罗海江,王文杰,唐贵刚.国家环境监测综合数据空间元 数据库系统的设计[J].中国环境监测,2000(5). 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