畸形河势对河道排洪能力影响的机理及对策.docx

畸形河势对河道排洪能力影响的机理及对策孙赞盈关于央河滩水文站的说明：央河滩站，1963年以前水尺位置在基本断面处（即现在的央河滩河道大断面附叶春生*彭红*黎贵喜近），称为夹河滩（一）站；1963年以后水尺位置上移710m,称为夹河滩（二）站；1994年以后水尺位置从夹 河滩（二）站又上移10km,称为夹河滩（三）站夹河滩（三）站位于开封黄河大桥以下562m处夹河滩水文站 之所以多次移动位置，均是因为不利河势导致测验困难黄河水利科学研究院，郑州，450003**黄河水利委员会河南河务局，郑州，450003摘要：根据最新水情，由于常堤〜夹河滩河段的畸形河湾在2006年5月1日前后自然裁弯, 使得2006年调水调沙期间夹河滩水文站断面的同流量水位较上年汛后降低了 0.4〜0. 6m 分析认为，裁弯对改善局部河段的排洪能力影响很大；在河道整治中规划流路过分弯曲对河 道排洪能力的不利影响需要引起足够重视；对从根本上消除不利河势再度发生提出了建议 关键词：河势（裁弯），排洪能力，达西-魏斯巴哈公式，黄河下游1黄河下游游荡性河道的几个畸形河湾黄河下游河道出现畸形河湾很多，近年来常堤〜贯台河段和大宫〜王庵河段的两个畸 形河湾最为突出。

为说明畸形河湾对河道排洪能力，本文列举几个同时具备翔实的水位资料 的实例进行分析1. 1近年来的两个畸形河湾自小浪底水库运用以来，位于夹河滩水文站卜'游约9km的常堤〜夹河滩大断面河段的 河势开始变得越来越弯曲，在2005年汛前形成了图1所示的畸形河湾河势但随着这个畸 形河湾的不断加剧，终于在2006年5月1日前后发生了自然裁弯和以前相比，自然裁弯 后的河势变得十分顺直，流路长度大大缩短其实，近年来黄河下游游荡性河道的畸形河湾何止常堤〜贯台河段，大宫〜工庵附近的 畸形河湾比之常堤〜夹河滩大断面有过之而无不及［1'2\见图21. 2 1976年夹河滩水文站的畸形河势*水文站从测流的准确性考虑，都尽可能地布置在河势稳定的河段，因此发生河势剧烈变化的几率很小，但此类现象也不是没有从1976年8月21日9:30（流量号124）,到流量 为7840m7s的76年8月27日17:00（流量号135）,流向偏角一直是20-30度，流量号135 次的流向偏角以主流带最甚，为22〜39度（表1）从图3的河势图可十分明显地看到，主 流顶冲贯台险工，在夹河滩断面附近形成了一个90度的弯曲流路，使夹河滩附近形成壅水。

表1夹河滩站1976年流量号135的测次主流带流向偏角图3 1976年夹河滩站附近发生了壅水Dammed water occured in 1976 near Jiahetan station（资料来源：《黄河下游主流线变迁图》，水电部黄河水利委员会水利科学研究所，1986年10月）2裁弯对河道排洪能力的影响畸形河湾对河道排洪能力的影响是非常明显的，表现对其上游一定河段内同流量水位的 影响和水位流量关系涨率的影响两个方面首先，畸形河湾会明显地影响其上游一定范围内的河道的排洪能力夹河滩水文站位于 常堤〜贯台河段上游约9km,受常堤〜贯台河段的畸形河湾的形成、加剧和消失的影响，夹 河滩水文站的河道排洪能力相应的发生了十分明显的变化图4给出的是黄河下游7个水文 站水文站2005年末场洪水、2006年的第一场洪水和第二场洪水的同流量水位变化柱状图 其中的第一场洪水即调水调沙洪水，第二场洪水为“2006.8”洪水，是由于小浪底水库异重 流排沙流量过程在小花间演进过程中发生流量沿程增大而形成的洪水需要说明的是，所有 的同流量水位都是按照涨水段计算的为了显示黄河下游河道和上年汛后相比的排洪能力变 化，图4给出了 2006年首场场洪水（即2006年调水调沙洪水）和2005年末场洪水（2005年10月）相比，以及2006年第二场洪水（“2006.8”洪水）和2006年首场洪水相比的同流 量水位变化柱状图。

和上年汛后相比，在下游的7个水文站中，夹河滩水文站的同流量水位 降低最为明显，1000和2000m3/s的同流量水位分别降低了 0.56和0.41m,是7个水文站中 同流量水位降低最多的和2005年首场（2005年调水调沙）洪水相比，1000、2000和3000m3/s 的同流量水位分别降低了 0.39、0.26和0.77m,也是7个水文站中同流量水位降低最多的 这说明，常堤〜贯台的畸形河湾消失后，夹河滩水文站的排洪能力明显增加了)00. 13夹河滩□ 2006年首场洪水（调水调沙）和2005年末场洪水相比□ 2006年“2006.8”洪水和2006年首场（调水调沙）洪水相比0.010. 16E)涅^可核*与叵<日002~\ 1-0. 02L二-0. 0： -0.05-0. 10-0. 09-0. 19-0. 22-0. 40 -0.41花园口 夹河滩 高村 孙口 艾山 法口 利津图4夹河滩水文站同流量水位变化其次，畸形河势的存在对水位涨率的影响也是很明显的图5给出的夹河滩站的水位流 量关系也可以直观显示了河势变化对夹河滩水文站水位涨率的影响表2统计计算的是夹河 滩水文站2005年汛前、2006年汛前（2006年调水调沙洪水）以及2006年第二场洪水共三 场洪水的1000〜2000m3/s流量级水位涨率。

可以看到，2005年汛前，由于其下游的常堤〜 贯台的畸形河湾存在的影响，夹河滩水文站的水位涨率为0.645 m/（1000ni7s）； 2006年5 月，常堤〜贯台的畸形河湾消失，2006年调水调沙生产运行期间，夹河滩水文站的水位涨 率减小到0. 46 m/（1000m7s）;此后，夹河滩水文站的水位涨率继续下降，2006年的第二场 洪水减小到0. 355 m/（1000m7s）,仅为2005年汛前的一半图5夹河滩水位流量关系表2夹河滩水文站不同场次洪水的水位涨率洪水场次水位(m)涨率1000m3/s2000m3/sm/ (1000m3/s)2005年6月10日75.4276. 710. 6452006年调水调沙75. 0475.960. 462006 年 “06.8"洪水74. 7775.480. 355夹河滩站1976年3000~8000m7s的水位涨幅高达2. 04m,相当于比降仅为其50%的山 东河道的涨率，比其它年份高得多(正常情况下是1.5m),就和当时的河势变化有直接关系 心，由于主流与断面不垂直导致河槽冲刷很小，从流量号124到流量号135,洪水持续时间 6. 33d,水量12. 3亿方，流量增幅达5500m7s,但平均河底高程仅降低0. 13m,这是导致3000〜 8000m3/s的水位涨幅很大的主要原因。

可见，不利的河势使局部的同流量水位明显降低，使水位流量关系的斜率增加，导致河 段平滩流量显著降低3河势变化对河道排洪能力影响的机理畸形河势的存在和消失对河道局部河段排洪能力的影响的机理都可以运用水力学和河 床演变理论得到很好的解释达西-魏斯巴哈公式是计算均匀流沿程水头损失的一个通用公式，其形式如下：式中：外为沿程水头损失，劣为沿程阻力系数，/为流路长度，A为过流断面的水力半径,v为流速，g为重力加速度图6是常堤〜贯台自然裁弯后的河势的套汇图自然裁弯后的流路大大缩短，从A点到 B点的流路由2005汛后的17. 25km缩短到2006年5月15日的12. 75km,流路长度缩短了 4.5km假设在A点上游足够长的某点a和B点下游足够长的一点b,在自然裁弯前后的同 流量的水位差相等，并假设裁弯前后的阻力系数相等，断面形态没有发生变化（即水力半径 相同），则裁弯前a-b点的沿程水头损失为裁弯后a-b点的沿程水头损失为2 ——4R 2g今令二者相等，即有上式表明，经过裁弯后，由于流路的缩短，水流的流速将明显增大，为裁弯前的倍实 际发生的情况正是这样从图7给出的夹河滩站2005年汛期最后一场洪水和2006年首场洪 水（2006年调水调沙洪水）相比，夹河滩水文站的同流量的流速也是明显增加的。

S、日)败堪500 10001500 2000 2500流量(m3/s)3000 3500 4000图6常堤〜贯台河段2005年汛后和2006年汛前河势套汇图7夹河滩水文站流速~流重关系上述关于裁弯前后流速的变化是基于定床考虑的，众所周知，黄河下游河道是动床的, 裁弯后由于流路的缩短，局部河段的河道比降将显著增加，比降的增大，使得作用于床面的 剪力盼〃增加，河床必然发生冲刷从图8看到，和2004年、2005年相比，2006年调水 调沙期间，夹河滩站的同水位的过水面积增加十分明显，例如水位76m的面积增加了约 lOOOm%这正如俄国学者K.M别尔科维奇所指出的：裁弯使河道比降和过水能力增大，是对 河道演变的直接搅动；裁弯立刻引起河道的反应，滞后的时间很短'七7776.57675.575O74.5 *—5007009001100 1300面积（nd150017001900图8夹河滩水文站水位〜面积关系可见，流速增加和河槽发生冲刷，是自然裁弯后局部河段河道排洪能力迅速增加的主要 原因4结论及对策常堤〜夹河滩大断面河段发生自然裁弯，原来的畸形河湾突然消失，流路变得通畅，流 速增加，河段发生冲刷，已明显影响到位于其上游约9km的夹河滩水文站，从而使河段的排 洪能力明显增大。

上述分析说明，（1）畸形河湾造成的弯曲河势的存在，是短期内局部河段的排洪能力降 低的重要原因，必须予以高度重视；（2）施行裁弯（包括自然裁弯和人工裁弯）可消除畸形 河湾不利河势，迅速提高河道排洪能力；（3）在河道整治中规划流路过分弯曲对河道排洪 能力的不利影响需要引起足够重视而在某些河势一直难以控制的河段，采用双岸整治的 河道整治方法，是从根本上消除不利河势再度发生的有效措施'气 参考文献[1]孙赞盈、曲少军等，河道平滩流量计算方法研究及2005年黄河下游河道排洪能力分析， 黄河水利科学研究院，二六年二月⑵孙赞盈、曲少军等，2006年黄河下游河道排洪能力分析，黄河水利科学研究院、黄委会 防汛办公室，二六年五月[3] K.M别尔科维奇（俄），人为因素影响河道演变进程的地理学分析[M],赵业安、龙寄霖翻译， 2006年1月，黄河水利科学研究院.[4] 齐璞、孙赞盈等，黄河下游游荡性河道整治新方法的研究，黄河水利科学研究院，二五年八月。