理论教育 来水来沙对河道崩岸的影响

来水来沙对河道崩岸的影响

时间:2023-06-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:长江中下游崩岸情况在第2.1节中已经作了描述,这里主要分析来水来沙条件对崩岸的影响。表5-1长江中下游干支流来水来沙情况表续表流量及其年内年际分布。同时,人们也通过调查统计取得崩岸与流量关系的定性成果。

来水来沙对河道崩岸的影响

长江自宜昌出峡谷后进入中下游冲积平原。长江中游自宜昌至湖口长955km,其中宜昌至枝城为山区河流向平原河流过渡的河段,其间有清江入汇;枝城至城陵矶为荆江河段,以藕池口为界分为上、下荆江,长分别为175km和173km,干流河道内左岸有沮漳河入汇,右岸有松滋、太平、藕池和调弦四口分流入洞庭湖,四口分流分沙以及湘、资、沅、澧等入湖支流来水来沙经湖泊调蓄后在城陵矶汇入长江,干支流在汇流处相互顶托,构成复杂的江湖关系;城陵矶至湖口长546km,区间主要有汉江入汇。湖口以下至长江口为长江下游,河道长938km,有赣、抚、信、饶、修等支流经鄱阳湖调蓄后于湖口入汇长江,由于鄱阳湖水系入汇水量大、沙量少,对长江下游河道演变具有重要的影响,从河流动力学的观点来看,将鄱阳湖水系来水来沙划归下游河道范畴更为恰当;此外,长江下游的主要支流还有华阳河、皖河、巢湖水系、青弋江、水阳江、滁河、太湖水系等。长江中下游干流河道来水来沙情况(表5-1)的统计表明,长江的多年平均年径流量和多年平均年输沙量分别为9600亿m3 和4.33亿t,在世界大河中分别排第4位和第5位,是一条具有巨大径流量和输沙量的大河,河流尺度大,其河道演变包括河床纵向冲淤变形和横向平面变形均具有很大的规模,必然对长江中下游河道崩岸产生重大影响。长江中下游崩岸情况在第2.1节中已经作了描述,这里主要分析来水来沙条件对崩岸的影响。

表5-1 长江中下游干支流来水来沙情况表

续表

(1)流量及其年内年际分布。

长江中下游干流河道各长河段水文控制站流量特征值见表5-2。流量是来水来沙条件中最活跃的因素。在长江中下游这样的大江河中,观测河道崩岸及其与流量的关系是一种很困难的工作,20 世纪60 年代初,长江科学院与荆江河床实验站合作,对荆江河段崩岸进行了专门观测,开展了一系列的研究。唐日长等人通过分析,对下荆江来家铺弯道1961~1962 年间8 个时段的崩岸总量(ΔW) 与相应时段内平均流量的平方img 及持续的天数(Δt) 建立了很好的关系(图5-1)。可以看出,正在发展中的河弯,各时段崩岸体积总量ΔW 随img的增大而增大。同时这一关系正好也体现了河道通过崩岸的造床作用[5]。此外还可看出,在自然条件下的下荆江蜿蜒型河道中,像来家铺这样的弯道,经过两年内8 个测次的观测,其崩岸土体累积达到1630 万m3,可见长江水流冲刷和输移作用之强。以上是通过对河道的直接观测进行研究的,迄今看来,取得这些资料难能可贵。同时,人们也通过调查统计取得崩岸与流量关系的定性成果。80 年代,陈引川等人对下游大通站1980~1984 年大于造床流量(45000m3/s) 的各年日平均流量进行统计并结合南京河段的崩岸调查,发现当ΣQ2 T <2.0×1011(Q ≥45000 m3/s,T 为时间,以天数计) 时,窝崩较少发生;在ΣQ2 T ≥2.5×1011 后,窝崩发生就较为频繁(表5-3),也说明了流量大和持续时间长对河床的冲刷作用也就强[5]。这里还初步提出了自然条件下窝崩频发的指标。

表5-2 长江干流河道流量特征值表

表5-3 南京河段窝崩与大通站流量及持续时间的关系

图5-1 下荆江来家铺河湾1961~1962 年崩岸量与流量历时关系

流量在年内分布情况表明,长江中下游洪水期4个月径流量占全年的百分数为51.2%~61.6%;平水期4个月和枯水期4个月分别占27.5%~33.5% 和10.9%~15.2%,这一特性基本上决定了崩岸发生的年内分布,即洪水期水流对河床作用最强,河道崩岸主要应发生在汛期,就是说主要应发生在7~10月或6~9月。考虑到近岸河床受到冲刷后泥沙的输移直至岸坡变陡需要一个变化累积的过程,崩岸更多地应发生在汛期的后期。

岸坡失去稳定还与汛后水位退落的速度和地下水的活动有关。根据长江中下游河道月平均水位变化的特点,一个水文年汛后水位消落最快发生在9~12 月间,其平均水位在三个月的间隔中下降值占一个水文年平均消落值的68.7%~75.3%(表5-4)。因此,有的崩岸在前期近岸河床冲深的基础上,也发生在汛后11~12月,甚至第二年1月。归根结底,不管是汛期还是汛后发生崩岸,河道平面变形中的崩岸一般来说主要是洪水期水流冲刷作用的结果。

表5-4 长江中下游各河段汛后退水期水位变化表

关于年际流量变化对崩岸的影响,先从年际流量分布不均匀性的特征值

来看,α值越大说明径流量年际之间分布越不均衡。长江中下游各长河段α值见表5-2。由于长江中下游干流集水面积大,气候条件温和湿润,产流模数较大,所以与其他气候条件较为干旱少雨的大江河和很多较小河流相比,其α值相对较小,说明径流在年际之间变化并不很大,即年际分布均匀性程度较高,也即河流的年际之间来水条件稳定性程度较高。反映在河道平面变形中,一方面巨大的径流量使河岸的变化崩岸规模可能较大,另一方面径流年际变化并不很大,使得河道崩岸部位变化相对较小,有利于河床平面形态的形成和平面变形保持较稳定的变化状态,有利于该量变过程中的单向演进。

(2)输沙率及其年内年际分布。(www.daowen.com)

有关研究表明,长江中下游各长河段输沙率(Qs)与流量(Q)之间具有以下指数关系(图5-2)

各长河段系数k 与指数m值见表5-5。

表5-5 长江中下游各长河段输沙率与流量关系中的系数k 和指数m值

续表

图5-2 长江中下游1998 年月平均流量和输沙率与多年平均流量和输沙率关系比较

(a)宜昌;(b)新厂;(c)监利;(d)螺山;(e)汉口;(f)大通

河岸崩岸的发生和发展并构成河道的平面变形,纵向水流输沙起着很大的作用。长江中下游河道各河段多年平均悬移质输沙率为13.5~16.0t/s。对于一条流量巨大、悬移质输沙率巨大,而河床与河岸为抗冲性很弱的大尺度河流来说,其河床冲淤变化与河道平面变形必然很大,其河道的崩岸范围、崩窝尺度和崩岸强度也必然很大。

可以认为,在目前长江中下游各长河段河道形态已基本定形的情况下,各河段的悬移质输沙率与流量的关系Qs=kQm 也基本表达了与其河道形态和河床演变相均衡、相适应的关系。也就是说,从宏观的河床演变来看,当某水文年来水来沙条件基本上在上述关系Qs=kQm 的一定变化幅度内,则河床冲淤变化将保持为一种通常的状态,河道平面变形也将保持通常的规模,河道崩岸也将维持在一定的范围和中等的强度;当某水文年内水沙条件显示水少沙多,其输沙关系显著处于上述关系线的上方时,则河道在宏观上将处于淤积态势,河道崩岸范围和强度可能会小得多;当水文年内水沙条件显示水多沙少其输沙关系显著处于关系线下方时,则河道整体上可能产生大的冲刷,相应地将使河道崩岸的范围和强度均较大。如1998年长江发生流域性洪水,将各月平均流量和输沙率与多年平均输沙率和流量的关系相比较就可以看出,自下荆江直至长江下游段,同流量下输沙率偏小很多(图5-2),使得长江中下游发生了大范围的崩岸。据调查统计显示,该年长江中下游共发生崩岸330多处,其范围和强度远大于一般水文年份。当水文年内显示水少沙也少的情况,河道在宏观上一般是小冲小淤或微冲微淤,河道崩岸的规模也会较小;在水多沙也多的情况下,河道在整体上冲淤均较剧烈,也会产生较强的崩岸。由于含沙量在断面上的分布较为均匀,所以在来水来沙条件中,对河道崩岸的影响因素主要仍然是流量。就是说,流量对崩岸的影响比含沙量更为重要。当然,以上是对河道作宏观整体上的分析,对于具体河段来说,由于处于不同的河势条件和不同的演变过程及演变趋势,崩岸也会表现其特殊性[63]

综上所述,河道的来水来沙条件对崩岸的影响主要表现在三个方面:

(1)流量是崩岸的直接因素。在流量大的情况下,来沙少更有利于河道冲刷,即更有利于崩岸的发生;来沙较多时,河道在宏观上冲淤变化大,崩岸也较易发生。在流量较小的情况下,来沙多有利于河道淤积,更使河段崩岸较少发生,即使来沙较少,整个河道也是微冲微淤,也将使河道崩岸较少发生。

(2)年内汛期水流对近岸河床的冲刷作用是主要的,故崩岸一般发生在汛期。由于崩岸河床冲刷使岸坡变陡是累积性过程,所以崩岸更多一些发生在汛末。考虑到河道中汛后水位的退落和岸坡地下水的渗流作用,崩岸也会发生在汛后乃至枯季。

(3)长江中下游因气候温暖湿润,集水面积大,年际间径流分布不均匀程度并不很大,总体表现为较稳定的态势,因而在较大洪水年对河道的平面形态破坏并不大,水流对河岸的作用方向和冲刷范围历年变化并不很大,使得河道崩岸较确定地朝单向发展,也使河道平面变形较为稳定地朝单向发展。

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈