流量是影响河势演变的主要因素之一。即使在较短的时间内,流量的变化也会造成河势变化。在黄河下游广为流传的“小水坐弯、大水趋中”,“小水上提、大水下挫”,“涨水下挫、落水上提”等都是反映流量变化对河势变化的直接影响。小流量时水流动量小,在河床边界的约束作用下,易于改变流向,水流的弯曲系数大;流量增大后,水流的惯性力加大,边界对水流的作用能力相对减弱,不易改变流向,主溜较小水时趋中,水流的弯曲系数变小。 2.5游荡性河段主溜摆动强度大
主流的变化大体上可反映河势的变化情况。主流线的位置与线的位置是基本一致的,暂以一次洪峰过程中在24小时内的平均摆动距离来描述主流的摆动强度。从黄河下游1959年前各个水文站断面的主槽摆动强度看出[2],除刚出峡谷的孟津断面摆动范围小外,在游荡性河段,一次洪峰中线摆动幅度一般平均每天大体为80~130m,速度惊人;在高村至陶城铺的过渡性河段平均每天为50~60m;进入弯曲性河段后主溜的摆动强度减少,一般仅为每天10~30m,接近入海口的前左断面近40m。主溜线的年际间变化也是游荡性河段
远大于其他河段。主溜线的变化基本上代表了河势的变化。1960年前,三门峡水库尚未建成,除弯曲性河段外,河道未进行整治。在游荡性河段,主溜的摆动范围一般为2~4km,大者达6km;摆动强度每年1km左右,大者达3km以上。在过渡性河段摆动范围一般1~2km,大者5km以上,摆动强度一般每年0.4~0.7km,大者1.27km。游荡性河段主溜的摆动不论是每天的摆动强度,还是每年的摆动幅度都是很大的。其主要原因为[3]:①主支汊交替,游荡性河段多为数股并行,由于河槽的淤积,主汊河底抬升,当流量增大后,原支汊过流能力加大变成主溜。②洪水期低滩拉槽成为主河槽,对于主流线曲度大的河段遇漫滩洪水时,沿滩地拉出一条流程短的串沟,沟面扩宽、冲深发展为主河道。③滩地易冲塌,游荡性河段的泥沙颗粒粗,含粘量小,抗冲能力低,坍塌速度快。④上段河势多变,造成来溜方向改变频繁,引起本河段主溜摆动幅度加大。
2.6上下游弯道演变具有对应关系
上下游弯道河势演变间的关系有正向与反向两种。
2.6.1上下游弯道靠溜部位同向变化
上弯靠溜部位上提,下弯也上提;上弯靠溜部位下挫,下弯也下挫。大部分上下游弯道的河势演变服从这一规律,一般比较和顺的弯道都如此。如青庄、高村、南小堤弯道,青庄上提,高村随着上提,南小堤也要上提;青庄下挫,高村随着下挫,南小堤也相应下挫。
2.6.2上下游弯道靠溜部位反向变化上弯靠溜部位上提,下弯下挫;上弯靠溜部位下挫,下弯上提。反向变化仅在特殊河段出现:①一处工程由多个不连续的弯段组成,且后一个弯道曲率明显偏大。如范县彭楼与鄄城老宅庄之间的靠溜关系,彭楼1~12坝顺直,13坝以下弯道后退,出口段的28~33坝弯道半径小,改变流向快。当彭楼上段靠溜时,一般在老宅庄的中下段靠大溜;当彭楼下段靠大溜时,老宅庄溜势明显上提至梅庄一带。②上下弯成“s”形弯道,这种河弯的弯道陡,中心角大,两弯间的顺直河段短,上下弯道演变的关系灵敏,对于“s”形弯道,弯道下端的出流方向比弯道上段的出溜方向更偏向下弯的上段,因此在上弯的靠溜部位下挫后,下弯的河势反而上提。对于河道边界条件易变的河段,往往溜分数股,沙洲、潜滩比比皆是。在这种河段往往横向变化明显,上弯河势的变化对以下河势的影响多不明显。
2.7长期枯水会出现连续畸形河弯
中水是造床作用最强的流量。一年内,洪水的能量虽然最大,但其作用时间短,有时来不及改变流路,洪水期即已过去。小水期行流时间最长,由于水流能量小,造床作用弱,一般不会造成河势的巨变。
在洪水、中水、枯水交替出现的过程中,中水流路往往适应能力最强;发生漫滩洪水时,随着流量的减小,水流归槽后,基本还沿中水流路行河;枯水期,在弯道段流线弯曲率加大,在较长的直河段内往往出现微弯,但在汛期中水流量过程中,又会调整流路,使弯道的曲度减小,较长直河段的一些微弯段又变成直河段。当出现数年枯水时段时,小水形成的过分弯曲的小弯道得不到调整,直河段因水流能量小得不到应有的发展。在没有河道整治工程控制、且河床土质含粘量低的河段,就会形成连续畸形河弯。如开封黑岗口至柳园口河段,仅右岸有整治工程,左岸为易冲易淤的滩地,经过较长的枯水期后,就形成了连续畸形河弯(图3)。在连续枯水期间,一些未经河道整治的河段,还会出现急弯、陡弯。水流陡折蛇行,进而不前。如开封王庵至府君寺河段就曾多次出现主溜三次穿过同一河道横断面的情况。
参考文献:
[1]胡一三,肖文昌.黄河下游过渡性河段整治前的裁弯[j].人民黄河,1991,(5).
[2]钱宁,周文浩.黄河下游河床演变[m].北京:科学出版社,1965.
[3]武汉水利电力学院.河床演变与整治[m].北京:水利电力出版社,1990.
[4]胡一三主编.中国江河防洪丛书·黄河卷[m].北京:中国水利水电出版社,1996.3河势演变的基本类型
河势演变主要是指河道水流平面形式的变化,从横断面看,依照水流的集中情况可分为单股或多股。在多股河段河势演变主要表现为主股的发生、发展、消亡和主股、支股的交替变化;在单股河段河势演变主要表现为弯道的变化和直河段位置的变更。由于水流条件、泥沙条件、工程边界、河床组成等千变万化,不同的河段、不同的时间具有不同的河势,其演变形式也不同,但大体可归纳为5种基本类型。
3.1弯道演变“水性行曲”是河道水流运行的基本特点之一。在来水来沙条件及河床边界条件的影响下,河道水流总是以弯段、直段相间的形式向下游流动。在多股并行的河段,其中的某一股水流在一定的流程内也是以弯段、直段交替的形式运行。在演变的过程中,弯道的变化决定直河段的变化,直河段的溜势变化在一定程度上也影响弯道的变化,因此在河势演变的过程中,弯道的变化起主导作用。演变形式可归纳为以下几种。
3.1.1弯顶朝着一个方向发展
弯道进口入流条件在一个时段内较为稳定,河弯段的河床为沙质土壤,出口有工程或有抗冲性强的胶泥嘴分布时,弯道的弯顶易于朝着一个方向发展(图4)。
3.1.2弯顶逐年下移在一定的工程和河床边界条件下,一岸弯道的靠溜部位逐年下移,有的长达数公里。如台前孙口至梁集河段(图5)。
3.1.3弯道左右易位
一个河段在一个较长的时段内,弯道左右易位是经常发生的。这里是指在一个较短的时间内,例如一年内发生的左右易位现象,即在滩地低且不稳定的河段,一个非汛期内发生弯道左右易位,凸岸变凹岸、凹岸变凸岸的演变形式。如鄄城大罗庄至范县王子圩1961年汛末至1962年汛前的河势(图1),一个非汛期内连续数道河弯发生了左右易位的变化。
3.1.4弯道相对稳定
弯道上游来溜方向较为稳定,弯道处为耐冲的胶泥嘴或整治工程,且弯道下游出溜平顺,在一个较长的时段内能保持相对稳定的弯道。如营房河弯,尽管上弯为河势变化频繁的密城湾,但其出溜却能稳定在范屯至马张庄一带,营房受溜较为稳定,营房湾本身修有险工,且营房以下出溜平顺,因此,营房弯道相对稳定,河势变化表现为上提下挫。
3.1.5弯道多变
在无工程控制且河床抗冲性差的河段,河势变化频繁,且无明显规律,河势演变呈弯道多变的形式。如范县邢庙至郓城苏阁河段,长14km,中间无工程也无抗冲性强的胶呢嘴,1948~1964年主溜位置多变,一年一个样子,且变化的速度较快。
3.2主股支股交替
在游荡性河段,心滩、潜滩发育,溜分数股。随着来水来沙、来溜方向的变化,各股之间的过流量相应发生的变化,有时主股过溜明显减少,而其中的一个支股过流量明显增加,甚至超过原主股的过溜百分比。从而主股支股易位,发生主股支股交替的演变形式。如开封的柳园口河段,1954年河分南北两股,在一次洪水过程中的一昼夜内,主溜由北股演变到南股,继而又由南股演变到北股,发生了两次主股支股交替变化。过渡性河段在进行河道整治之前,也曾经发生主股支股交替的演变形式。
3.3串沟夺溜
串沟是指水流在滩面上冲蚀形成的沟槽,位于稳定的滩面上,多与堤河相连。串沟过流少,但遇一定的水沙和来溜条件时,其过流量会不断增大,当其过溜百分比超过主溜时,就成为串沟夺溜。串沟夺溜是主股支股交替变化的一种特殊情况。在黄河下游不同河型的河段都曾发生过串沟夺溜的演变形式。如东明老君堂至堡城河段,1978年春主溜原走左岸,右岸黄寨、霍寨险工前有一串沟,过流约占30。
由于老君堂工程着溜位置下挫,工程(当时工程下首还未延长)失去了控制河势的作用,6月串沟过溜增大到占全河道的75,成为主河道,完成了串沟夺溜的过程。
3.4裁弯
裁弯是河道演变中由渐变到突变的一种特殊形式。在弯道演变的过程中,随着弯道向纵深发展,弯道流程增长,弯颈变窄,逐渐形成“ω”型河弯,遇到合适的水沙条件,就会发生自然裁弯。如台前枣包楼裁弯(图6)。
3.5溜势大幅度下挫
前述弯顶逐年下移是在几年内连续完成的,而溜势大幅度下挫是指在一个汛期或一场洪水的时段内河势的快速变化。它发生在一股河或主股过溜占80以上的情况,并且要水量丰沛,中水持续时间长。如1967年汛期,水量丰、中水时间长,在花园口河段,由于水流顶冲,左岸高滩大量塌失,原阳马庄村西南的农场一队被迫修建工程,汛期弯顶下挫塌滩,由农场一队经马庄、破车庄、西兰庄,至10月份下挫至东兰庄村南,在此河段内左岸滩地后退了1~3km,溜势下挫了4km。
4结论
黄河是世界上河势演变最为复杂的河流。掌握河势演变规律是有效进行河道整治的前提。在30多年从事黄河河道整治实践的基础上,通过对弯曲性河段、过渡性河段、游荡性河段河势变化的总结研究,得出对河势演变的规律性认识是:(1)河势演变的基本特性有:①河势演变向下游传递。②河势演变过程中,河段内存在2~3条基本流路。③河势变化存在重复性。④流量变化影响河势演变,“小水上提、大水下挫”,“小水坐弯、大水趋中”,“涨水下挫、落水上提”等。⑤游荡性河段的主溜摆动强度大。⑥上下游弯道演变具有对应关系,大部分弯道为上下游弯道靠溜部位同向变化,少部分弯道为上下游弯道靠溜部位反向变化。⑦长期枯水会出现连续畸形河弯。(2)河势演变的基本类型有:①弯道演变。可分为5种形式:弯顶朝着一个方向发展,弯顶逐年下移,短时间内弯顶左右易位,弯道相对稳定,弯道多变。②主股支股交替。③串沟夺溜。④裁弯。⑤溜势大幅度下挫。注:在水道中流速大,可明显代表全部或部分水流动力轴线的流带。在一个水流横断面内,可出现几股溜,其中最大的称为主溜,也叫大溜。
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