右江那吉魚梁樞紐兩壩間河性及河床演變趨勢分析

覃業(yè)傳 ，郝品正 ，馮小香 ，3

（1.廣西西江開發(fā)投資集團有限公司，南寧530022；2.交通運輸部天津水運工程科學(xué)研究所工程泥沙交通行業(yè)重點實驗室，天津300456；3.清華大學(xué)水沙科學(xué)與水利水電工程國家重點實驗室，北京100084）

右江是西江上游主要支流之一，全長320 km。那吉、魚梁樞紐兩壩間78 km河段位于右江上游（圖1）。

1 河段自然條件

1.1 地質(zhì)地貌

右江河段位于丘陵山區(qū)，河道兩岸階地平坦，寬度一般為200～500 m，最寬處可達2～3 km；階地具有二元結(jié)構(gòu)，上部為粘土、壤土，厚9～15 m；下部為砂卵礫石，厚 5～15 m；下伏基巖。河床多為沙卵石覆蓋，局部基巖出露；河床質(zhì)粒徑范圍0.1～80 mm，中值粒徑d50=10～60 mm，顆粒級配良好，河床組成密實。

1.2 來水來沙特征

百色以上是右江泥沙的主要來源河段，百色以下丘陵地區(qū)產(chǎn)沙量較少。根據(jù)百色水文站1976～2001年實測資料統(tǒng)計分析［1］，來水來沙特征主要表現(xiàn)為：

（1）徑流小，年際流量變幅大。多年平均徑流量89.08×108m3，平均流量 282 m3/s；豐水年徑流量（150.63×108m3）是枯水年徑流量（54×108m3）的 2.79 倍。

（2）水量年內(nèi)分配不均勻。洪水期暴雨集中，洪峰陡漲陡落，峰型尖瘦，年內(nèi)水量分配極不均勻。洪水期（7～9月份）的徑流量占全年徑流總量的55.4%；年內(nèi)最大流量（5 938.5 m3/s）是最小流量（37.7 m3/s）的158倍，相應(yīng)水位變幅11.94 m。

（3）含沙量小，年際變化大。多年平均含沙量0.223 kg/m3，多年平均輸沙量596×104t，豐沙年輸沙量（1 738×104t）是少沙年輸沙量（126×104t）的 13.8倍。

（4）水沙不同峰，輸沙量年內(nèi)分配不均勻。水沙不同峰是右江的基本特征之一，由豐水豐沙年（1997）流量、含沙量過程線（圖2）可以看出，沙峰超前于水峰；7～9月份為洪水期，但沙峰一般出現(xiàn)在6月份。輸沙量年內(nèi)分配不均勻，枯水期多年月平均含沙量僅0.02 kg/m3左右，洪水期多年月平均含沙量達到0.72 kg/m3；全年輸沙量集中在6～8月份，3個月的輸沙量占全年輸沙總量的81%。

1.3 百色水文站斷面水力特征

圖3為百色水文站斷面1976年和2001年河寬、水深流速與流量的相關(guān)關(guān)系曲線，可見相關(guān)關(guān)系密切，并具有如下特征：斷面寬度隨流量變化較?。浑S流量的增加，斷面水深增加明顯；斷面平均流速隨流量增加而加大。

1.4 河道水動力特征

實測資料表明，河道水力要素具有平原河流的特征［2］，主要表現(xiàn)為：那吉至魚梁78 km河段，枯水水位總落差14.12 m，平均水面比降僅0.164‰；河道斷面平均流速在設(shè)計流量（140 m3/s）下為0.3 m/s，多年平均流量（282 m3/s）下 0.6 m/s，中洪水流量（1 000 m3/s）下僅 1.0 m/s，特大洪水流量（3 000 m3/s）下也僅 2.0 m/s。比降平緩、流速小，具有平原河流特征。

2 河道特性分析

2.1 河道平面形態(tài)特征

本河段的平面形態(tài)具有如下特征：

（1）河道曲折率與沿岸地質(zhì)密切相關(guān)。右江河岸巖性沿河分布不均勻，河道形成順直與彎道相間的平面形態(tài)（圖4），其彎道曲折率由于河岸邊界軟硬程度不一而形成較大差別。

上段那吉至田東河岸土質(zhì)松軟，側(cè)蝕嚴重，崩坍現(xiàn)象較多，導(dǎo)致河道蜿蜒曲折；彎頂處河岸均為巖石山體，水流受阻急轉(zhuǎn)，長距離彎曲河段有6處。其中雷公灘河段曲折率最大達36。下段田東以下河岸多為基巖及粘土沉積物組成，河道側(cè)蝕受限，其河道平面形態(tài)為順直微彎河段，河段曲折率為1.28。

（2）河道單一與分汊相間，以單一河道為主。河寬沿程變化小，洪水與枯水河寬相差不大；單一河段枯水河寬一般在200 m以下，單一河段多順直，且為水深條件較好的優(yōu)良河段，其長度約占河段總長的77%；當(dāng)枯水河寬大于250 m時，河段大多分汊，汊道河段長度約占河段總長的23%。

2.2 河道縱剖面特征

由圖5可以看出，本河段縱向剖面具有如下特征：

（1）河床縱剖面具有山區(qū)河流的特征。河床縱剖面起伏跌宕，具有山區(qū)河道的特征。在河床為石質(zhì)或大卵石或黏土處沖刷下切受限，河床剖面存在明顯的折點；折點處河寬窄，水深小，成為河床侵蝕基準面。

（2）水面比降平緩，具有平原河流的特征。那吉至魚梁河段78 km河道，枯水水位總落差14.12 m，平均水面比降僅0.164‰，水面比降平緩，具有平原河流特征。

（3）水面比降沿程變化與河床形態(tài)密切相關(guān)。河床剖面折點上游水面比降小，下游水面比降大；河面寬的河段比降小，河面窄的河段比降大；分汊河段比降大，單一河段比降??；淺灘河段比降大，優(yōu)良河段比降小；順直河段比降大，彎道河段比降小，最為典型的平街洲河灣長10 km，水面比降為0.042‰，僅為本河段平均比降的1/4。

2.3 河道斷面形態(tài)特征

受河道邊界制約，本河段河道斷面河相關(guān)系自我調(diào)整能力較弱，屬半沖積性河流。雖然河道基本處于相對平衡的狀態(tài)，但河道斷面河相定量關(guān)系不明顯，主要是由于河段沿程存在控制性的“節(jié)點斷面”。節(jié)點斷面河床質(zhì)一般為“鍋巴”巖或老黏土，斷面型態(tài)非水流所能塑造，其平面位置與河床剖面折點的位置相對應(yīng)。

本河段的節(jié)點斷面型態(tài)大致有單一河段節(jié)點、汊道進口節(jié)點和峽谷節(jié)點3種斷面類型。單一河段節(jié)點斷面的上、下游一般均為水深條件較好的U型斷面，而節(jié)點斷面河床高程陡升，過水面積減小，水淺流急；汊道進口節(jié)點斷面以上的單一河段基本上都為U型深槽斷面，由于某一汊進口河床抗沖性較強，加之水流能量減弱而形成水深較淺的節(jié)點；峽谷節(jié)點斷面的河岸和河床抗沖性都較強，形成水流下泄的卡口斷面，峽谷節(jié)點斷面以上河段水流緩、水面比降平緩，以下河段坡陡流急。

2.4 河性特點

本河段同時具備山區(qū)河流和平原河流的河性。山區(qū)河流的河性特點主要表現(xiàn)為：（1）河道平面形態(tài)蜿蜒曲折，急彎眾多；（2）河道縱剖面深槽、淺灘相間，起伏跌宕，河床沿程高程相差懸殊，節(jié)點較多；（3）河谷狹窄，洪枯水河寬變化不大；（4）河床無大范圍、長距離的系統(tǒng)淤高或下切，河床穩(wěn)定。平原河流的河性特點主要表現(xiàn)為：（1）河床組成以沙卵石為主，基巖混卵石河床較少；（2）支流入?yún)R口無大范圍、長距離的塊石、卵石磧。

上述河性特點造就了本河段極具特色的河床演變規(guī)律。

3 河床演變及預(yù)測

3.1 百色水文站斷面變形特點

百色水文站位于擬建那吉樞紐上游40 km的順直單一河段，河寬約150 m，河床斷面為“U”型。1976～2001年水位呈逐年下降趨勢，26 a間同流量下水位下降30～50 cm，流量愈小水位下降愈明顯，說明水文站斷面地形變化主要表現(xiàn)為河床下切；2001年特大洪水后，同流量下的水位下降10～20 cm，說明特殊水文年的造床作用明顯。

3.2 全河段河床剖面的變形特點

依據(jù)1980年和1989年全河段河床剖面的對比，淺灘河段河床平均高程小幅度下降為主，一般在10～30 cm；由于受沿程河床節(jié)點侵蝕基準面控制，河床下切受限，河床的沖淤變化被限定在相臨兩節(jié)點之間，整個河段沒有發(fā)生系統(tǒng)下切，河床相對穩(wěn)定。

3.3 樞紐建成后全河段河床演變趨勢預(yù)測

那吉、魚梁樞紐建成后，改變了兩壩間河道的水沙過程［3］，主要表現(xiàn)為：枯水流量增加，中水流量歷時延長，年內(nèi)流量變幅減??；懸移質(zhì)含沙量減小，泥沙粒徑變細。一般來講，對于兩壩間河道，上游樞紐清水下泄，造成下游河道沖刷下切，河床粗化；下游樞紐庫尾變動回水區(qū)淤積。但具體到那吉、魚梁兩壩間河段，該現(xiàn)象不會十分明顯［4-5］，理由有以下幾個方面：

（1）那吉、魚梁航運樞紐均為日調(diào)節(jié)水庫，那吉樞紐調(diào)節(jié)庫容僅0.09×108m3，當(dāng)上游流量大于2 660 m3/s時，水庫敞泄；魚梁樞紐當(dāng)流量大于2 800 m3/s時泄水閘敞泄。兩樞紐對造床作用明顯的洪水過程調(diào)節(jié)均不明顯。因此，那吉、魚梁樞紐建成后，兩壩間河床演變的水動力條件變化不大。

（2）那吉至魚梁78 km河段河床以卵石夾沙為主，河床質(zhì)組成粒徑較粗，且級配良好?？菟诤哟部蓜有孕。鄬Ψ€(wěn)定；汛期河床可動性相對較大，但汛期兩樞紐均為自然水沙過程。因此，那吉、魚梁樞紐建成后，兩壩間年內(nèi)河床演變規(guī)律變化不大。

（3）該河段河床縱剖面起伏跌宕，淺灘與深槽相間，具有山區(qū)河道的特征。河床不易沖刷的節(jié)點眾多，成為河床侵蝕基準面，河床下切受限；那吉、魚梁樞紐的建設(shè)，沒有改變兩壩間自然條件下的河床特征。

綜上所述，那吉、魚梁航運樞紐建成后，那吉壩下至魚梁78 km河段宏觀上將基本遵循自然條件下河床演變規(guī)律，即淺灘河段河床高程小幅度內(nèi)變化，河床演變僅限于相臨兩節(jié)點之間河段縱橫斷面的局部調(diào)整，整個河段不會發(fā)生系統(tǒng)下切和淤積，河床相對穩(wěn)定。

4 結(jié)束語

右江為丘陵山區(qū)河流。徑流和含沙量小，年際、年內(nèi)變幅大，水沙不同峰；河道平面、剖面形態(tài)和徑流過程具有山區(qū)河流特征，而水流流速與水面比降小具有平原河流特性；自然條件下受沿程河床節(jié)點控制，河床沖淤變化被限制在相鄰兩節(jié)點河段之間；那吉、魚梁航運樞紐建成后，由于汛期兩樞紐暢泄，兩壩間河段將基本遵循自然條件下河床演變規(guī)律。

［1］HAO P Z，PING K J.Analysis on waterway characteristics and riverbed evolution of Naji-yuliang reach of Youjiang River［C］//HU C H，TAN Y.Proceedings of the Ninth International Symposium on River Sedimentation.Beijing：Tsinghua University Press，2004.

［2］劉臣，平克軍，岳翠萍.那吉至魚梁河段航道治理［J］.水道港口，2006，27（1）：23-26.LIU C，PING K J，YUE C P.Study on channel regulation for the reach from Naji to Yuliang［J］.Journal of Waterway and Harbor，2006，27（1）：23-26.

［3］李君濤，郝品正，李金合.右江魚梁航運樞紐平面布置優(yōu)化研究［J］.水道港口，2007，28（5）：348-353.LI J T，HAO P Z，LI J H.Optimization research on plan layout of Yuliang hydro-junction project of Youjiang River［J］.Journal of Waterway and Harbor，2007，28（5）：348-353.

［4］廣西右江魚梁航運樞紐工程庫區(qū)及壩下航道數(shù)學(xué)模型分析研究——河道特性分析及河床演變規(guī)律和演變趨勢研究［R］.天津：交通運輸部天津水運工程科學(xué)研究所，2007.

［5］馮小香，郝品正，李建兵，等.兩壩間河段平面二維全沙數(shù)學(xué)模型研究［C］//國際航運協(xié)會.2008年年會暨國際航運技術(shù)研討會論文集.北京：人民交通出版社，2008：160-165.