復(fù)合水動力條件對重慶主城河段推移質(zhì)運動影響分析

◇蘇交科集團股份有限公司 謝 龍

1 前言

重慶主城區(qū)域上游有小南海樞紐的泄水影響；中間偏下游段有嘉陵江支流入?yún)R；同時，2008年三峽大壩開始以設(shè)計高水位（壩前水位最高達到175 m）運行，該水位比上一階段最大水位（165 m）抬升了10 m；比修建大壩前正常水位（135 m～148 m）抬高30 m～40 m。巨大的壩前高水位對上游來水產(chǎn)生了顯著的阻擋和回溯作用；在三峽大壩最高、最低運行工況下，壩前回水距離分別為150公里、100公里；重慶主城河段正好處于變動回水區(qū)之間。河道特征在天然河道與庫區(qū)河道之間循環(huán)切換，導(dǎo)致重慶主城河段水流條件更加復(fù)雜。因此，在多重水流影響因素作用下，重慶主城河段水流條件極為復(fù)雜，可認為是受到復(fù)合水動力條件作用。

重慶主城河段目前以卵石質(zhì)推移質(zhì)淺灘河段為主，約占重慶河段總數(shù)的79%，代表礙航河段有豬兒磧、胡家灘、灘腦殼等。沙質(zhì)推移質(zhì)河段約占重慶河段總數(shù)的21%代表礙航河段有三角磧和落中子等。本文擬根據(jù)搜集到的實測資料，以三角磧代表沙質(zhì)推移質(zhì)河段；以豬兒磧代表卵石質(zhì)推移質(zhì)河段；分別分析成庫后對兩種推移質(zhì)床沙質(zhì)類型河段沖淤規(guī)律的影響。

2 對沙質(zhì)推移質(zhì)運動影響分析

2.1年內(nèi)變化分析

由于三角磧測站成立時間較晚（2005年），且由于測站離航道航槽較遠，測量相對困難，部分實測數(shù)據(jù)未做測量。根據(jù)本文搜集到三角磧歷年的實測資料，以2010年資料最為齊全，因此本文選擇2010年實測數(shù)據(jù)作為三角磧河段沖淤變化的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

對三角磧在2010年各階段的臨界時間進行推算，并將臨界時間對應(yīng)的水流、泥沙條件列于表1?？紤]到三角磧位于嘉陵江交匯上游，且距離交匯口較遠（共12.5 km），因此選擇朱沱流量作為流量分析值。同時，根據(jù)實測資料，2009年（本文研究特征年，2010年前一年）全年中5月11日平均斷面高程最低，因此在后文的數(shù)據(jù)分析里，三角磧河床斷面變化均以2009年5月11日為基準(zhǔn)高程。

表1 三角磧各特征階段水流泥沙條件統(tǒng)計

a、蓄水期。

選擇蓄水期內(nèi)若干個特征時間點，作為三角磧年內(nèi)蓄水期階段沖淤變化的分析時間點。將三角磧年內(nèi)蓄水期階段沖淤變化分析的特征時間點及相應(yīng)水文數(shù)據(jù)列于表2。

表2 三角磧河段蓄水期特征水文數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果

選擇CY30、CY31、CY32作為典型代表河段，并以2009年5月11日高程作為基準(zhǔn)值，分析蓄水期階段內(nèi)，三角磧河床的沖淤變化過程。分析可知：

（4）不與其他課程重復(fù)原則。課程內(nèi)容的組織上注意與其他課程，如“生物化學(xué)”“茶葉生化”“茶葉審評”等課程的區(qū)分，尤其是在實驗內(nèi)容上，通過教學(xué)大綱將這些課程（包括實驗） 的內(nèi)容進行規(guī)定，節(jié)約有限的學(xué)時，不重復(fù)學(xué)習(xí)內(nèi)容。

（1）在蓄水期，三角磧河段呈先沖后淤趨勢。從淤積范圍來看，在蓄水期三角磧河段的淤積范圍先減小，后增大，但蓄水期結(jié)束時淤積面積達5.69×104m2，大于蓄水期開始階段的1.75×104m2。

（2）三個斷面淤積的平均厚度分別為0.039 m、0.010 m、0.021 m。

（3）只有CY30、CY31斷面出現(xiàn)了局部沖刷，沖刷量較小。

（4）在整個蓄水期過程中，三角磧河段淤積主要在左岸淺灘處，淤積區(qū)域未深入主航槽。

（5）在整個蓄水期范圍內(nèi)，淤積區(qū)域的總淤積量為4.85×104m3，沖刷區(qū)域的總沖刷量為0.02×104m3，整個河段的淤積量為4.83×104m3。

圖1 沙質(zhì)推移質(zhì)典型河段在成庫后蓄水期沖淤范圍

b、消落期。

根據(jù)已有實測值，選擇消落期末內(nèi)若干個特征時間點，作為三角磧年內(nèi)消落期末階段沖淤變化的分析時間點。將三角磧年內(nèi)消落期末階段沖淤變化分析的特征時間點及相應(yīng)水文數(shù)據(jù)列于表3。

表3 三角磧河段消落期末特征水文數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果

選擇CY30、CY31、CY32作為典型代表河段，并以2009年5月11日高程作為基準(zhǔn)值，分析消落期末，三角磧河床的沖淤變化過程。分析可知：

（1）在消落期末，研究河段整體呈輕微沖刷狀態(tài)，幾乎沒有淤積區(qū)域。可見消落期是三峽大壩成庫運行后，重慶主城河段走沙的主要階段。

（2）根據(jù)實測資料統(tǒng)計分析，三個典型斷面的平均變化值分別為0.022 m、-0.015 m、0.005 m，變化幅度非常小。這也跟本文搜集資料有限，未能統(tǒng)計到完整的消落期有關(guān)。

（3）在整個消落期范圍內(nèi)，淤積區(qū)域的總淤積量為0.630×104m3，沖刷區(qū)域的總沖刷量為1.195×104m3，整個河段的淤積量為0.565×104m3。

圖2 沙質(zhì)推移質(zhì)典型河段在成庫后消落期末沖淤范圍

2.2年際間變化分析

采用2009年10月8日和2010年10月8日兩天的實測資料作為三角磧河段的年際間沖淤分析樣本。分析CY30～CY32斷面在一年里的變化過程，并將沖淤范圍示意圖繪于圖3。分析可知：

（1）成庫后，三角磧河段三個典型斷面的年際斷面變化值分別為0.195 m、0.082 m、0.162 m，總體呈淤積趨勢；工程河段范圍內(nèi)平均淤積厚度為0.138m/年。

（2）主要的淤積區(qū)域位于工程河段的左岸，即凹岸的邊灘、淺磧；根據(jù)現(xiàn)場實測資料及觀察分析，該區(qū)域為典型的回流、亂流區(qū)域?？傮w上呈淤積趨勢的區(qū)域面積約12.75×104m2。

（3）工程河段年際間呈沖刷趨勢的只有調(diào)二嘴淺磧附近的局部區(qū)域，面積僅0.258×104m2，遠小于呈淤積趨勢的區(qū)域面積。

（4）三角磧河段成庫后呈明顯的淤積趨勢，淤積區(qū)域的總淤積量為18.770×104m3，沖刷區(qū)域范圍較小，總沖刷量約為0.515×104m3，整個河段的淤積量為18.255×104m3。

圖3 沙質(zhì)推移質(zhì)河段典型斷面在成庫后年際間沖淤范圍示意圖

2.3 對沙質(zhì)推移質(zhì)運動分析小結(jié)

成庫前，三角磧河段的沖淤規(guī)律為洪水期快速淤積，其他時間緩慢沖刷，主要沖刷的時間在汛期剛結(jié)束后的一個月內(nèi)；同時河段在年際間基本保持沖淤平衡。成庫后，三角磧河段的沖淤規(guī)律出現(xiàn)了顯著變化，在汛期（5月21日至9月14日）仍然呈淤積趨勢，在蓄水期（9月15日至次年1月19日）則先沖刷然后淤積，且時段內(nèi)淤積量遠大于沖刷量；在消落期（次年1月20日至5月20日）呈輕微沖刷；整體上，河段在年際間呈顯著淤積狀態(tài)。根據(jù)文獻5中的計算公式，代入三角磧河段2006年和2010年全年的實測數(shù)據(jù)，對比成庫前后無量綱水流功率的變化，對比圖詳見圖4。

圖4 成庫前后 W( 對比示意圖

3 結(jié)論

本文根據(jù)大量實測水文、泥沙資料，詳細分析對比了三峽大壩175 m成庫運行后在復(fù)合水動力條件下重慶主城河段推移質(zhì)泥沙運動規(guī)律，得出以下結(jié)論：

（1）在蓄水期，成庫后三角磧河段的無量綱水流功率斷崖式下降，下降幅度可達75%～98%，平均值為95.66%。同時，在11月10日左右三角磧河段的水流功率達到全年最低點，并要在低谷范圍內(nèi)持續(xù)約90日。這段時間是整個河段泥沙落淤的重要階段，整個河段泥沙輸移處于趨于0的狀態(tài)，只有及少量粒徑小于0.5 mm的泥沙可以以懸浮狀態(tài)（懸移質(zhì)）或者半懸浮的狀態(tài)（介于懸移質(zhì)和推移質(zhì)之間，狀態(tài)來回切換）輸移。

（2）在消落期，成庫后三角磧河段的無量綱水流功率略有下降，但下降幅度較小（下降范圍為2.0%～27.6%），平均下降幅度為13.6%。該階段重慶主城河段無量綱水流功率略有下降，但下降幅度遠小于上游泥沙的減少量（即成庫后河段泥沙來沙減少量）。因此，消落期是成庫后重慶主城河段泥沙輸移的主要時期。但是消落期能夠走沙時期較短，僅有60天左右。

（3）在汛期，成庫對三角磧河段的無量綱水流功率無影響。