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小浪底水库建库前后黄河下游泥沙粒径变化与分析

中国市场调查网  时间:03/07/2011 13:55:52   来源:《河南水利与南水北调》2010年11期   作者:曲耀宗 刘建伟 孙广森

  摘要:该文从小浪底水库建库前后黄河下游泥沙粒径粗细变化情况,分析总结出黄河下游河道河床质泥沙粒径的沿程变化规律。合理利用小浪底水库对水沙进行有效地控制和调节,对实现下游河道冲刷或不淤积,具有十分重要的意义。

  关键词:水库;泥沙粒径;变化与分析

  小浪底水利枢纽位于三门峡和郑州花园口之间(简称三花间),上距三门峡坝址130km,下距郑州花园口128km,在洛阳市

  以北40 公里的黄河干流上。控制流域面积69.4 万km2,占黄河流域面积的92.3%。坝址所在地南岸为孟津县小浪底村,北岸为济源市蓼坞村,是黄河中游最后一段峡谷的出口。三门峡至小浪底段河长130km,为黄河最后一个峡谷河段,河谷上段较窄,下段较宽,沟深坡陡,河道比降大,河床多为砂卵石覆盖。两岸支流多,大小支流共18 条,其中较大的有畛水、大峪河、东洋河、西洋河、沇西河、亳清河、板涧河、五福涧河等8 条,这些支流流程短、比降大、汇流迅速。

  一、泥沙来源

  黄河中下游的沙量主要来自黄河晋陕段和泾、洛、渭流域,这一区域提供的泥沙量相当于黄河输沙量的90%。其主要原因是这里分布着大面积深厚的黄土,又是主要的暴雨区,植被覆盖差,水土流失特别严重。由于黄河泥沙的来源不同,其泥沙组成也不同,根据多年实测资料分析,下游河道的泥沙可分为:粗沙、中沙和细沙三种,其中粗泥沙是黄河下游淤积的主要成分,占下游河道淤积的80%左右。

  二、水库运用前泥沙粒径变化分析

  小浪底水库是1999 年10 月开始下闸蓄水,2001 正式投入运用,水库运用前下游河道主要是受天然来水来沙和三门峡水库调节运用方式的影响。小浪底水库运用后,由于该水库控制了进入黄河下游的90%的径流量和黄河泥沙,因此下游河段的水沙变化主要受小浪底水库调节的影响。为了进一步研究小浪底水库运行后对下游河道悬移质泥沙颗粒粒径变化的影响,对黄河下游小浪底至利津站区间多年的泥沙颗粒资料进行了分析研究。

  从黄河下游小浪底至利津站多年泥沙中数粒径、平均粒径特征值可以看出,以1994 年为例,小浪底站中数粒径为0.030mm,平均粒径为0.035mm;花园口站中数粒径为0.029mm,平均粒径为0.035mm;夹河滩站中数粒径为0.025mm,平均粒径为0.031mm;高村站中数粒径为0.022mm,平均粒径为0.026mm;孙口站中数粒径为0.022mm,平均粒径为0.026mm;艾山站中数粒径为0.024mm,平均粒径为0.028mm;泺口站中数粒径为0.019mm,平均粒径为0.024mm;利津站中数粒径为0.018mm,平均粒径为0.024mm。黄河下游悬移质泥沙粒径较粗,自上而下沿程逐渐变细,河道主河槽严重淤积。

  三、水库运用后泥沙粒径变化分析

  从小浪底水库运用后黄河下游各站多年平均泥沙颗粒级配曲线图上也可以看出,泥沙颗粒的沿程变化,小浪底水库运用前黄河下游小浪底- 利津站泥沙粒径由粗变细,但级配线较规律,变化趋势较一致。

  四、小浪底水库运用后下游河道悬移质泥沙粒径变化规律

  小浪底水库运用后下游河道粒径组成发生明显的变化,2003 年小浪底站中数粒径为0.005mm,平均粒径为0.009mm;花园口站中数粒径为0.008mm,平均粒径为0.027mm;夹河滩站中数粒径为0.012mm,平均粒径为0.030mm;高村站中数粒径为0.030mm,平均粒径为0.030mm;孙口站中数粒径为0.020mm,平均粒径为0.027mm;艾山站中数粒径为0.030mm,平均粒径为0.034mm;泺口站中数粒径为0.033mm,平均粒径为0.035mm;利津站中数粒径为0.030mm,平均粒径为0.030mm。小浪底至利津站泥沙粒径自上而下沿程由细变粗。

  从小浪底水库运用后,黄河下游各站多年平均泥沙颗粒级配曲线图上看出,级配曲线不是很规律,小浪底站2000~2006年平均级配曲线变化较大,从黄河下游各站多年平均粒径过程线图看小浪底站也比较突出,这是因为小浪底水库运用初期水库正处于下泄清水时期,出库含沙量比较低,泥沙粒径较细,并且对下游产生淤积的粗沙拦在库内。随着以防洪减淤为主的小浪底水库近几年的运用和黄河三次调水调沙试验,逐步实现小浪底水库库区减淤,“拦粗排细”,在一定的流量下将较大含沙量的超细颗粒输送入海,使下游河道不淤积,并力求使下游河道产生冲刷。

  五、黄河下游河道河床质泥沙粒径的沿程变化规律

  小浪底水库运用前后花园口站至利津站河床质泥沙粒径沿程变化规律是上游粗、下游细,但是小浪底水库运用前后各站的粒径也有明显的变化,水库运用后各站的床沙粒径比运用前的粗,这充分说明发挥小浪底水库防洪减淤的作用,使下游河道减小淤积。

  六、结论

  通过对小浪底水库运行前后的多年颗粒资料的分析计算,可以看出,下游河道泥沙颗粒组成除了受天然来水来沙的影响,主要受小浪底水库调节运用方式的影响。泥沙颗粒级配是研究河流泥沙运动规律的重要课题,而泥沙颗粒级配特性是影响河道冲淤变化的重要因素,合理利用小浪底水库对水沙进行有效的控制和调节,对实现下游河道冲刷或不淤积,具有十分重要的意义。

  作者简介:曲耀宗(1962-),男,黄委河南水文水资源局工程师,主要从事水文水资源及水文测船研究。