水庫變動回水區泥沙沖淤特性分析

寇德會

摘要：通過對水庫變動回水區泥沙沖淤問題研究的現狀、常用方法以及特點進行初步分析，展示了航道港口調整的潛在機理，初步總結了水沙條件改變和河段沖淤變化規律。其分析結果可為降低變動回水區的泥沙淤積量及淤沙淺灘的治理帶來一定的參考。

關鍵詞：變動回水區;泥沙淤積;沖淤特性

1.水庫變動回水區泥沙沖淤問題研究現狀

水庫變動回水區是指在一些時間受回水影響、另一些時間回水消失的河段。聯系到泥沙的沖淤，則在回水影響到一定程度時產生淤積，而當回水逐漸消失后又產生沖刷。所以變動回水區的泥沙并不是單向的淤積，而是有沖有淤，但以淤積為主。之所以淤積為主，主要是是因為在水庫內受了一定程度的回水影響，所以總是有一定的累積性淤積。由于淤積的“翹尾巴”，末端不斷上移，所以不僅變動回水區有累計性的淤積，而且它的范圍也是不斷向上延長的[1]。因此，無論從回水影響或沖淤兩方面看，變動回水區具有水庫與河道的雙重特性。

20世紀60年代初長江水利委員開始對水庫長期使用問題進行研究[2]，并圍繞三峽工程的泥沙問題，對變動回水區泥沙沖淤特性及其對防洪、航運的影響與對策進行了一系列的研究，取得了一定的成果。而歐美等西方國家的大部分河流在上世紀三十年代相繼渠化[3]。他們的管理體制是水利、水運一體化，因而樞紐變動回水區的問題并不突出，并沒有相關的文獻。

2.常用研究方法

在研究變動回水區的泥沙淤積時，對原型進行觀測和數據調查、對泥沙進行物理模型試驗是較為常用的方法，兩種模型觀測方法的研究狀況大致如下所述[1]：

2.1原型觀測調查

在科學研究不同河流泥沙的發展過程中，對其泥沙的原型進行觀測和調查被認為是最重要且最直接的科學研究手段。泥沙原型的觀測和調查主要目的是通過對該河道進行實地勘測、數據調查、測驗、鉆探以及野外相關試驗，然后對搜集獲取的水文、泥沙、邊界條件以及河床地形等相關資料，進行針對性的整理和分析，從而研究不同河道的沖淤變化規律和河床地形演變的特性。原型的觀測和調查主要包含了對樞紐壩址及其上下游河段的水文、泥沙、地形及重點河段河道演變的觀測;床沙組成和河床地質的勘測;變動回水區航道與港區演變、樞紐通航建筑物及電站運行的泥沙問題，以及水庫下游河床沖刷等方面的調查[4]。

2.2物理模型試驗

對泥沙進行物理模型試驗實際上是按照相似準則，來構建縮尺模型用來模擬水利工程中河道的流動現象和過程以及流動狀態等，模擬與原有模型相似的工況，再進行物理模型觀測，獲取模擬觀測數據，然后再按照相似準則對原有模型進行還原，獲得工程設計所需要的重要數據。

長江科學院以及國內相關水利科研單位于上世紀50年代就開始利用泥沙實體模型來研究長江河道演變和治理的問題。自上世紀80年代以來，清華大學、中國水利水電科學研究院、長江科學院、武漢水利水電學院、南京水利科學研究院以及天津水運工程科學研究所就先后構建了9座關于三峽水庫變動回水區泥沙的物理模型，對其變動回水區內泥沙沖淤對航道港口的影響和治理措施進行研究[5]，并取得了一定的成就。

3.變動回水區的泥沙淤積的特點

3.1推移質淤積段特點

（1）卵石推移質淤積河段特點

卵石推移質淤積是由卵石運動決定的，而卵石的運動特點主要有：運動形式主要以滾動為主;對于一般緩坡的河段，卵石輸沙率一般很小，屬于低輸沙率區;輸砂率一般與流速的高次方成正比;卵石每次運動距離短，停止時間長，因而與床沙交換頻繁。

（2）粗沙、礫石推移質淤積段特點

粗沙、礫石運動的一個主要特點是沙波較為發展，容易形成，而不容易消失。主要原因是他們的起動流速并不很大，而沙波消失速度則很大，因而在一般條件下均能出現沙波運動。

（3）中、細沙推移質淤積段特點

中、細沙運動特點一是起動流速小，很容易推移，但另一方面沙波又容易消失，另外在一般的水流條件下既能推又能懸，在水庫中淤積時可能以推移為主。而在強烈沖刷是又可能以懸疑為主。

3.2懸移質淤積段特點

變動回水區懸移質淤積段由于奎水較高，其淤積特點常與常年回水區的懸移質淤積基本相同，只是在遭受沖刷后，才顯出淤積累計后的特點。例如變動回水區的懸移質淤積，其顆粒相對較粗，因此淤積雖然仍有灘槽之分，但是槽中常常淤積較厚，灘槽差較之天然河道有減小趨勢。另一方面當回水消失，原來的懸移質淤積物遭受沖刷后，常常是槽中沖刷多，灘上沖刷少，而有加大灘槽差的趨勢并且由于沖刷時多在枯季，流量小，深槽的尺寸常常較小，所以懸移質淤積段的一些特點，主要被沖刷控制。

4.結論與建議

（1）水庫變動回水區具有水庫和河道的雙重特性。在水庫蓄水期中變動回水區受奎水影響，水流流速的下降，從而導致泥沙進行落淤。當水庫水位消落時，變動回水區自上而下逐漸脫離雍水影響，落淤的泥沙將再次被大流速下的水流進行沖刷，最終起動到下游深水區內。

（2）水庫變動回水區內，水位變化極為頻繁，泥沙沖淤不斷交替，其變化幅度均遠大于天然河流。變動回水區的泥沙沖淤數量和沖淤過程主要取決于水庫的運行方式。

（3）泥沙沖淤變化極為復雜，建議加強對變動回水區的原型觀測工作，繼續對重點河段進行關注和重點研究。

參考文獻

[1] 陳賢煒，新型水沙條件下三峽水庫重慶河段泥沙淤積與航道整治研究[D]，重慶：重慶交通大學水利水電，2009

[2] 常云華等，上溝水利樞紐濫滇壩水工模型試驗研究[J]，長春：長春工程學院學報（自然科學版），2009

[3] 張瑋，廣西秀江變動回水區河床演變規律研究[D]，南京：河海大學港口海岸及近海工程，2006

[4] 張緒進等，三峽水庫回水變動區重慶河段泥沙淤積影響及治理[J]，重慶建筑大學學報，2006，28（5）

[5] 付寧等，水工物理模型和數字模型在工程設計中的應用分析[J]，黑龍江水利科技，2004，32（1）：5-5，13