三门峡水库冲淤重心变化及其对潼关高程的影响

以往关于三门峡水库的研究多关注库区年际间的冲淤变化,而对汛期和非汛期库区冲淤分布研究较少。本文基于三门峡水库蓄清排浑运用以来19742018年实测水沙、断面及冲淤数据,研究汛期和非汛期库区冲淤重心的迁移、冲淤速率及其对潼关高程的影响。结果表明,蓄清排浑运用以来库区河道基本遵循汛期冲刷、非汛期淤积的演变规律。分别定义汛期最大冲刷速率和非汛期最大淤积速率发生的相邻两断面间的子河段为冲刷重心和淤积重心,汛期冲刷重心与非汛期淤积重心出现的位置基本对应,19742010年冲淤重心由距坝约90 km逐渐向坝前移动,平均下移速率约1~2 km/a;2010年后冲淤重心逐渐上移,2017年位于坝上游约60~70 km,但冲淤强度明显减弱。淤积重心的位置主要受水库回水长度影响,冲刷重心主要与汛期水流能量相关,淤积重心位置迁移滞后于影响因子的变化约5年,而冲刷重心滞后时间约2年。潼关高程与潼关至太安段(潼太段)比降呈反比关系,比降越大,潼关高程越低,而当冲刷重心迁移至潼太段并影响其下段时,潼太段比降增大,利于潼关高程降低。1985年后回水范围和冲淤重心均位于潼关以下,潼关高程受冲淤重心影响较小。

三门峡水库不同运用方式对降低潼关高程作用的研究

作者首先对潼关高程在历史上、建库前和建库后的变化过程进行了总结 ,分析了导致各个时期潼关高程变化的原因。然后利用具有较强理论基础且得到广泛应用的非均匀不平衡输沙数学模型对水库在不同运用方式和不同来水来沙条件下潼关高程未来的变化趋势进行了计算分析 ,对潼关高程下降的可能性和幅度提出了看法。

潼关高程变化及其对渭河下游淤积的影响

三门峡水库 196 0年投入运用之后 ,经过两次改建和三次运用方式的调整 ,不仅发挥了较大的防洪、防凌效益 ,也为多沙河流上修建水库长期保持兴利库容创造了丰富的经验。但水库运用也给库区造成了一系列问题。作者对水库运用以来潼关高程变化和渭河下游冲淤演变进行了分析 ,认为建库初期蓄水、滞洪运用是渭河下游产生严重淤积的根本原因 ,1991年以来渭河下游的淤积主要受水沙条件影响 ,潼关高程的居高不下使问题更加严重。

潼关高程对渭河河床演变的影响

本文根据渭河下游河段自三门峡水库建库42年以来的大断面地形变化以及泥沙淤积资料,运用河床演变分析法,分析了潼关高程对渭河淤积演变的影响。分析发现,潼关高程的大幅度抬升和下降引起溯源发展的淤积和冲刷的行波,行波传播速度大约每年10km,传播过程中幅度逐步减弱。通过相关分析,发现潼关高程抬升是引起渭河下游特别是临潼以下河段淤积的主要原因,咸阳及其以上河段的淤积与潼关高程基本无关,渭河上游来水量对冲刷减淤起了很大作用,来沙系数影响略小。本文进一步建立了一种淤积平衡模型,用以模拟渭河下游淤积过程。模拟结果表明,模型能正确地模拟淤积过程,潼关高程抬升引起的渭河下游淤积有一个平衡淤积量。如果潼关高程维持在一定水平不变,渭河下游的淤积就会逐渐趋近于这个平衡淤积量,大约30年左右就会接近这个平衡。目前渭河下游累积淤积量已经接近潼关高程328 5m的平衡淤积量。如果潼关高程保持不变,渭河下游将随着来水量的波动而发生小幅度的冲刷和淤积,不会发生累积性的大幅度淤积。

潼关高程抬升成因相关分析

三门峡水库建库后 ,库区冲淤变化是潼关高程变化的内在动力和条件 ,水库运用方式和潼关上游来水条件的改变是库区冲淤变化的潜在原因 ;潼关上游来沙条件是造成潼关高程上升的唯一根源 ,但它与潼关高程之间的关系并不密切 ,它是介于水库运用方式和来水量之间对潼关高程起调节平衡作用的淤积体供应源 ;水库运用方式对潼关高程产生影响的实质是 ,通过抬高水流侵蚀基准面 ,降低水流比降和水流冲刷力 ,使潼关高程在年内得不到有效的冲刷而使潼关高程保持持续上升状态 ;潼段河床变化是潼关高程变化的直观的、外在原因 ,它的作用就是根据库区冲淤变化 ,通过自身的调整 ,使其上游河床得到调整 ;潼段的累计淤积量及高程对潼关高程具有重要的影响 ,但不是影响潼关高程升降的独立影响因素。

三门峡水库淤积及潼关高程的滞后响应

研究了三门峡水库淤积和潼关高程随坝前水位和来水条件变化的响应规律,分析了库区河床演变的滞后现象。发现水库的累计淤积量和潼关高程,不仅受当年水沙条件和坝前水位的影响,而且通过前期边界条件,还受过去若干年内的水沙条件和坝前水位的影响。表现在潼关高程的升降变化较库区泥沙淤积滞后大约2年,库区累计淤积量与5年叠加坝前水位关系密切,潼关高程与6年叠加入库水量之间具有较好的相关关系,以及潼段比降与7年移动平均坝前水位之间的关系最好。

潼关高程演变规律及其成因分析

潼关高程在历史时期是上升的。三门峡水库建成后上升加剧 ,工程改建后 ,稳定在 32 6 .6 4m。 1986年以来 ,潼关高程上升原因有 :降雨量偏枯 ;龙、刘两库蓄水使进入潼关水量减少 ;水保工程和用水增加等引起潼关上下游河道淤积促使潼关高程上升 ;改善潼关高程应采取综合治理 ,多途径处理泥沙问题。

潼关高程下降对渭河下游河床演变的影响

潼关高程变化与渭河下游累计淤积关系密切。潼关高程下降后 ,渭河下游主槽会产生溯源冲刷 ,在大水少沙情况下 ,近槽滩地会受到冲刷 ,洪水漫滩后滩地会发生淤积 ;冲刷在靠近潼关的华阴和华县河段表现明显 ,向上游逐渐减弱 ;冲刷河段主槽过洪能力有所增大 ,常水位和一般洪水位都有所降低 ,但大洪水的威胁依然存在。此外 ,渭河下游各河段河相系数均减小 ,河道向着窄深方向发展 ;由于侵蚀基准降低 ,自然裁弯动力增强且易发生 ,河道弯曲系数变小 ,河道由摆动型向稳定型弯曲河道发展。水流移床力的分析表明 ,潼关高程下降期间 ,河道运动强度与脉动流量关系减弱 ,基本上维持在某一常数 ;由于流量的脉动客观存在 ,河道仍会摆动 ,平均每年移动量在 12 0～ 4 0 0m之间。

潼关高程下降对渭河下游防洪的影响

潼关高程抬升引起渭河下游大量泥沙淤积,给防洪带来一系列问题。本文针对这一问题,通过对渭河下游河道40多年的大断面地形资料进行分析和计算,探讨了潼关高程与渭河下游泥沙冲淤的关系,并分析了典型断面的水位变化。结果表明,潼关高程与渭河下游泥沙冲淤密切相关,潼关高程下降后,渭河会产生溯源冲刷。在大水少沙情况下,近槽滩地也会受到冲刷,但是洪水漫滩后滩地会发生淤积,由于主槽面积增加,过洪能力增强,中小洪水防洪压力减小;但如果发生高含沙漫滩洪水,滩地淤积,漫滩洪水水位反而有所抬高,大洪水威胁依然存在。

潼关高程及三门峡水库运用方式问题探讨

作者对潼关高程从三门峡水库“蓄清排浑”运用以来的变化进行了分析 ,指出潼关高程近年来不断上升的主要原因是由于汛期来水量大幅度减少所致。要控制和降低潼关高程 ,必须调整三门峡水库的运用方式来适应新的来水来沙条件。建议非汛期最高运用水位控制在 3 1 6～ 3 1 8m ,汛期敞泄排沙流量减小到 1 0 0 0～1 5 0 0m3 s,桃汛起调水位 3 1 3m ,6月上旬运用水位降至 3 1 0m。

来水来沙对潼关高程的影响

本文阐述了三门峡水库“蓄清排浑”运用以来入库水沙的特性和潼关高程的变化 ,对潼关高程非汛期升高、汛期降低的基本规律进行了分析。指出汛期来水量的多少是影响潼关高程的主要因素 ,1986年以后汛期来水量的大幅度减少是潼关高程持续升高的根本原因。

利用并优化桃汛洪水冲刷潼关高程原型试验研究

在分析研究桃汛期潼关高程变化规律及相关影响因子的基础上,提出了潼关高程明显冲刷的洪水条件和三门峡水库控制水位等指标,在2006年桃汛期进行了利用并优化桃汛洪水冲刷降低潼关高程试验。通过调整万家寨水库运用方式,塑造了满足潼关高程冲刷的洪水过程,效果分析表明,试验前后潼关高程降低了0.2m,万家寨和三门峡库区淤积形态得以改善,基本达到了预期目标。

潼关高程影响因素及下降幅度探讨

分析了潼关河床的冲淤特性及原因,通过潼关高程的演变过程,详细论述了三门峡水库运用和来水来沙条件对三门峡库区的冲淤及潼关高程的影响程度,并探讨了三门峡水库敞泄运用后,潼关高程的可能降低幅度。

桃汛期潼关高程冲刷条件研究

通过1974年以来的实测资料,分析了三门峡水库运用水位、桃汛洪水情况、前期河床条件等与桃汛期潼关高程变化的关系,指出在目前的河床边界条件下,桃汛期潼关高程冲刷下降0.2m左右的条件为:潼关站洪峰流量为2500m3/s,10d洪量为13亿m3,三门峡水库起调水位为313 m。

潼关高程的演变特性及成因分析

三门峡水库蓄清排浑运用以来,潼关高程演变的基本规律是非汛期淤积升高、汛期冲刷下降,常出现连续数年的不断升高或持续下降过程,其总的变化趋势是淤积升高的。潼关高程这一演变特性是来水来沙、水库运用及相邻河段的河道变迁等因素综合影响的结果,是潼关河段对来水来沙条件和水库运用的响应。通过分析潼关高程变化与水沙条件、水库运用、相邻河段的冲淤变化等因素的关系,建立了汛期潼关高程变化与各因素间的关系式,并进行了实例验证。

射流清淤对改善潼关高程作用

1996年以来采用射流技术对潼关河段进行清淤。根据相同或相近水沙条件下潼关高程的类比分析 ,在1996～ 2 0 0 0年不利水沙条件下 ,汛期潼关高程下降值反而增加 ,表明射流清淤对降低潼关高程具有一定作用。

桃汛洪水对潼关高程作用分析

对桃汛期潼关高程变化的分析表明,桃汛洪水对潼关高程的冲刷作用与水流条件和坝前水位密切相关,但存在一极限条件当洪峰流量小到某一值时对潼关河床的冲刷作用微弱,起调水位降低并不能无限制增加洪水对潼关高程的冲刷作用。1999年以后受万家寨水库蓄泄水的影响,洪峰流量削减,洪水过程发生变化,对潼关高程的冲刷作用减弱。

优化桃汛洪水冲刷降低潼关高程试验效果分析

对优化桃汛洪水冲刷降低潼关高程的试验效果进行了分析,结果表明:在2006—2009年试验期间,塑造了有利于冲刷降低潼关高程的桃汛洪水过程,潼关高程4 a间平均下降0.11 m;2006—2008年数学模型模拟结果表明,3 a结束时桃汛试验方案较不试验方案的潼关高程偏低0.19 m;桃汛试验不仅直接降低了潼关高程,也改善了三门峡库区淤积分布,有利于年内的冲淤平衡,对控制汛末潼关高程产生了重要作用。

利用桃汛洪水降低潼关高程原型试验效果分析

介绍了2006年利用并优化桃汛洪水降低潼关高程原型试验的过程,指出其试验效果主要有:①使潼关高程冲刷下降0.2 m;②减少了万家寨水库的淤积,改善了水库的淤积形态;③实现了天桥水库的冲刷;④基本实现了小北干流河段全程冲刷;⑤改善了三门峡水库淤积部位。

万家寨水库运用对桃汛降低潼关高程的影响

介绍了万家寨水库及其防凌运用原则 ;分析了万家寨水库投入运用前、后潼关站桃汛洪峰流量和最大十日洪量的变化 ;指出万家寨水库运用减少了桃汛洪水对潼关高程的冲刷作用 ;建议在保证防凌安全的前提下 ,改善万家寨水库开河期的防凌运用方式。