黄河花园口河段设计水沙系列水位变化试验研究

2013-08-29顾志刚赵新建夏修杰

河南科技 2013年12期

顾志刚赵新建夏修杰

(黄委会黄河水利科学研究院，河南郑州 450003)

1 前言

黄河下游花园口河段是黄河防洪的重点河道，随着小浪底水库的正常运用，黄河下游的来水来沙发生了相应的系列变化。为科学预测设计水沙过程的河道水位变化，通过河道实体模型试验的手段，分析水位的变化，进一步判断和评价现状河道对今后来水来沙的适应性，对现状河道工程进一步优化提供科学依据。

2 模型概况

依据黄科院多年动床模型试验经验和遵循黄河泥沙模型相似律［1］设计相应模型开展试验。模型水平比尺λL=600，垂直比尺λH=60，试验中按河床变形时间比尺控制模型放水历时，可以避免在开展非恒定流洪水试验时常遇到的两个时间比尺相差过多所引起的一系列问题。模拟范围自铁谢至开封黑岗口。选取郑州热电厂粉煤灰作为模型沙。模型设计和验证试验［2～3］最终确定的水流运动时间比尺与河床变形时间比尺基本一致。

3 设计水沙系列

通过对近期水沙变化的分析，综合考虑各方面的影响，设计小浪底水库入库水沙过程;按照拟订的小浪底水库运用方式，通过水库泥沙数学模型模拟计算和实测资料分析，提出小浪底水库不同运用阶段出库和花园口断面的水沙过程。水沙过程包括丰、平、枯三种水沙系列，不同运用阶段包括水库运用初期和正常运用期。试验的设计水沙条件采用“1978～1982 +1987～1989 +1977”设计水沙系列。该设计水沙系列黄河来水量为1130.62 亿m3，来沙量为38.69 亿t。

4 试验结果

在现状地形的基础上，综合分析设计来水来沙条件下的试验结果，可得出以下认识:

(1)设计水沙系列过程中，纵观整个试验过程的水位变化，整个河段普遍发生了冲刷下切，水位均出现明显的冲刷降低。花园口以上河段的冲刷下降幅度较大，花园口以下河段的冲刷下降幅度则较小。铁谢冲刷值较小是因为该处河床组成为沙卵石，抗冲性强所形成的。

(2)对流量为1000m3/s 时的水位累计降幅进行统计分析，各个测站Q=1000m3/s 流量下水位降幅值变化见表1。由表可见，驾部、花园口、赵口、黑岗口各站的累计水位降幅分别为3.08m、1.62m、1.31m 和0.64m。花园口以上河段的冲刷下降幅度较大，水位降低幅度达1.60m～3.08m，花园口以下河段的冲刷下降幅度较小，水位降低幅度达0.64m～1.34m。