多沙河流河道淤积厚度初探

□金　文（辽宁省水利水电勘测设计研究院）



多沙河流河道淤积厚度初探

□金文（辽宁省水利水电勘测设计研究院）

摘要：多沙河流因有大量泥沙下泄，河道逐年淤积抬高，造成下游河道成为地上“悬河”，河道主槽摆动剧烈，河势游荡，泥沙淤积严重危及两岸防洪安全。因此，预测泥沙淤积厚度对防洪工程设计至关重要。文章对柳河河道泥沙冲淤情况进行分析，对河道淤积进行初步预测，提出河道淤积厚度，供柳河河道工程及其它多沙河流设计参考。

关键词：柳河；泥沙淤积；厚度

0　引言

多沙河流因有大量泥沙下泄，河道逐年淤积抬高，造成下游河道成为地上“悬河”，同时，河道主槽摆动剧烈，河势游荡，泥沙淤积已经严重危及河流两岸的防洪安全。多沙河流的泥沙淤积是一个亟待解决的问题。柳河是辽河中下游右侧的一条多泥沙支流，由于柳河上游泥沙大量下泄，泥沙淤积严重影响了新民市及柳河口以下辽河干流的防洪安全。文章通过对辽河下游泥沙冲淤演变规律的初步分析研究，为下一步深入研究辽河干流的泥沙冲淤规律、确定辽河干流输沙减淤的对策措施等工作提供基本建议与依据。

1　设计依据

《河道整治设计规范》6.1.1“河床演变分析可采用资料分析、数学模型计算和河工模型试验等方法。”A.1.4“对多沙河流或冲淤变化较大的河流应采用输沙率法和断面法同时计算，计算成果宜采用断面法成果。当两种成果相差较大时，应分析产生差别的原因后合理确定。”

2　计算方法

按照《河道整治设计规范》6.1.1的要求，泥沙冲淤分析可采用资料分析、数学模型计算和河工模型试验等方法，本次泥沙冲淤计算采用资料分析法。按照《河道整治设计规范》A.1.4的要求，多沙河流河段冲淤量计算应采用输沙率法和断面法同时计算。

2.1输沙率法计算原理

输沙率法计算河段冲淤量的原理：河段上站来沙量与河段区间来沙量之和减去河段下站来沙量及河段区间引出沙量，得到河段冲淤重量，除以泥沙干密度得到河段冲淤的体积，按照均匀冲淤的假设，得到河段的冲淤厚度。公式如下：

式中：△W—河段冲淤重量（t）；△V—河段冲淤体积（m3）W上s—河段上站来沙量（t）；W入s—河段区间来沙量（t）；W出s—河段区间引出沙量（t）；W下s—河段下站输沙量（t）；ρ'—河段泥沙冲淤量干密度（t/m3）。；

2.2断面法计算原理

断面法计算河段冲淤量的原理：下一测次断面面积减去上一测次断面面积，得到本断面该时段的冲淤面积，河段内相邻断面的冲淤面积的平均值与河道断面间距相乘之后累加，得到河段的冲淤体积，按照某个河段均匀冲淤的假设，得到该河段的冲淤厚度。公式如下：

式中：Ani—上一测次断面面积（m2）；Ani+1—下一测次断面面积（m2）；△Ai—本断面的冲淤面积（m2），负为冲，正为淤；△Ai-1—上断面的冲淤面积（m2）；△Vi—本断面与上断面间的冲淤体积（m3）；△V—河段内的冲淤体积（m3）；△L—河道断面间距（m）。

3　柳河流域河道泥沙淤积厚度计算

3.1柳河流域泥沙概况

柳河是辽河中下游右侧的一条多泥沙支流，发源于内蒙古奈曼旗的双山子，流经内蒙古的库仑旗、科左后旗及辽宁省阜新县、彰武县、新民市等六个市、县、旗，在新民市城南王家堡村附近注入辽河。河流全长302 km，总流域面积5345 km2。据统计，1957-2011年，柳河闹德海水文站多年平均含沙量为48.85 kg/m3，彰武水文站多年平均含沙量为22.64 kg/m3，新民水文站多年平均含沙量为18.96 kg/m3，属于典型的多沙河流。柳河闹德海以上流域平均侵蚀模数达4000 t/（km2·a）以上，1957-2011年闹德海水库多年平均出库沙量1093.66×104t，其中619.87×104t（占闹德海出库沙量的56.68%）淤积在下游闹德海～新民河段，另外473.78×104t（占闹德海出库沙量的43.32%）泥沙泄入辽河，成为辽河下游泥沙的主要来源。

3.2流域产沙特性

3.2.1泥沙来源

柳河的泥沙主要来自闹德海以上地区，其中南支扣河子、北支养畜牧河和中支铁牛河上的三个水文站的来沙量占闹德海来沙量的比重为：石门子站为48.90%，三家子站和白庙子站为45.80%，养畜牧河、铁牛河泥沙侵蚀模数分别为5900 t/（km2·a）和7380 t（km2·a），为柳河流域泥沙侵蚀模数最大的地区。

3.2.2泥沙的年际、年内变化

柳河流域输沙量的年际变化很大，最大年输沙量与最小年输沙量的比值为301～18164倍。柳河流域输沙量的年内分配极不均匀，每年的输沙量主要集中在汛期，汛期又集中在七、八月的一次洪水过程。闹德海多年平均汛期入库沙量占全年沙量的92.58%，大水年这种情况尤为突出，如1963年，汛期入库沙量占全年的98.80%，7-8月入库沙量占全年的98.30%。

3.3基础资料

3.3.1水文站泥沙实测资料

柳河干流上有闹德海、彰武、新民3处水文站，除彰武水文站1956年1月至1967年5月、2001年、2002年没有泥沙测量资料外，其他2站均有1957～2011年实测泥沙资料。各水文测站分布情况见柳河流域水系图（见图1）。

图1　柳河流域水系示意图

3.3.2河道断面资料

柳河河道断面资料有1980年闹德海水库坝下～柳河口段河道断面，共计55条；2005年闹德海水库坝下～柳河口段河道断面，共计64条，其中，桥梁断面10条；2013年闹德海水库坝下～彰武县城段河道断面，共计29条，其中，桥梁断面4条；2015年彰武县城～柳河口段河道断面，共计36条，其中，桥梁断面6条。

3.4计算结果

3.4.1输沙率法泥沙冲淤计算

柳河闹德海水库坝下～河口段没有较大支流汇入，也没有较大水量引出，因此，本次计算时假设柳河相邻两个水文站的输沙量的差值，即为该河段的冲淤量。按照闹德海水文站与彰武水文站之间、彰武水文站与新民水文站之间、闹德海水文站～新民水文站之间的泥沙均匀铺设在本段河道内的假设，1957～2011 a，柳河河道淤积厚度计算值见表1。

表1　柳河河道淤积高估算（输沙率法）值表

由表1可见，1957-1979年丰水时段，闹德海水文站～彰武水文站河段，年平均淤积8.70 cm，彰武水文站～新民水文站河段，年平均冲刷0.10 cm，闹德海水文站～新民水文站河段，年平均淤积0.04 cm；1980-2011年枯水时段，闹德海水文站～彰武水文站河段，年平均淤积0.70 cm，彰武水文站～新民水文站河段，年平均淤积0.40 cm，闹德海水文站～新民水文站河段，年平均淤积0.60 cm；1957-2011年，经历了一个包含丰水年、枯水年的长系列后，闹德海水文站～彰武水文站河段，年平均淤积3.60 cm，彰武水文站～新民水文站河段，年平均淤积0.40 cm，闹德海水文站～新民水文站河段，年平均淤积1.90 cm。

3.4.2断面法泥沙冲淤计算

柳河实测1980年、2005年闹德海水库坝下～柳河口段河道断面，2013年闹德海水库坝下～彰武县城段河道断面，2015年彰武县城～柳河口段河道断面。2013-2015年，柳河没有发生过大洪水，河道基本没有变化，可以把2013年断面、2015年断面看做一套断面。本次以1980、2005、2013及2015年柳河河道地形为基础，通过断面法来分析河道的冲淤，1980-2005年，闹德海坝下～彰武水文站河段共冲刷9.90 cm，彰武水文站～新民水文站河段共淤积12.30 cm，新民水文站～河口河段共淤积28.00 cm；2005-2013（2015）年，闹德海坝下～彰武水文站河段共冲刷6.10 cm，彰武水文站～新民水文站河段共冲刷4.10 cm，新民水文站～河口河段共冲刷29.80 cm。

3.5计算结果分析

《河道整治设计规范》A.1.4“对多沙河流或冲淤变化较大的河流应采用输沙率法和断面法同时计算，计算成果宜采用断面法成果。当两种成果相差较大时，应分析产生差别的原因后合理确定。”由于柳河自1980年至今，总体上处于枯水时段，因此，本次断面法泥沙淤积厚度仅能代表1980-2015年的情况，因未包含丰水时段、中水时段，代表性不强。输沙率法的计算时段为1957-2011年，系列较长，并包含了丰水时段、中水时段和枯水时段，代表性好，因此，本次计算采用输沙率法成果是比较合理的。

4　河道淤积厚度采用

由输沙率法泥沙冲淤计算成果可知，柳河闹德海水文站～新民水文站河段，多年平均淤积1.90 cm。新民城市段防洪标准为50 a一遇，农村段防洪标准为20 a一遇，堤防合理使用年限分别为50 a和30 a。考虑到淤积一定年限后，河道有淤积平衡的趋势，本次以使用年限的一半作为淤积年限，则新民城市段河道25 a淤积50 cm，农村段河道15 a淤积30 cm。柳河闹得海水库坝下～彰武县城河段，河道平均宽度约为800～1800 m；彰武城市段河道宽度约为450 m，彰武城市段单宽流量约为6.70 m2/s；新民段河道宽度为1050～4300 m，新民段单宽流量多在2 m3/s以下。彰武城市段是柳河河道宽度最小的河段，根据泥沙淤积一般规律，彰武城市段泥沙淤积程度应较其上、下游河段轻，彰武城市段河道淤积厚度取20 cm。本次河道淤积厚度计算成果与《柳河（彰武县段）防洪治理（一期）工程初步设计报告》和《柳河新民城市段防洪应急工程初步设计报告》的成果也是一致的，这也符合设计成果的延续性和一致性。

参考文献

［1］辽河下游泥沙治理措施思路专题研究［R］.辽宁省水利水电勘测设计研究院，2009（6）.

［2］柳河（彰武县段）防洪治理（一期）工程初步设计报告［R］.辽宁省水利水电勘测设计研究院，2015（7）.

（责任编辑：左英勇）

中图分类号：TV91

文献标识码：A

文章编号：1673-8853（2016）04-0118-03

作者简介：金文（1983-），女，工程师，主要从事水利规划设计工作。

收稿日期：2016-01-22