洪水对黄河下游淤滩刷槽影响试验研究

2022-07-12戴军利

治淮 2022年6期

姜波陈建戴军利

（1.德州市水利事业发展中心德州 253014 2.德州市潘庄灌区运行维护中心德州 253014 3.德州市河道管理服务中心德州 253014）

1 研究目的

众所周知，黄河下游河道尤其滩区边界条件复杂，导致漫滩洪水的演进过程和冲淤演变规律难以确定。多数漫滩洪水具有“淤滩刷槽”的特性，洪水过后主槽排洪输沙能力将显著提高，与此同时“二级悬河”程度降低；然而也有部分含沙量较高的漫滩洪水，会造成主槽的严重淤积、降低主槽排洪输沙能力。研究发现，滩唇附近的滩区是漫滩程度较小的洪水淤积主要集中地，增大了“二级悬河”的程度；然而也有一部分漫滩洪水滩地淤积并不多，但塌滩现象严重，从而导致滩地总体上是冲刷的。因此，需要对漫滩洪水“淤滩刷槽”特性及其相应机理进行深入的分析和研究。

本项目主要是通过实体模型试验，以“82·8”洪水为依据，保持现状地形条件和水沙量不变，仅改变洪峰量级的情况下，以水流、泥沙实际过程为基础，以河道边界为控制范围，通过河流模拟知识进行模型试验设计。并借助设计的模型进行试验，研究黄河下游的淤滩刷槽特性。

2 试验过程及数据分析

2.1 试验模型

本试验选取黄河下游东坝头至高村段作为试验河段，并采用河工动床模型进行研究。模型设计着重考虑悬移质泥沙冲淤相似，对重要比尺采用原型实测资料予以验证，对该河段河床冲淤积规律开展模拟研究。

根据典型河段特点，制作以悬移质运动为主的动床模型，根据多年来在动床模型试验方面的实践经验，本试验选取新型模型沙材料—拟焦沙。其容重γs=2.10tf/m3，若取天然γs＝2.65tf/m3，其水下容重比尺λγs-γ=1.5。

鉴于原型河道为游荡型河道，动床模型设计必须有更高的要求。因此，按照河工模型相似律，同时参考游荡型河流模拟的研究成果，进行模型设计。设计中采用的模型比尺分别列于表1。

表1 模型设计比尺汇总表

本试验以“82·8”洪水为依据，在保证相同洪峰以上水量相同条件下，将其概化为5 个量级洪峰，概化后各方案最大洪峰流量分别6000m3/s、8000m3/s、10000m3/s、12000m3/s 和14000m3/s。具体方案见图1。

图1 各方案进口流量概化图

2.2 .各量级洪水洪峰前后水位变化

图2～图6为黄河东坝头到高村河段6000m3/s、8000m3/s、10000m3/s、12000m3/s 和14000m3/s 流量级下峰前峰后水位的变化图。

通过对比图2～图6可以看出，五次试验最大洪峰量级不同，但每次试验洪峰前后8000m3/s 流量下的水位比4000m3/s 流量下的水位高，4000m3/s 流量下的水位比1500m3/s 流量下的水位高，即流量大，水位高，相同流量下峰后水位比峰前高。

图2 6000m3/s 流量级峰前峰后水位变化图

图3 8000m3/s 流量级峰前峰后水位变化图

图4 10000m3/s 流量级峰前峰后水位变化图

图5 12000m3/s 流量级峰前峰后水位变化图

图6 14000m3/s 流量级峰前峰后水位变化图

3 不同量级洪水峰后各流量水位变化

洪水对河段的淤滩刷槽的影响可以由主槽的深泓点的变化和主槽深泓线的平均冲刷深度来体现。在试验河段内分别选取东坝头、杨庄、禅房、双井、青庄、高村等测点进行相关数据的采集。为便于对试验进行分析，将主槽的深泓点的变化和主槽深泓线的平均冲刷深度的相关数据整理后得到的结论为，洪峰为6000m3/s 和8000m3/s 流量时，除个别断面外，洪峰过后试验河段主槽的冲刷幅度整体比较稳定，深泓点下降不多；洪峰为10000m3/s 和12000m3/s 流量时，洪峰过后整个试验河段主槽的冲刷都较严重，深泓点下降较多；而洪峰为14000m3/s 流量时，洪峰过后试验河段上游主槽冲刷稍严重，而中下游影响较小。

排除试验误差的影响，6000m3/s 和8000m3/s 时，整个试验过程中的水流大部分均在主槽运动，主槽流量变化不大，深泓点下降较少；而10000m3/s 和12000m3/s 时，可能有较多洪水上滩，滩区分流水量较多，当流量逐渐增大时，由于有滩区分流，滩区进口处主槽流量下降，对主槽的冲刷能力也减弱，后来由于滩区出水，主槽流量增大，对主槽的冲刷能力增强，深泓点下降较多。

通过计算不同洪峰量级下主槽深泓线的平均冲刷深度，从整体可以看出，主槽的河底平均冲刷深度随距离的增加而增大，也表明洪水过后河道纵比降增大，流速增加，水流挟沙力增大，主槽冲深，而洪水流量大，导致水流漫滩，挟带的泥沙在滩地沿程淤积，主槽窄深加剧，主槽过水断面面积大幅度减小，因此在峰前峰后相同流量下，峰后水位上升。