小浪底水库拦沙运用期大洪水对温孟滩移民安置区河段影响的试验研究

摘要：小浪底水库移民安置区温孟滩河段河道整治模型试验研究结果表明，在水库拦沙运用期冲刷严重的初始河道地形条件下遭遇大洪水后，河势变化不大，河道整治工程对大洪水是基本适应的，但存在个别工程入流过死，局部冲深大和送溜不力等情况。由于前期河床已冲刷下切,河槽泄洪能力大大增加，洪峰期(Q=10000m3/s)基本未出现明显漫滩。本文对局部冲刷的基本规律也作了探讨。

关键词：河势 局部冲刷 河道整治工程 小浪底水库移民安置区河段 黄河

黄河小浪底水利枢纽温孟滩移民安置区河段位于小浪底工程下游约30km处，该河段西起孟县境内207国道的洛阳黄河公路桥，东至洛河口对岸的温县大玉兰控导工程以下2.5km，东西长40km，右岸为邙山山麓，左岸为温孟大滩。根据小浪底库区移民规划，需在温孟滩区安置移民4.7万人。

温孟滩移民安置区绝大部分为70年代以来形成的低滩地，受河势影响大，为保证移民安置区的安全，需对该河段采取必要的河道整治工程措施。为此，有关部门提出了河道整治方案，主要是对现有工程进行上续、下延，并通过修筑防护围堤，将左岸控导工程首尾相连，保护移民滩区在大洪水时不漫滩。由于该河段河道演变复杂及整治工程的重要性，应对其整治方案的合理性及对不同水沙条件的适应性进行多方面研究，因而，开展了温孟滩移民安置区河段河道整治河工动床模型试验。

1 试验边界条件

根据三门峡水库运用经验，在水库拦沙运用初期往往是下游河道冲淤变化最大、河势调整最剧烈、对河道整治工程影响最明显的时期。因此，为考虑对下游河道整治工程影响最不利的水库运用时段与水沙条件的组合情况，专门开展了小浪底水库拦沙运用期遭遇大水少沙型洪水的试验研究。

试验组次的设计条件是：假设小浪底水库首先下泄1961～1964年水沙过程后，又泄放洪峰流量达到10000m3/s的“82.8”放大型洪水过程，因此，试验的初始地形是在2000年地形[1]基础上通过施放1961～1964年三门峡水库下泄清水过程塑造而成。在三门峡水库拦沙下泄清水运用期，黄河下游河道累积冲刷量达23亿t，其中温孟滩河段冲刷量占全下游的约20%。且在冲刷过程中，河势由宽浅散乱趋于窄深归一，某些断面下切相当严重。尤其在1964年大水期(三门峡水库入库洪峰流量为12400m3/s，出库为4900m3/s)，大部分断面深泓点下降幅度达4～6m，最大达10m。因而可预估，在小浪底水库于2001年建成投入运用后的拦沙运用期下泄清水阶段，下游河床冲淤演变也会受到很大影响。若在对工程安全不利的此类地形前提下，河道又遭遇大水少沙型的洪水，河床将作何调整，规划的河道整治工程能否适应此类大洪水的河势变化，工程局部冲刷是否会进一步加剧，等等，是值得研究的问题。

2 试验水沙条件

根据上述试验目的，选择了1982年汛期(7月29日～8月9日)的洪峰过程(简称“82.8”洪水)。该水沙过程的特点是洪峰流量大，含沙量低，属于大水少沙型洪水，且沙峰稍滞后于洪峰。进一步考虑到温孟滩移民安置区防护围堤的设防标准为10000m3/s，故以此洪水过程为基础，采用同倍比法将小浪底洪峰流量放大至10000m3/s，沙量按输沙率相应放大，以此作为小浪底拦沙运用期河床冲刷下切后遭遇的大洪水类型，其概化水沙过程见图1。

3 模型设计

模型模拟河段为小浪底至孤柏嘴，该河段河床边界条件极为复杂，上段为砂卵石宽浅多汊型河段，下段为沙质游荡型河段。模型设计充分参考了黄河水利科学研究院关于黄河动床模型的有关研究成果[2，3]，尤其是近年来提出的河工模型相似律[4]，并通过认真分析原型河道的水力条件、边界条件和进行的预备试验结果，提出了“分段设计、过渡处理”[5]的设计方法，对该河段河工动床模型进行了设计。特别是在模型沙的处理上，根据起动相似条件，上段采用天然沙作为模型床沙，下段采用郑州热电厂粉煤灰作为模型床沙，并通过验证试验进行过渡处理，从而完成了从卵石河床到沙质河床到沙质河床的过渡转变。试验结果表明，本设计可满足水流阻力、河床演变、泥沙起动及输移等方面的相似要求。设计的主要比尺见表1。

图1 小浪底站“82.8”放大型概化水沙过程

Generalized water and sediment process of "82.8" magnifying type at Xiaolangdi station

Q=4000m3/s、S=200kg/m3的水沙条件和本次试验大水少沙型洪水的整治工程的着溜位置、入溜角和送溜长度等表征控导作用的参数。依据整治原则，并参照设计流路等有关设计参数，对工程适应性进行了评价(表2)。在不同的水沙条件下，各工程的适应程度是不一样的，如在清水冲刷条件下，逯村工程表现出着溜位置严重上提，而大玉兰工程则下挫严重；对于高含沙洪水，赵沟工程和裴峪工程均表现出上提严重的着溜情况。总体分析认为，该河段河道整治工程对中水以上的洪水适应性相对较好，基本适应诸如“82.8”放大型洪水的河势变化，但对小流量和高含沙洪水来说，其个别工程适应性相对较弱。

据上述分析，对工程平面布设的设计方案[7]提出如下调整建议：(1)对铁谢险工送溜段进行适当调整，避免逯村工程入溜偏上；(2)赵沟工程上延可由原计划的上延25道坝减为20道坝；(3)为了增强逯村工程下首对围堤的掩护作用，可适当增加2道潜坝；(4)在增大化工工程送溜段曲率半径的前提下再对其下延2～3道坝；(5)裴峪工程应修建护湾型上延工程1200～1500m。

表2 工程适应性分析表

Adaptability analysis on the works

4.洪水过后，局部冲深均有所增加，但南北工程局部冲刷特点不同，在相同流速下，因南岸工程的入流角大于北岸工程入流角，所以南岸的局部冲深大于北岸工程局部冲深；

5.由于个别工程的平面布设及曲率半径不甚合理，工程的下延长度嫌短，因此不能完全适应河势的变化，如出现入流过死，出流散乱外摆等不利河势。为此，提出的工程调整建议为：逯村工程增加2道潜坝；赵沟工程上延可减少5道坝；化工工程在增大送溜段曲率半径的前提下再下延2～3道坝；裴峪工程修建上延护弯工程，另外，需要对逯村～开仪、化工～大玉兰之间的防护围堤上段堤根进行防护处理。

总之，试验表明，多数工程对河势的控导作用是较理想的，没有出现大的畸形河湾，水流相对归顺，河床冲淤调整不明显。但是，对于诸如赵沟工程、裴峪工程的局部冲深较大问题应给予足够重视。

由于黄河的复杂性及模型的局限性，上述认识只是在特定的地形、水沙条件下得出的，因此，尚待根据更多试验组次研究才能得出进一步的认识。

参 考 文 献

[1] 韩巧兰。小浪底水库拦沙运用期温孟滩河段冲淤计算及成果分析。黄河水利科学研究院，黄科技第BZ-9806-044，1998.

[2] 李保如，屈孟浩。黄河河道演变的物理模型试验。见：黄河水利委员会水利科学研究所科学研究论文集。郑州：河南科学技术出版社，1989.

[3] 屈孟浩。黄河动床模型试验相似原理及设计方法。见：黄河水利委员会水利科学研究所科学研究论文集。郑州：河南科学技术出版社，1989.

[4] 张红武，江恩惠等。黄河高含沙洪水模型的相似律。郑州：河南科学技术出版社，1994.

[5] 姚文艺，刘海凌，王卫红等。河型变化段河工动床模型设计方法研究。泥沙研究，1998，(4).

[6] 尹学良等。 河型成因研究及其应用。泥沙研究，1999，(2).

[7] 河南黄河河务局规划设计研究院。温孟滩移民安置区河道工程初步设计(要点). 河南黄河河务局，1993.1.

[8] 侯素珍。黄河小浪底水利枢纽温孟滩移民安置区河段清水期演变河床趋势分析。黄河水利科学研究院，黄科技第97044号， 1997.

[9] 王卫红等。小浪底水库拦沙运用末期大水少沙条件下温孟滩河段河道整治工程适应性试验研究。黄科技第97067号，1997.