2005年黄河调水调沙期间入海泥沙扩散研究

2010年

海洋湖沼通报

Transactions of Oceano log y and Lim no logy

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2005年黄河调水调沙期间入海泥沙扩散研究*

李 平1,丰爱平1,陈义中2,陈沈良3

(1.国家海洋局第一海洋研究所,山东青岛266061;2.上海市环境科学研究院,

上海200233;3.华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海200062)

摘 要:针对黄河调水调沙试验开始前,黄河入海水沙通量非常少,调水调沙试验开始后,入海径流量和泥沙量增加近10倍的情况。通过2005年黄河调水调沙入海泥沙扩散的数值模拟,并结合收集到的黄河口卫星航片解译结果,研究结果表明,调水调沙实验开始后黄河入海水沙量急剧增加,由于地形及射流效应,入海水沙出河口后形成E和SE方向为主扩散的泥沙流,但其扩散范围有限,呈现以河口为中心的扇形分布格局,最大影响距离约20km40km。风作为悬浮泥沙扩散的驱动力,成为泥沙扩散运动方向和大小的重要决定性因子。

关键词:黄河口;调水调沙;入海泥沙;扩散范围

中图分类号:TV213 文献标识码:A 文章编号:1003 6482(2010)04 072 07

引言

调水调沙是在充分考虑黄河下游河道输沙能力的前提下,利用水库的调节库容,对水沙进行有效的调节和控制,适时蓄存或泄放,调整天然水沙过程,使不适应的水沙过程尽可能协调,以便于输送泥沙,从而减轻下游河道淤积,甚至达到冲刷或不淤的效果,实现下游河床不抬高的目标。2002-2004年期间共进行了3次调水调沙试验工作,第一次2002年7月4日开始,历时11d,利津站入海水量23.2亿m3,沙量0.504亿t;第二次2003年9月6日开始,历时12.4d,入海水量27.68亿m3,沙量1.151亿t;第三次2004年6月19日开始,累计历时26d,入海水量47.3亿m3,沙量0.607亿t。2005年黄河调水调沙的启动,标志着调水调沙已经由试验阶段正式转入生产应用阶段。黄河泥沙入海及其运移扩散是调水调沙过程的重要组成部分,迄今为止,有调水调沙相关研究主要集中在黄河调水调沙试验效果分析,对河口区段的影响及其评价,有关黄河入海水沙扩散的研究仅李广雪于1999年进行过相关研究,总体来看有关调水调沙期间入海泥沙扩散的研究相对较少[1 8]。为此,本文作者依据2005年调水调沙期间黄河利津站入海水沙通量数据资料,利用数值模拟和黄河口的卫星航片解译相结合的方法,对调水调沙期间主流快速摆动的过程及其泥沙扩散运移范围进行了讨论。

1 概 论

1.1 2005年黄河调水调沙概况

2005年黄河第4次调水调沙试验于6月16日正式启动,2005年7月1日05:00,小浪底水库下泄流量骤减至570m3/s,转入汛期正常调度,2005年黄河调水调沙水库调度阶段结束。小浪底水库首次正式实施调水调沙,标志着黄河调水调沙作为黄河治理开发与管理的常规措施,正式转入生产运用。此次调水调沙冲刷了下游河道,改善了下游!瓶颈∀河段,提高了主槽过洪能力等。与此同时,此次运用不仅将6640万t泥沙输送入海,同时还找到了黄河下游泥沙不再淤积的

*基金项目:国家海洋局环境保护司(BJ03 03);海洋公益性行业科研专项经费项目(200805063)资助。

第一作者简介:李 平(1981 ),男,硕士,从事河口泥沙输运、扩散研究。Email:lp@.

收稿日期:2009 12 29

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临界流量和临界时间。

1.2 数据资料的收集及其处理

本文利用的主要资料包括黄河口利津水文站水文泥沙观测资料、已有研究估算得到文中所使用的数据资料。研究的方法以2005年调水调沙期间相关研究结果为主,辅以利津水文站逐日实测水沙资料。文中所采用的卫星遥感资料主要为收集的前人在该地区所作的调查研究报告,卫星遥感数据资料的分析解译采用遥感资料解译与实测悬沙浓度之间建立关系式,进而进一步修正关系式,后建立合理的悬沙浓度分布遥感影像图。1.3 调水调沙期间水沙通量变化特征

调水调沙是在科学调节多个水库水沙相互合理对接的基础上,在小浪底水库形成短

期人造洪水,实现冲刷下游河道、修复下游生态环境和减少水库淤积的多重效应。以黄河口利津水文站2005年逐日实测水沙资料为依据,图1分别为2005年黄河入海水沙通量变化过程图,由图可见:黄河调水调沙前利津水文站日径流量平均值约186.48m 3/s,日输沙率平均值小于0.25t/s 。调水调沙期间最大流量2790m 3/s,出现时间为2005年7月11日,同日日输沙率为44t/s,翌日日输沙率达最大值98.5t/s 。此次调水调沙运行,利津站日径流量和输沙率平均值分别为1980.97m 3

/s 和33.37t/s,2005年全年两者平均值分别为656.74m 3

/s 和6.03t/s,此次调水调沙期间利津站日径流量和日输沙率为2005年全年均值的近3倍和5

倍。

图1 2005年调水调沙前后利津水文站日径流量变化图(,)

F ig.1 L ijin Station daily runo ff changes befor e/after the test for wat er and sediment r egulat ion in 2005

由2005年调水调沙期间水沙通量变化过程可见,调水调沙开始后利津站日径流量和日输沙率由6月14日671m 3/s 和5.97t/s 突增至6月15日的1479m 3/s 和22.6t/s,高水沙通量持续至7月14日的816m 3/s 和19.6t/s,输沙率具有明显的滞后效应,继续保持高值后逐步恢复到调水调沙前的量值。总体来看,调水调沙前、调水调沙期间及调水调沙后,黄河入海水沙通量呈现明显的低-高-低的变化过程,这种特点对黄河入海泥沙扩散有着明显的影响,有助于形成集中输沙,聚沙外输的优势[9]。

2 黄河入海流路的变化

影响黄河入海泥沙扩散方向和范围的因素很多,例如河口沟槽走向、地形地貌特征、潮流及风浪等均为其重要的影响因子。自黄河1996年人为由清水沟流路改道走清8断面入海后,入海主流路由偏东南向改往偏东,甚至偏东北向,对莱州湾的影响由直接影响变为间接影响,悬浮物在莱州湾无论扩散距离和范围更趋于减小。

从黄河泥沙扩散过程来看,一般情况下,黄河径流量非常小,由黄河进入河口区的泥