水库下游河床冲刷下切问题的探讨(精)

水库下游河床冲刷下切问题的探讨

摘要：建坝后水库下泄水流挟带的床沙质含沙量减少，坝下游河床出现冲刷。作者利用26条河流坝下游冲刷的资料，建立了深泓最大冲刷深度与建坝前后多年平均洪峰流量变化的关系。它可用来粗估坝下游河床的冲刷深度。

关键词：水库下游河道；河床冲刷；河槽下切

1 引言

建坝以满足人类日益增长的对水资源及其利用的要求仍是当今世界，特别是发展中国家在水利建设中的一项重要任务。我国正在兴建的大坝就多达几十座，而规划设计中的还更多。建坝带来效益的同时，也不可避免地会有不同程度的负面影响。诸如对环境生态的不利影响。在建坝的规划设计时，要明了建坝可能带来那些问题，进而考虑尽可能采取必要的措施解决它们。

建坝改变了坝址上游的边界条件，河流输移的泥沙将在水库内淤积；同时，建坝改变了坝下游的水沙状态，使下泄的水流变清，洪峰流量减小，等等。在这样的条件下，坝下游的河床就会出现各式各样的变化；在一些河流，特别是多沙河流上，就可能出现冲刷，使河岸坍塌，河床下切，从而引发一系列的问题；诸如滩地损失，并危及其上的建筑物，甚至居民及其财产；危及河工及水利建筑物的安全。这样的例子不胜枚举［１，２］。

建坝以后坝下游河道的变化表现在许多方面，如水沙情况，河床冲刷，床沙粗化，纵剖面以及横断面调整，甚至河型也有可能出现调整，以及随之产生的生态环境的变化等［３］。

以往对坝下游河床变化的研究多是针对己经发生的情况进行分析，然后根据一定的理论对河床今后可能发生的变化作出预估。随着泥沙数学模型的发展，目前已经可以利用它们计算坝下游将要出现的某些方面的情况。如利用一维泥沙数学模型计算长距离河床的纵向冲淤变化，利用二维泥沙数学模型计算短河段的纵向及横向变化。三峡工程下游河道冲刷的一维泥沙数学模型计算就是一个范例，其结果显示，“葛洲坝以下的河床下切有三大特点，即下切河段长，幅度大和时间长；下切范围可远至黄石和武穴一带（距葛洲坝约759～829 km）；下切幅度最大的河段是下荆江藕池口至城陵矶（距葛洲坝约 225～400 km），冲深5.１～７.０m；三峡工程运用到50年时，城陵矶至螺山河段冲刷达到最大值，下切平均深度约为５m ，三峡工程运用到100年时，宜昌以下各河段仍未回淤到天然状态”［４］。如果出现与数学模型的预测结果相接近的情况，长江中下游的堤防工程，防洪抢险，生态环境等多方面均会受到明显的影响。

由于天然河流的个体差异，各个河流的变化情况自有一定的区别。只有掌握其变化的内在规律，才可能在复杂多变的情况下，作出符合实际的分析。

2 坝下游河道冲刷实例

全世界现有8万多座坝，其中1.8万座是大坝（按国际大坝委员会的规定，坝高超过15m的为大坝）。但是，关于坝下游河道变化的资料则如凤毛麟角，而有详尽资料的（如包括坝下游河道的床沙资料）则几近阙如。经过一番努力，作者搜集到26条河坝下游河床下切的资料，其中有我国的黄河，汉江，永定河，埃及的尼罗河，加拿大的南Saskatchewan河，及美国的21条河，其简要

情况见表1［５～６］。需要指出的是，这些资料并不完整。如在26条河流中，仅有9条河流有床沙的资料，而它是影响河道冲刷至关重要的一个因素；这就使在以后的分析中，无法将床沙作为一个影响因素包括在企图建立的影响河道冲刷的参数之内。

表1中有些河流的情况需作一些说明。

黄河三门峡水库于1960年9月蓄水运用，至1962年因水库淤积严重，而改为滞洪排沙运用。但因泄流规模小，泄水孔位置偏高，水库淤积持续发展，遂于1964年底开始工程改建，加大泄流规模。表1采用1960～１964年作为清水冲刷的时段。由于这一时段仅历时4年，如果继续保持蓄水运用方式，估计河床下切将会持续发展。另外，最大冲深是铁谢主槽的平均值。

永定河官厅水库于1953年自然拦洪，而1959年后长期处于断流状态，河槽冲刷仅出现在1953～1959年期间。

编号5的河流位于加拿大，编号6～２６的河流均位于美国。

从表1可以看出，各河流坝下游冲刷的情况差别是相当大的，其主要参数的变化范围如下：最大冲深：0.55～9.0m,距坝里程：0.8～160km,出现年份：３～３６年，床沙d50:0.105～0.43mm。

表1中的最大冲深是某个断面的深泓冲刷深度，而有些文献是用断面平均冲刷深度反映河床冲刷情况的，如前面提到的三峡坝下游冲刷的情况。这两者之间的差别在有些断面还是相当大的。如尼罗河的断面平均冲深一般只有1m，而最大冲深竟达到5.67m。汉江的断面平均冲深约为5m，而深泓最大冲深达９m。需要强调指出的是，在考虑河床冲刷的影响时，不能忽略最大冲深的影响。