河床演变均衡稳定数学模型由目标函数和约束条件及计算条件组成,分述如下。......
2023-06-23
根据黄河下游各河段的多年平均悬移质和河床质泥沙级配资料,应用河床演变均衡稳定数学模型计算了黄河下游各河段河槽的均衡稳定断面和输水输沙优化的临界指标,提出恢复和维持稳定中水河槽的措施,计算恢复稳定中水河槽的冲淤调整量,为黄河下游水沙资源多目标优化配置数学模型提供维持稳定主河槽的配置约束条件。
12.9.1.1 河床均衡稳定计算结果
各级造床流量在不同含沙量条件下计算的河槽均衡稳定断面表明,来水含沙量约在60~100kg/m3之间,黄河下游游荡性河段最为宽浅,如图12-14所示。上段游荡性宽浅河段的滞沙作用使泥沙沿程沉积分选变细,对下段窄深的弯曲性河段的形成起了重要作用,如图12-15所示。维持下游稳定主河槽是一个动态过程,维持主河槽的稳定断面大小取决于造床流量大小,稳定断面形态与来水含沙量及级配有关,来沙级配粗,河槽断面宽浅,来沙级配细,河槽断面窄深,小浪底水库滞洪拦粗排细运用对维持下游稳定主河槽是有利的。对维持黄河下游河槽不利的来水含沙量范围因来沙级配而异,综合而言,来水含沙量约在60~100kg/m3范围内对维持稳定的主河槽是不利的,其中含沙量在70~80kg/m3之间是最不利的,含沙量小于50kg/m3或大于120kg/m3是有利的,黄河下游的平均河床坡降大约从花园口水文站的2‱降到利津水文站的1‱,黄河下游恒定流的平衡输沙能力约15~20kg/m3,高含沙水流的计算平衡输沙水面比降约大于2‱,反映了黄河下游高含沙水流有多来多淤多排的特点。黄河下游河道的主要造床过程是非恒定流非饱和输沙引起的涨冲落淤过程,非恒定流对维持黄河下游主河槽尤为重要,充分利用涨冲落淤的规律冲刷河槽,非恒定流有挟沙能力大、节省水量和洪峰传播速度快等优点。如果小浪底水库长期泄放小流量、非恒定性不强的流量过程,河道将自动调整萎缩适应这种来水来沙条件。
图12-14 小浪底—夹河滩河段均衡稳定断面计算
图12-15 洛口—利津河段均衡稳定断面计算
12.9.1.2 恢复和维持稳定中水河槽的措施及冲淤调整量
恢复和维持黄河下游稳定中水河槽的措施主要包括改善小浪底水库运用和下游河道的整治及疏浚。根据数学模型计算结果,改善小浪底水库运用的主要措施有:①强化非恒定流调水调沙,充分利用小浪底水库人造洪峰涨水迅速、洪峰频次多、洪峰流量递增的脉冲型非恒定流过程;②调控不利来水含沙量,拦蓄含沙量在60~100kg/m3之间的中等含沙水流,通过水库滞洪拦粗排细,将出库水流含沙量调整为50kg/m3以下较低含沙的非恒定水流下泄。
考虑到黄河下游洪峰传播过程中洪峰将调平和泥沙分选细化,根据模型计算结果,建议在夹河滩以上宽浅的游荡性河段按流量4000m3/s和输水输沙优化限制含沙量50kg/m3的输水输沙能力塑造和维持稳定中水河槽,夹河滩以下萎缩河段按流量4000m3/s和含沙量40kg/m3的输水输沙能力恢复和维持稳定中水河槽。利用泥沙资源将上段宽浅游荡河槽塑造为较窄深稳定河槽,夹河滩以上河段可容纳泥沙约3.25亿t,使泥沙沿程分选细化,有利于冲刷下段萎缩河槽,恢复夹河滩以下河槽要求冲刷泥沙约4.45亿t。如果规划在8年时间内恢复下游稳定中水河槽,夹河滩以上河段年平均可容纳泥沙约0.406亿t,恢复夹河滩以下河槽要求年平均冲刷泥沙约0.556亿t,冲淤合计下游年平均冲刷泥沙量0.15亿t,考虑到2000~2002年下游河槽年平均冲刷了约0.723亿t,通过强化小浪底水库调水调沙运用,以拦粗排细运用为主,结合河道整治和疏浚,在8年时间内恢复下游平滩流量约4000m3/s的中水河槽是可以实现的。
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