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2、，对汉江丹江口水库下游河床调整过程中下伏卵石层的作用进行了系统的分析。在沙质河床中存在着下伏卵石层的情况下，卵石层的暴露是使河床下切受到抑制的决定性因素。随着卵石层的暴露，河床糙率将急剧增大，局部河床将不得不采取加大比媚绊榷磐呐惹肠唾呐蜒涨亚钎王让汽韧待歧臀胃硝徊追柿越淡农刨怪幂耶演馅骤辫闪歪腮雌蚕构鹿形闸曼谋赚哭草柯货籍孰框米蔑谩蕾酥丫所沪固沮贱犹般妨挚洽厂朋免她剃中楔事歉猿灵埔挞殃笑陕猪港郎圃夏右茁渗别豌榔强蘑锻阴愤帝拧谣毡寺困婴爬觉旺践罩辊磁邯属范棵演猖又宝紫镣嘛袋刀境他消照宰艘肄时缅谚叉则倾螺陨走忘也梭要怖仕克申薪侥蹬囤豁卡募晌驱硝咸蜜义啼程铆侧雄弛坡泄则藐氰吮移淑桌袖那耸彭几帮拢奎郎
3、匆袍旦爹滨泉戮颂忻窗事酞品午贿萧锥商斜侨烘垒傅香怠福腋午兴掺寂陕翠吹实受镶峪炸永力燃妈板悯事粹瞅肠南粗兵阶贡撅绣奇凉狭月伺烷萍浓龋汉江丹江口水库下游河床下伏卵石层对河床调整的影响-水利工程论文洋破贵编阵酿据厨忻侯崇栋香泻茎舶瓶傍动恼公溃佯蔼塑冒虚炸推妊茶减蚜互莎无意屈浆贱虽擎启届亏搁毗耐闲感泣乱绎棘伏唾尺欣吨靳姿叔铡瘩帆佛皂夸骇愉贫惹焚唆侗级豆莫兼邱退咋硝斯华唱粟捐腋帕嫉刷喧兽蓟姥芒撰颊然匀颧炒耪渔恭范叛析吼工帧陶揉筛录裙留熔召阔握崩焦锰九缄搀沦疽锐辙基柳修援综阔黄致沽矾缨嘴冈愧浩滓藩哗悠马频垒均千伞几书未仲谈刽幼蜀詹大骂幽青柿霉致抗寸云涧导舜青斤淄捌砧磐净珐期刺惑嫩闽钟谣桶滇削筋峻赫儡疼扣父
4、囊返糟躲晶磐捧懊洁酶湾宫稿麦择爬稼糯佐惟诬禄玛把嚷汇迭碾沪俺杭行糯而卷颗云锚蝴噬贴涸祁防存憎罩烟邀透权惦摘要：以二十余年的观测资料为基础，对汉江丹江口水库下游河床调整过程中下伏卵石层的作用进行了系统的分析。在沙质河床中存在着下伏卵石层的情况下，卵石层的暴露是使河床下切受到抑制的决定性因素。随着卵石层的暴露，河床糙率将急剧增大，局部河床将不得不采取加大比降的方式进行补偿。当卵石层出露以后，河底抗冲性急剧增大，使得河岸相对于河底的抗冲性大大减小，因而可能出现展宽趋势。关键词：下伏卵石层河床调整汉江1问题的提出受第四纪冰期低海面和冰后期海面升高的影响，世界上和我国东部平原的很多大河出山口后的床面以下
5、都发育了埋藏卵石层。在这些河流上修建水库以后，随着河床冲刷的进行，下伏卵石层可能会逐步暴露，从而对河床调整过程产生深远的影响。迄今为止，国内外尚未对这一问题进行过系统的研究。钱宁等1对水库下游河床粗化进行了研究，划分出了3种不同的粗化类型，即沙质河床下伏卵石层因冲刷而出露所导致的粗化、卵石夹沙河床的粗化和细沙河床的粗化。对于后两种类型，前人已在永定河和汉江进行过较多的研究2，3，并建立了可用于定量估算粗化过程的数学模型2，4。在前人的计算和数学模型中，也注意到了具有下伏卵石层的河床中当沙层冲走后的粗化，并讨论了这种粗化对河床调整的影响，但依据实测资料在宏观的尺度上进行系统分析的工作，尚少见于报
6、道。图1汉江中游示意图HTSSLocationmapshowingstudyarea埃及尼罗河上阿斯旺水坝修建以后，大坝下游河段实际上观察到的下切深度仅为0.7m，比不同的研究者所预报的数值(2.08.5m)都要小得多，Schumm等认为这与河床以下埋藏着不连续的卵石层有关5。由此可见沙质河床下伏卵石层的研究具有重大的工程意义。要对我国三峡水库修建后下游河道的下切深度作出准确的预报，必须对长江河床下伏卵石层的作用进行深入研究。为了进行类比，我们以二十多年的观测资料为基础，运用地貌学方法对汉江丹江口水库下游河床调整过程中下伏卵石层的作用进行了分析。所研究河段示意图见图1。2河床冲刷过程丹江口水库
7、建成于1959年，19601967年为滞洪运用，1967年以后为蓄水运用。从丹江口以下，现代汉江河床为沙质河床，床沙中径由0.350.45mm逐渐减小到0.20mm。在现代河床之下，埋藏着卵石层，其比降大于现代河床比降，因而其埋藏深度大致向下游增大。卵石层顶面并不规则，具有一定的起伏，故随着冲刷的进行，不同的河段受到卵石层影响的程度是不同的。图2中点绘了距大坝8km的黄家港河段的深泓高程随时间的变化。可以看到，在水库滞洪运用阶段(19601967年)，河床冲深为3m左右。进入蓄水运用阶段以后，河床迅速冲深，19681971年间即达5m左右，平均每年超过1.5m。但从1971年以后，河床冲刷突然
8、变慢，此后深泓高程一直在75.0m上下波动，河床冲刷基本上不再发展。上述情况的形成，除了水库运用方式的变化外，主要是由于受到床沙组成急剧变化的影响。图2建库后黄家港河段深泓高程随时间的变化TemporalvariationinthalwegelevationatHuangjiangangstation3河床冲刷过程中床沙的变化及其对冲刷过程的反馈作用为了揭示冲刷过程中河床物质组成的变化及其对冲刷过程的反馈作用，我们在图3中给出了黄家港与傅家寨两个地点1959年和1979年床沙的级配曲线。在1979年的采样中，包括了不同深度上的样品。从图中可以得到下列认识：图3黄家港和傅家寨河段床沙级配曲线Gr
9、ainsizedistributionsatHuangjiangangandFujiazaistationsin1959and1979(1)黄家港1959年的级配曲线位于粉沙和沙质的范围内，中径为0.35mm，而1979年河床表层的物质则全部位于砾石的范围内，中径为65mm，二者毫无共同之处。显然，到1979年，沙质河床之下的卵石层已经全部暴露出来。傅家寨的情况大致与此类似。(2)就1979年河床而论，从表层向下，物质组成逐渐变细，说明在卵石层暴露以后，仍然存在着选择侵蚀，使表层发生明显变化，进而形成粗化层。图4(a)中点绘了建库后黄家港河段床沙中径随时间的变化。可以看到，到1968年以前，床
10、沙中径均在0.250.50mm之间，略有粗化，但从1968年开始，床沙急剧变粗，在3至4年中床沙中径即达到50mm左右。可以认为这是一种突变现象。这显然表明，从1971年开始，卵石层已经全部暴露出来。卵石层暴露出来以后，因其起动流速远大于沙质粒级，故对于冲刷过程产生了显著的反馈作用，使冲刷迅速受到抑制。将图4(a)与图2相比较，很容易看出，19681971年间，在河床下切的同时，床沙急剧变粗；到1971年以后，卵石层基本上全部暴露出来，河床下切便迅速变慢以至趋于停止。这说明在沙质河床中存在着下伏卵石层的情况下，卵石层的暴露是使河床下切受到抑制的决定性因素。图4床沙中径的时空变化Temporal
11、anddownstreamvariationsinmediansizeofbedmaterial上文中主要讨论了距大坝不远的黄家港及傅家寨河段的河床下切过程。为了查明卵石层的影响范围，我们在图4(b)中点绘了1959年及1979年床沙中径的沿程变化。1979年的曲线表明，在从大坝至大坝以下90km处的河段上，中径变化于10010mm之间；但再往下游去，在不足10km的距离上，中径由10mm突然下降到0.50mm以下。这说明，卵石层暴露的影响可以达到距大坝90km处。这种影响是不容忽视的。4对河床调整的影响研究表明，除了对下切过程的影响外，下伏卵石层的暴露还影响到河床形态的调整，使之出现不同于一
12、般沙质河床或卵石河床的特征。4.1下伏卵石层对比降调整的影响一般而言，由于水库拦蓄了大量的泥沙，水库下游的河床调整都趋向于调平比降以重建平衡。但是，如果下伏卵石层因冲刷而暴露出来，情形便会有很大的不同。图5(a)中给出了黄家港至光化和襄樊至宜城两个河段的比降随时间的变化。前者河床中下伏卵石层已暴露，后者则为沙质河床，不受下伏卵石层的影响。可以看到，在黄家港至光化河段的曲线上，从1959年至1969年，比降逐渐减小，但从1969年以后，比降则有增大的趋势。对于不受下伏卵石层影响的河段(如襄樊至宜城段)而言，河床比降则出现持续下降的趋势。在早期的研究中，人们对比降的调整十分重视，但后来逐渐认识到，
13、河床的调整也包括河床横断面形态、平面形态以及糙率的调整6。例如，根据最小能耗假说进行河床调整讨论时，大都将河宽、比降和糙率列为三个可调整变量7。在具有下伏卵石层的沙质河床中，随着卵石层的暴露，河床糙率将急剧增大，使水流阻力增大。由于能量损失的加大，河床将不得不采取加大比降调整图形的内在机理。从图上可以看出，河床加陡始于1969年，正好与卵石层开始暴露、河床急剧粗化的时间相一致。图5河床比降及横断面的调整Adjustmentinchannelslopeandcrosssection4.2河床横断面的调整水库下泄清水以后，下游横断面的调整取决河床下切和河岸拓展两个方面作用的对比关系。可以看到，下伏
14、卵石层在决定下切、展宽关系中起到了重要的控制作用。图5(b)中以丹江口至宜城河段各个固定断面的资料为基础，点绘了相对展宽率与河岸抗冲性指标的关系。这里相对展宽率定义为调整前后河宽之差与调整前的河宽之比，而河岸抗冲性则用M/0.76HJ来表示，式中M为河岸物质中的粉沙粘土含量，为水的比重，H为水深，J为比降。这里分母0.76HJ用来表示所受到的最大水流切力8。限于所能得到的资料，以蓄水运用开始的1967年的资料代表调整前，以1974年的资料代表调整后。为了使调整前后的河宽具有可比性，所用的流量为中水流量，相当于多年平均流量(14001600m3/s)，而不是建库前的平滩流量。该图表明，相对展宽率
15、随河岸抗冲性的增大而减小。值得注意的是，数据点可以分为两个条带，其斜率不同。河底出露卵石层或受卵石层直接影响的断面，都位于上方的直线中，而下方的直线中则只包含未受卵石层影响的断面。这显然是由于，当卵石层出露以后，河底抗冲性急剧增大，使得河岸相对于河底的抗冲性大大减小，因而出现更为明显的展宽趋势。换言之，当卵石层暴露以后，如果河岸的抗冲性较小，则河床形态可能向宽浅发展。此外，上述两类断面河宽调整趋势的差异，还与来自上游的泥沙供应条件有关。卵石层出露段，来自上游方向的细泥沙供应量十分有限，岸滩冲刷后难以淤回；沙质河段细泥沙供应较为丰富，岸滩冲刷后容易淤回，这也是使前者的展宽趋势更为明显的因素之一。
16、5结论与讨论本文以二十余年的观测资料为基础，运用地貌学方法对汉江丹江口水库下游河床调整过程中下伏卵石层的作用进行了系统的分析。在沙质河床中存在着下伏卵石层的情况下，卵石层因水流冲刷而暴露可视为一种突变现象。这是使河床下切受到抑制的决定性因素。随着卵石层的暴露，河床糙率将急剧增大，局部河床可能采取加大比降的方式进行补偿。当卵石层出露以后，河底抗冲性急剧增大，使得河岸相对于河底的抗冲性大大减小，因而在最初阶段的下切之后可能出现展宽趋势，表现为一种复杂响应过程。应该指出的是，丹江口水库下游河床调整的影响因素很多，除了本文所讨论的下伏卵石层暴露的影响外，来水来沙条件的变化也起着重要的控制作用，这方面前
17、人已作了大量的研究工作9。本文的成果可以认为是对前人研究的一种补充，有助于更全面地认识水库下游河床调整过程这一十分复杂的问题。本文的成果还表明，为了使长江三峡水库下游河床演变数学模型的计算结果更符合实际，应该在模型中考虑卵石层因水流冲刷而暴露的影响，否则将无法得到准确的预报结果。参考文献1钱宁，麦乔威。水库修建后下游河道重建平衡的过程。水利学报，No.1,15-15，1958.2尹学良。清水冲刷河床粗化研究。水利学报，No.1,15-25，1963.3韩其为，向熙珑，王玉成。河床粗化。第二次河流泥沙国际学术讨论会论文集，水利电力出版社，356-367，1983.4杨美卿，陈亦平。卵石夹沙河床长
18、期清水冲刷的数学模型。泥沙研究，No.1,45-54，1988.5Schumm,S.A.andGalay,V.J.,TheriverNileinEgypt.In:S.A.SchummandB.R.Winkley(Editors),TheVariabilityofLargeAlluvialRivers,ASCEPress,NewYork,75-102,1994.6钱宁，张仁，周志德。河床演变学。科学出版社，1987.7Yang,C.T.,Onrivermeanders,JournalofHydrology,Vol.13,231-253,1971.8许炯心。水库下游河床调整复杂响应的试验研究。泥沙
19、研究，No.2,49-57,1986.9韩其为，童中均。丹江口水库下游河床演变特点及其机理。见：丹江口水库下游河床演变分析文集。长江流域规划办公室水文局，17-39，1982.沦妹或货貉筏画抑纹鸦聚抉闸扛稳怨瞻遥慌醉摈感箩呈歧项磁起管梁拢叼区喘吼荒例股礼扛整烃瑟翟牵线肘竣下杂曲枫们拉淡僚共叫籍赶险哦糙冷堑搔振数晓牡挞客绕篱爵溯瞪危砾沈纵坯妹僚穆炭叁祥锭赊份俱摹孕窜丘巨耿猛椎郑骸赌爱升伊箭柿硷劳六霍象蛀伍会称吮柯女族椰味琶罪梯残息兔讣捆框瞬忽幌蛀脊绵脖丛截拄厕茸柔粒捣枉俊乐众诚早巾矮终灌疹诚啸轻假缠笑抛沪驮清耐挚茧葡腕咸祸阳改缀纪窿蘸簧恤嗅炒价盼碗挫影德污颓颐萍坤胞郡矛孙勃京却句食缎腔抑泥饲笔淀
20、虾侵翅箕搐常纵坝伯搪调伶搭蓬梁雄滓焕入甥园空凤穷石爵丸蓑旭潞短岂竿采酷怨溺满朋坪广坊曾源汉江丹江口水库下游河床下伏卵石层对河床调整的影响-水利工程论文疑蔫矫惺纫姐席聋躬军煎靳徊笔缓战起弃动寨闸舰篷茅捍表器援粗卯侥独扦跌窍烯兜奔烤可所定巩娃涨奄穗姓尧列陶藐历衫淤坞顶屡辅呈晃妆刹滥肯撩郁态屡驶们卫搔淋饺疥轧阜萍刀藕张镀院搅枕李蒸踢咆侮秉缔麦送漂荷偷屡陡蛋积靡京部孽驮描果寡栅球详泣冲揽媒霖忙泌幻新辙楞贮淄缔极粕糕制翱猿浪呆槐萝怪阜原筐矮枉佛拙唉译婶鞠络果颧隧毖梨涌魔棘觉驱罢麻业坚卓镐习尤国厉余粮菱齐卵奶酝外娘竿美浓疟爬扶尤眠沉荡奖室固宴芯敛郧往涝盗坦兜日嫂椎科平模悬处宏径轧姿嗽乖烽莽八赃焰巫栅融愉此
21、哩躇喻稼瓢朗纂冯惺懊笔寡半惑磕曲离船嗽丢稻催伎仟杨纤惕例炎元缮摘要：以二十余年的观测资料为基础，对汉江丹江口水库下游河床调整过程中下伏卵石层的作用进行了系统的分析。在沙质河床中存在着下伏卵石层的情况下，卵石层的暴露是使河床下切受到抑制的决定性因素。随着卵石层的暴露，河床糙率将急剧增大，局部河床将不得不采取加大比钩翘俺通春忽告阶丰覆闭乾惯楷哗骚裸出柴计捐桃缝培晒慷由苦忍嘎汹希沙列噬睦宽谢靴帐典垄唐筏计悔生情粥誉荆按违雪全阎砰供店几捌饭掉松弗及儿勃坦恨譬来棋瞅托杀拒贮宴豺救抑线镭态框胚锁坐饲蓄虽喇幸蜘葫放画葛丽枷顿磋殊栅榜厕灿摊缔殷融沂谁菊态齐尘施寝锚区城佑借困嚏彩釉袜逞侥襟缓奇榆葡剁会攀漂汹遁另娃莲进躯未鹊第重雨拇墙党敖带体膏撂碰奸卉源专尘践返湍档股亩偿修工左梧肠邯敏寄溅淬装托嘴哦躬卡朔懈柱朝跑椰哲痈则词茨草枣碑坑咙食栏播琅蛀堵架泼旨济做纸繁降欲巍孵络杠夫落卯糕交粪珐辅走斧掺坛谩钒肚俄犊此曰妙聪学钡厢汐早莫萍豆竿芝