水库变动回水区泥沙冲淤特性分析

寇德会

摘要：通过对水库变动回水区泥沙冲淤问题研究的现状、常用方法以及特点进行初步分析，展示了航道港口调整的潜在机理，初步总结了水沙条件改变和河段冲淤变化规律。其分析结果可为降低变动回水区的泥沙淤积量及淤沙浅滩的治理带来一定的参考。

关键词：变动回水区;泥沙淤积;冲淤特性

1.水库变动回水区泥沙冲淤问题研究现状

水库变动回水区是指在一些時间受回水影响、另一些时间回水消失的河段。联系到泥沙的冲淤，则在回水影响到一定程度时产生淤积，而当回水逐渐消失后又产生冲刷。所以变动回水区的泥沙并不是单向的淤积，而是有冲有淤，但以淤积为主。之所以淤积为主，主要是是因为在水库内受了一定程度的回水影响，所以总是有一定的累积性淤积。由于淤积的“翘尾巴”，末端不断上移，所以不仅变动回水区有累计性的淤积，而且它的范围也是不断向上延长的[1]。因此，无论从回水影响或冲淤两方面看，变动回水区具有水库与河道的双重特性。

20世纪60年代初长江水利委员开始对水库长期使用问题进行研究[2]，并围绕三峡工程的泥沙问题，对变动回水区泥沙冲淤特性及其对防洪、航运的影响与对策进行了一系列的研究，取得了一定的成果。而欧美等西方国家的大部分河流在上世纪三十年代相继渠化[3]。他们的管理体制是水利、水运一体化，因而枢纽变动回水区的问题并不突出，并没有相关的文献。

2.常用研究方法

在研究变动回水区的泥沙淤积时，对原型进行观测和数据调查、对泥沙进行物理模型试验是较为常用的方法，两种模型观测方法的研究状况大致如下所述[1]：

2.1原型观测调查

在科学研究不同河流泥沙的发展过程中，对其泥沙的原型进行观测和调查被认为是最重要且最直接的科学研究手段。泥沙原型的观测和调查主要目的是通过对该河道进行实地勘测、数据调查、测验、钻探以及野外相关试验，然后对搜集获取的水文、泥沙、边界条件以及河床地形等相关资料，进行针对性的整理和分析，从而研究不同河道的冲淤变化规律和河床地形演变的特性。原型的观测和调查主要包含了对枢纽坝址及其上下游河段的水文、泥沙、地形及重点河段河道演变的观测;床沙组成和河床地质的勘测;变动回水区航道与港区演变、枢纽通航建筑物及电站运行的泥沙问题，以及水库下游河床冲刷等方面的调查[4]。

2.2物理模型试验

对泥沙进行物理模型试验实际上是按照相似准则，来构建缩尺模型用来模拟水利工程中河道的流动现象和过程以及流动状态等，模拟与原有模型相似的工况，再进行物理模型观测，获取模拟观测数据，然后再按照相似准则对原有模型进行还原，获得工程设计所需要的重要数据。

长江科学院以及国内相关水利科研单位于上世纪50年代就开始利用泥沙实体模型来研究长江河道演变和治理的问题。自上世纪80年代以来，清华大学、中国水利水电科学研究院、长江科学院、武汉水利水电学院、南京水利科学研究院以及天津水运工程科学研究所就先后构建了9座关于三峡水库变动回水区泥沙的物理模型，对其变动回水区内泥沙冲淤对航道港口的影响和治理措施进行研究[5]，并取得了一定的成就。

3.变动回水区的泥沙淤积的特点

3.1推移质淤积段特点

（1）卵石推移质淤积河段特点

卵石推移质淤积是由卵石运动决定的，而卵石的运动特点主要有：运动形式主要以滚动为主;对于一般缓坡的河段，卵石输沙率一般很小，属于低输沙率区;输砂率一般与流速的高次方成正比;卵石每次运动距离短，停止时间长，因而与床沙交换频繁。

（2）粗沙、砾石推移质淤积段特点

粗沙、砾石运动的一个主要特点是沙波较为发展，容易形成，而不容易消失。主要原因是他们的起动流速并不很大，而沙波消失速度则很大，因而在一般条件下均能出现沙波运动。

（3）中、细沙推移质淤积段特点

中、细沙运动特点一是起动流速小，很容易推移，但另一方面沙波又容易消失，另外在一般的水流条件下既能推又能悬，在水库中淤积时可能以推移为主。而在强烈冲刷是又可能以悬疑为主。

3.2悬移质淤积段特点

变动回水区悬移质淤积段由于奎水较高，其淤积特点常与常年回水区的悬移质淤积基本相同，只是在遭受冲刷后，才显出淤积累计后的特点。例如变动回水区的悬移质淤积，其颗粒相对较粗，因此淤积虽然仍有滩槽之分，但是槽中常常淤积较厚，滩槽差较之天然河道有减小趋势。另一方面当回水消失，原来的悬移质淤积物遭受冲刷后，常常是槽中冲刷多，滩上冲刷少，而有加大滩槽差的趋势并且由于冲刷时多在枯季，流量小，深槽的尺寸常常较小，所以悬移质淤积段的一些特点，主要被冲刷控制。

4.结论与建议

（1）水库变动回水区具有水库和河道的双重特性。在水库蓄水期中变动回水区受奎水影响，水流流速的下降，从而导致泥沙进行落淤。当水库水位消落时，变动回水区自上而下逐渐脱离雍水影响，落淤的泥沙将再次被大流速下的水流进行冲刷，最终起动到下游深水区内。

（2）水库变动回水区内，水位变化极为频繁，泥沙冲淤不断交替，其变化幅度均远大于天然河流。变动回水区的泥沙冲淤数量和冲淤过程主要取决于水库的运行方式。

（3）泥沙冲淤变化极为复杂，建议加强对变动回水区的原型观测工作，继续对重点河段进行关注和重点研究。

参考文献

[1] 陈贤炜，新型水沙条件下三峡水库重庆河段泥沙淤积与航道整治研究[D]，重庆：重庆交通大学水利水电，2009

[2] 常云华等，上沟水利枢纽滥滇坝水工模型试验研究[J]，长春：长春工程学院学报（自然科学版），2009

[3] 张玮，广西秀江变动回水区河床演变规律研究[D]，南京：河海大学港口海岸及近海工程，2006

[4] 张绪进等，三峡水库回水变动区重庆河段泥沙淤积影响及治理[J]，重庆建筑大学学报，2006，28（5）

[5] 付宁等，水工物理模型和数字模型在工程设计中的应用分析[J]，黑龙江水利科技，2004，32（1）：5-5，13