水沙遭遇變化對干支流交匯口附近沖淤的影響

摘 要：干支流的來水來沙受它們各自的流域特性，植被條件等因素的影響，干支流來流通常會發(fā)生不同的組合。干支流同時遭遇在水文學，涉及到防洪方面研究得要多一些，多是關注致災性強的洪水遭遇特性如洪峰時間、洪峰量級等，而對于文章想要研究的水沙組合特性及對河床沖淤特性的影響涉及較少。文章通過長江與漢口交匯河段來探討水沙遭遇變化對兩江交匯口附近沖淤的影響。

關鍵詞：水沙遭遇；干支流；交匯口；沖淤

引言

目前對漢江和長江交匯河口段研究不多，丘漢明從定性角度分析了河口洪水、水位、流速、地質(zhì)條件、河口泄洪能力和演變情況等，并提出河口段周期性沖淤的現(xiàn)象，丘鳳蓮提出了長江對漢江河口的頂托和對河床演變沖淤的作用，在關于武漢河段的研究中，也較為清楚的給出了武漢河段的一些演變特性，指出長江上游來水來沙與干支流之間不同的水沙組合對本河段演變起著重要作用，長江干流若水峰在前、沙峰在后、且后續(xù)來水小，則大橋至陽邏發(fā)生普遍的淤積，若長江干流水、沙峰同時來到，則本河段下段沖淤變化不大；少數(shù)情況下長江干流沙峰在水峰之前出現(xiàn)，使得下段產(chǎn)生沖刷。漢江在丹江水利樞紐建成后，排沙時間總是在長江退水階段，這對漢口邊灘在1968年后出現(xiàn)累積性淤積起重要作用。上述的研究存在一定的局限性，其一是由于河床演變具有隨時間變化性，上述研究年代較為久遠，很多情況已經(jīng)發(fā)生變化，近期的研究要么著眼某一短段，要么是針對某一工程的效應，亦未深度研究過干支流相互作用及匯流口河床演變機理的一系列問題。而這些正是文章要解決的問題。

1 三峽水庫對兩江交匯口附近水沙遭遇特征的影響

1.1 徑流水位過程變化

三峽水庫試驗性蓄水調(diào)度方式下運行多年的漢口站水位流量過程，對比蓄水前后的漢口站年內(nèi)月平均流量過程呈現(xiàn)出蓄水后相比于蓄水前最明顯的流量過程變化特征表現(xiàn)在汛后流量的減少，其發(fā)生的時間始于9月中旬，終于11月上旬，以10月份最明顯，該段時間內(nèi)流量過程較蓄水前平均減少了5000m3/s以上。

以1990～2002年以及2003～2010年分別作為蓄水前后的代表流量系列，由圖1水位比較圖可以看出，蓄水后2003年到2008年僅僅在汛后的9月到10月水位有所降低，而2008年試驗性蓄水之后的2011年在枯水的基礎上受蓄水影響，導致汛后水位嚴重低于往常。

1.2 各流量級出現(xiàn)頻率變化

作為年調(diào)節(jié)型水庫，三峽水庫不改變下泄徑流總量，但會對徑流年內(nèi)分配產(chǎn)生明顯調(diào)節(jié)。根據(jù)實測1952-2011年的日均流量統(tǒng)計情況來看，小于5000m3/s的流量大幅減少，而5000～15000m3/s流量顯著增多，尤其以5000～10000m3/s流量的出現(xiàn)幾率增加最多。

對汛后蓄水的9-10月份進行單獨統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)枯水流量10000～15000m3/s與15000～20000m3/s的出現(xiàn)頻率都顯著增大，20000～30000m3/s的中等流量出現(xiàn)頻率降低，30000m3/s以下流量總體增多。

由于不同流量級對河床具有不同的塑造作用，且漢口低流量級出現(xiàn)頻率增加，使得長江低水位與漢江秋汛遭遇頻率也大大增加，漢江入?yún)R口處出現(xiàn)淤積的頻率也必將有所增加。

2 水沙遭遇特征變化對河床演變的可能影響

從上述2011年秋汛狀況即可看出，水沙遭遇特征的變化必然在河床沖淤變形方面有所響應。2011年漢口邊灘不僅淤積速度驚人、面積超乎尋常——在匯流口下游一段占據(jù)大半個河面，而且平面形態(tài)比較特殊，頭部寬，尾部窄，充分顯示出回流區(qū)落淤動力和泥沙堆積動力的共同作用。而當支流攜帶而來的大量泥沙在回流區(qū)及自身堆積動力的作用下，在漢口段左側(cè)落淤，灘槽的重新分配也進一步加劇主流位置的調(diào)整，此時漢口的20000m3/s左右的流量擠壓到河段右側(cè)很窄的河槽內(nèi)。

而且據(jù)2011年秋汛相關數(shù)據(jù)表明：漢江近河口河段河床沖刷嚴重，甚至該段兩岸岸坡和岸腳也受到淘刷。

干支流交匯口的水位對支流而言相當于侵蝕基準面。而蓄清排渾水庫對徑流過程的調(diào)節(jié)主要體現(xiàn)干流汛后蓄水使得下游水位偏低。而從漢江上具體的響應來看，主要就是表現(xiàn)在干流水位降低之后，支流下游比降增大。較為明顯的影響發(fā)生在秋汛時期，因為當秋汛發(fā)生時，支流的大流量和干流的低水位遭遇，產(chǎn)生較大匯流比，從而使得下游出現(xiàn)陡比降引起的較強沖刷，2011年秋汛時這種情況尤為典型。2011年漢江中下游典型水文站仙桃站的最大14天洪量僅次于漢江有記錄以來最大洪水年1983年。根據(jù)水利部門報道，2011年漢江秋汛約為20年一遇，其洪峰流量、水位均低于歷史上的1960年、1974年和1983年秋汛，但這些年份漢口河段均未顯現(xiàn)出類似2011年的超常淤積現(xiàn)象。三峽水庫蓄水后的2003年和2004年漢江均曾發(fā)生秋汛，但漢口邊灘并未出現(xiàn)超常淤積現(xiàn)象。

進入正常運行期之后，干流三峽下游含沙量下降以及不久的將來壩下游嚴重沖刷段到達漢口以后，漢口水位將進一步降低。據(jù)預測，漢口水位40年后會降低0.35m左右，而根據(jù)目前對三峽水庫運行的實際狀況看，蓄水時間從10月調(diào)到了9月，以后估計還會進一步提前，而漢江秋汛發(fā)生大多數(shù)集中于9月，有時會發(fā)生在8月，如此以來，就導致漢江洪水和長江低水位遭遇的幾率大大增加，匯流口漢口邊灘淤積事件頻率增加可想而知。

3 結(jié)束語

文章通過對比分析不同匯流比對應的流量、水位以及含沙量等數(shù)據(jù)，分析匯流比對應的時間、事件及淤積面積，得出以下結(jié)論：

（1）干支流遭遇有其固定規(guī)律：當仙桃流量較小時，約小于2000，漢口水位波動范圍最廣；當漢口水位較高時，約大于23m，仙桃流量各流量級均有。三峽蓄水后，此對應關系發(fā)生改變。

（2）匯流比最大情況當且僅當秋汛期出現(xiàn)，較大情況出現(xiàn)于枯水期。

（3）通過干支流遭遇規(guī)律分析，證實了三峽試驗性蓄水對2011年漢江秋汛漢口邊灘大幅度淤積的影響，并預測了三峽蓄水之后干流流量級頻率發(fā)生改變對干支河床的影響。