復合水動力條件對重慶主城河段推移質運動影響分析

◇蘇交科集團股份有限公司 謝 龍

1 前言

重慶主城區域上游有小南海樞紐的泄水影響；中間偏下游段有嘉陵江支流入匯；同時，2008年三峽大壩開始以設計高水位（壩前水位最高達到175 m）運行，該水位比上一階段最大水位（165 m）抬升了10 m；比修建大壩前正常水位（135 m～148 m）抬高30 m～40 m。巨大的壩前高水位對上游來水產生了顯著的阻擋和回溯作用；在三峽大壩最高、最低運行工況下，壩前回水距離分別為150公里、100公里；重慶主城河段正好處于變動回水區之間。河道特征在天然河道與庫區河道之間循環切換，導致重慶主城河段水流條件更加復雜。因此，在多重水流影響因素作用下，重慶主城河段水流條件極為復雜，可認為是受到復合水動力條件作用。

重慶主城河段目前以卵石質推移質淺灘河段為主，約占重慶河段總數的79%，代表礙航河段有豬兒磧、胡家灘、灘腦殼等。沙質推移質河段約占重慶河段總數的21%代表礙航河段有三角磧和落中子等。本文擬根據搜集到的實測資料，以三角磧代表沙質推移質河段；以豬兒磧代表卵石質推移質河段；分別分析成庫后對兩種推移質床沙質類型河段沖淤規律的影響。

2 對沙質推移質運動影響分析

2.1年內變化分析

由于三角磧測站成立時間較晚（2005年），且由于測站離航道航槽較遠，測量相對困難，部分實測數據未做測量。根據本文搜集到三角磧歷年的實測資料，以2010年資料最為齊全，因此本文選擇2010年實測數據作為三角磧河段沖淤變化的基準數據。

對三角磧在2010年各階段的臨界時間進行推算，并將臨界時間對應的水流、泥沙條件列于表1。考慮到三角磧位于嘉陵江交匯上游，且距離交匯口較遠（共12.5 km），因此選擇朱沱流量作為流量分析值。同時，根據實測資料，2009年（本文研究特征年，2010年前一年）全年中5月11日平均斷面高程最低，因此在后文的數據分析里，三角磧河床斷面變化均以2009年5月11日為基準高程。

表1 三角磧各特征階段水流泥沙條件統計

a、蓄水期。

選擇蓄水期內若干個特征時間點，作為三角磧年內蓄水期階段沖淤變化的分析時間點。將三角磧年內蓄水期階段沖淤變化分析的特征時間點及相應水文數據列于表2。

表2 三角磧河段蓄水期特征水文數據統計結果

選擇CY30、CY31、CY32作為典型代表河段，并以2009年5月11日高程作為基準值，分析蓄水期階段內，三角磧河床的沖淤變化過程。分析可知：

（4）不與其他課程重復原則。課程內容的組織上注意與其他課程，如“生物化學”“茶葉生化”“茶葉審評”等課程的區分，尤其是在實驗內容上，通過教學大綱將這些課程（包括實驗） 的內容進行規定，節約有限的學時，不重復學習內容。

（1）在蓄水期，三角磧河段呈先沖后淤趨勢。從淤積范圍來看，在蓄水期三角磧河段的淤積范圍先減小，后增大，但蓄水期結束時淤積面積達5.69×104m2，大于蓄水期開始階段的1.75×104m2。

（2）三個斷面淤積的平均厚度分別為0.039 m、0.010 m、0.021 m。

（3）只有CY30、CY31斷面出現了局部沖刷，沖刷量較小。

（4）在整個蓄水期過程中，三角磧河段淤積主要在左岸淺灘處，淤積區域未深入主航槽。

（5）在整個蓄水期范圍內，淤積區域的總淤積量為4.85×104m3，沖刷區域的總沖刷量為0.02×104m3，整個河段的淤積量為4.83×104m3。

圖1 沙質推移質典型河段在成庫后蓄水期沖淤范圍

b、消落期。

根據已有實測值，選擇消落期末內若干個特征時間點，作為三角磧年內消落期末階段沖淤變化的分析時間點。將三角磧年內消落期末階段沖淤變化分析的特征時間點及相應水文數據列于表3。

表3 三角磧河段消落期末特征水文數據統計結果

選擇CY30、CY31、CY32作為典型代表河段，并以2009年5月11日高程作為基準值，分析消落期末，三角磧河床的沖淤變化過程。分析可知：

（1）在消落期末，研究河段整體呈輕微沖刷狀態，幾乎沒有淤積區域。可見消落期是三峽大壩成庫運行后，重慶主城河段走沙的主要階段。

（2）根據實測資料統計分析，三個典型斷面的平均變化值分別為0.022 m、-0.015 m、0.005 m，變化幅度非常小。這也跟本文搜集資料有限，未能統計到完整的消落期有關。

（3）在整個消落期范圍內，淤積區域的總淤積量為0.630×104m3，沖刷區域的總沖刷量為1.195×104m3，整個河段的淤積量為0.565×104m3。

圖2 沙質推移質典型河段在成庫后消落期末沖淤范圍

2.2年際間變化分析

采用2009年10月8日和2010年10月8日兩天的實測資料作為三角磧河段的年際間沖淤分析樣本。分析CY30～CY32斷面在一年里的變化過程，并將沖淤范圍示意圖繪于圖3。分析可知：

（1）成庫后，三角磧河段三個典型斷面的年際斷面變化值分別為0.195 m、0.082 m、0.162 m，總體呈淤積趨勢；工程河段范圍內平均淤積厚度為0.138m/年。

（2）主要的淤積區域位于工程河段的左岸，即凹岸的邊灘、淺磧；根據現場實測資料及觀察分析，該區域為典型的回流、亂流區域。總體上呈淤積趨勢的區域面積約12.75×104m2。

（3）工程河段年際間呈沖刷趨勢的只有調二嘴淺磧附近的局部區域，面積僅0.258×104m2，遠小于呈淤積趨勢的區域面積。

（4）三角磧河段成庫后呈明顯的淤積趨勢，淤積區域的總淤積量為18.770×104m3，沖刷區域范圍較小，總沖刷量約為0.515×104m3，整個河段的淤積量為18.255×104m3。

圖3 沙質推移質河段典型斷面在成庫后年際間沖淤范圍示意圖

2.3 對沙質推移質運動分析小結

成庫前，三角磧河段的沖淤規律為洪水期快速淤積，其他時間緩慢沖刷，主要沖刷的時間在汛期剛結束后的一個月內；同時河段在年際間基本保持沖淤平衡。成庫后，三角磧河段的沖淤規律出現了顯著變化，在汛期（5月21日至9月14日）仍然呈淤積趨勢，在蓄水期（9月15日至次年1月19日）則先沖刷然后淤積，且時段內淤積量遠大于沖刷量；在消落期（次年1月20日至5月20日）呈輕微沖刷；整體上，河段在年際間呈顯著淤積狀態。根據文獻5中的計算公式，代入三角磧河段2006年和2010年全年的實測數據，對比成庫前后無量綱水流功率的變化，對比圖詳見圖4。

圖4 成庫前后 W( 對比示意圖

3 結論

本文根據大量實測水文、泥沙資料，詳細分析對比了三峽大壩175 m成庫運行后在復合水動力條件下重慶主城河段推移質泥沙運動規律，得出以下結論：

（1）在蓄水期，成庫后三角磧河段的無量綱水流功率斷崖式下降，下降幅度可達75%～98%，平均值為95.66%。同時，在11月10日左右三角磧河段的水流功率達到全年最低點，并要在低谷范圍內持續約90日。這段時間是整個河段泥沙落淤的重要階段，整個河段泥沙輸移處于趨于0的狀態，只有及少量粒徑小于0.5 mm的泥沙可以以懸浮狀態（懸移質）或者半懸浮的狀態（介于懸移質和推移質之間，狀態來回切換）輸移。

（2）在消落期，成庫后三角磧河段的無量綱水流功率略有下降，但下降幅度較小（下降范圍為2.0%～27.6%），平均下降幅度為13.6%。該階段重慶主城河段無量綱水流功率略有下降，但下降幅度遠小于上游泥沙的減少量（即成庫后河段泥沙來沙減少量）。因此，消落期是成庫后重慶主城河段泥沙輸移的主要時期。但是消落期能夠走沙時期較短，僅有60天左右。

（3）在汛期，成庫對三角磧河段的無量綱水流功率無影響。