黄河兰州段根据河流形态大体上可分

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流黄河兰州段根据河流形态大体上可分.精品文档.山区河流典型河段整治模型试验研究何文社 方 铎 李昌志 杨胜发（四川大学高速水力学国家重点实验室 成都 610065）摘 要 通过对黄河兰州市区河段水文特征、河道地形、河相关系及河床演变规律的分析，认为该河段具有山区冲积河流的特性；并提出了防洪最小整治河宽为300m。同时进行了泥沙模型试验，实验与原型基本吻合。该方案的实施不但可满足泄洪的要求，且并未引起水位、流速及河床断面地形较大幅度的变化；相反,断面地形趋于平坦，平均流速及岸边流速有所增大，减小了污染物的沉积，有利于岸边取水。且整治方案为城市滨河

2、路的规划，美化及城市建设合理用地提供了设计依据 。关键词 山区河道 河道整治 整治宽度 物理试验 黄河1 典型河道概况 1.1 地形特征黄河兰州段位于兰州带状盆地，呈东西走向，西起西柳沟东至桑园峡，河段全长44.84km。根据河流形态大体上可分为四段；第一段，从西柳沟(1#水文大断面)到西沙桥（5#水文大断面），河道长约5km，河宽300-400m，无河心滩，河床稳定，水面比降约0.9。 第二段, 从西沙桥到七里河桥(14#水文大断面)，河道长约17.5km，河宽230-600m，河心多滩，河道主流不定，时而向南，时而向北，在行洪期间河岸易被冲刷，水面比降为1-1.3。 第三段，从七里河桥到黄

3、河铁桥（19#水文大断面），河道长约5.4km，河宽300-380m，除金城关（K27+100）有夹心滩外，河床比较稳定，两岸河堤基本形成，水面比降0.8-0.9。 第四段，从黄河铁桥到桑园峡（26#水文大断面），河道长约14km，河岸宽350m左右，由于桑园峡口宽度仅120m,当流量较大时该河段出现壅水。总之，全河段河槽宽窄相间，河宽变化较大且多边滩或江心洲，窄处仅120m，宽处可达600-700m（含江心洲）。河床基本上由砂卵石组成，且多卵石边滩及江心洲。主泓在一定范围内摆动，河段洪枯水位变幅不大；洪水期河岸时有冲刷，水面比降0.9-1.3。河段枯水流量540m3/s,造床流量3000m3

4、/s,百年一遇流量6500m3/s，1981年实测的最大流量5600m3/s。从平均情况看，枯水流量下，平均水深2.5m,平均河宽200m,平均流速1.0m/s；行洪时,平均水深5.7m,平均河宽450-500m,平均流速2.9m/s，河床糙率为0.032，河岸糙率为0.030-0.35，滩地糙率为0.045，中水情况下综合为糙率0.035。1.2 水文泥沙特征 黄河铁桥下游210m处为黄河兰州水文站，自1935年建站以来积累了较长的实测资料（见表1）。1981年黄河兰州段出现了5600 m3/s的洪水，当年市建委沿兰州市44.84km的黄河段布设了27个水文大断面，测量了水位，并推算了若干流

5、量级沿河水面线。整理分析黄河兰州水文站的实测流速、泥沙及断面等资料。本河段历年演变特征是：河段的挟沙水流处于次饱和状态。年内具有涨水期淤积，退汛期冲刷的特征。随着年际和年内流量分配的不同，浅滩河段河床有着相应的变化。年际间具有枯水年淤积，丰水年冲刷的特征。由表1 黄河兰州水文资料项 目枯水期平水期丰水期流量(m3/s)620.61188.61801.8流速(m/s)0.8921.6342.197水深(m)2.1043.1404.341过水面积(m2)695.7727.4820.1水面宽(m)204.4219.9225.7输沙率(kg/s)15.3981048.35857.5含沙量(kg/m3)

6、0.02990.90993.048水温C2.0512.3515.68此可见本河段水流输沙能力强，其河床形态、输沙条件具有山区冲积河流的属性。兰州上游刘家峡水电站截流后(见表2)，悬沙含量有着明显的降低，年平均由6.4kg/ m3降为1.52 kg/ m3，根据河床中边滩及沙洲取样分析（见表3），可见上游来沙仍以悬移质形式被带往下游。在来沙方面主变化是下泄沙量减小，泥沙的组成变细。1985年后，同流量下水文站水位已基本稳定，河床趋于平衡。表2 刘家峡截流前后兰州水文特征 特 水位(m) 流量(m3/s) 含沙量(kg/m3) 征最高最低平均最大最小平均年平均截流前1516.571510.7215

7、12.65590016910676.4截流后1516.851511.231512.68560021310431.52表3 河床泥沙级配资料项目d95(mm)d75(mm)D50(mm)d25(mm)dcp(mm)KfS (t/m 3)粒径1706 526.55.446.33.472.742 最小整治河宽方案探讨 2.1 河相关系法 通过对本河段的自然演变规律分析得知河段冲淤基本平衡。为此采用阿尔图宁计算稳定河宽的公式， 取为1.01.11，求得河宽为218240m。故河宽240 m可作为中水整治方案的依据。2.2 优良河段类比法 在市区河段上选取了几个控制断面进行论证。黄河铁桥建于1909年，

8、桥址断面河宽230m，七里河桥建于1958年，桥址断面河宽270m，其下游1.2km(k23+600)处河宽仅200 m，此几处河段均经受了1964年5660m3/s及1981年5600m3/s 的洪水考验。盐城黄河大桥建于1979年，桥址处河宽305m，1981年的洪水顺利宣泄 。由此可以认为，河宽300m可作为设计洪水最小堤间距的参考值。3 试验方案及结果分析 3.1 动床模型设计根据黄河兰州段河床质的特点，河道整治所涉及到河床变形主要是由卵石推移质所引起。故根据水流重力、水流阻力、水流挟沙、河床冲淤变形、泥沙起动和扬动及河型等相似条件，并利用黄河水利委员会水利科学研究院多年来对黄河动床河

9、工模型设计取得的研究成果进行了推移质动床模型设计2,5。其模型比尺见表4。 表4模型相似比尺比尺名称取值水平比尺250垂直比尺100流速比尺10流量比尺250000糙率比尺1.36泥沙粒径比尺9.2泥沙水下容重比尺4.35淤积物干容重比尺2.5泥沙起动流速比尺7.5-12.9单宽输沙率比尺119冲淤时间比尺525选用宁夏大武口精煤屑做为模型沙，其容重S =1.40t/m 3 ,干容重o =0.8t/m 3 。按照粒径比尺d 选配模型沙，由此求得模型级配资料并进行模型实。模型小河依据1989年3月测绘的1：2000河道地形图进行塑造，除依据实测地形资料外，还加强了现场踏勘，认真作了资料的核对，使

10、模型能较好的反映原形的状况。 3.2 试验方案及结果分析 从天然状态河道横断面形态可知，当河宽B240时，河道断面单一，断面呈“U”型或不对称的“U”型。当河宽B240m时，河槽形态已开始从单式向复式断面过渡。河宽超过300m的河段，随着河宽的增加，出现了边滩，或在河道中形成沙脊，断面形态呈“W”型，河道中出现河心滩。这说明河宽为300m时处于河中成滩的临界状态。 造床流量下垂线最大流速Vm、垂线最大水深hm与河宽的关系不明显(见图1)，从所考查的断面来看，河宽大于200m时均会出现数值相近的最大值值。但其断面平均流速随河宽的加大而减小，断面平均水深随河宽的增大有减小的趋势，且变化明显。图1

11、天然状态水流要素与河宽关系(Q=3000m3/s)图2 天然状态与300m方案水流要素与河宽关系(Q=3000m3/s)在防洪标准百年一遇流量6500m3/s时，河宽在200m至600m范围内，Vm都回出现数值相近的较大值Vm=3.84.5m/s。平均流速V随河宽B的增大呈递减的变化趋势。随着年际及年内流量过程的变化，流速也相应的发生变化；垂线最大水深hm、断面平均水深h与河宽B的变化关系比较紊乱。可见河宽240m可作为中水整治方案的依据，河宽300m可作为设计洪水最小堤间距的参考值。 整治方案：将天然河道宽度控制在300m（350m）的范围内，切除了断面一侧的边滩或滞流区，对分汊河段，则堵塞

12、支汊，弯道附近适当减小,对于小于300m（350m）的河段仍保持原状进行试验。 从天然状态与整治方案水位变化可知，适当压缩河道中的边滩或滞流区，并未引起水位大幅度的增高。对于300m整治方案，流量为3000m3/s时，水位变幅为-0.13 m0.38 m；流量为6500m3/s时，变幅为-0.13 m0.58m。对于350m整治方案，流量为3000m3/s时，水位变幅为-0.21 m0.28 m；流量为6500m3/s时，变幅为-0.27 m0.48m。整治方案与天然状态相比水位变幅不大。试验结果表明（表5）300m及350m整治方案的实施，并未引起水位较大幅度的增加，相反由于河流的自我调节作

13、使得断面地形趋于平坦，流速分布趋于均匀。 从水流要素可知(见图2),整治方案较天然状态水深、流速变幅在12%以内，这样的变幅在该河段不会引起较大的河床变化，且因整治线较平顺，流速分布趋于均匀，表面流向平顺，水流状况有了明显的改善。河流的横比降由原来的1.4降为1.0，表明横向输沙作用将明显减弱。300m方案，虽然河宽束窄，但其流速并未大幅度增加，究其原因，最大流速常发生在坝头附近。整治之后，消除了坝头因挑流作用形成的阻水现象，减弱了单宽流量集中，破坏了在坝头附近形成最大流速的条件，故水流分布均匀，但断面平均流速和平均水深有所增加。表5 6500 m3/s各方案断面水位实测资料对比断面里程天然状

14、态350m方案300m方案水位(m)水位变化(m)水位(m)水位变化(m)K4+4161540.211540.250.041540.230.02K11+2751533.321533.680.361533.740.42K17+1311528.401528.570.171528.730.33K22+4441522.351522.230.121522.530.30K24+9141520.321520.23-0.041520.590.22K29+6291516.061516.160.101516.100.04K32+3771513.781513.880.091513.75-0.03K35+291151

15、2.551512.680.131513.020.52K39+9971511.961511.63-0.181511.03-0.184 结论 A 通过对兰州河段地形及水文等特征的分析可知，该河段属山区冲积河流。B 对河相关系、造床流量、设防流量及河中成滩条件的分析，得出了防洪整治最小河宽为300m。C 实施整治方案,适当压缩河道中边滩或滞留区,并未引起水位及流速大幅度的增长。 D. 整治河宽方案下，河流通过自动调节，断面地形趋于平坦，促使河道向单一断面演变，改善了水流条件。流速分布趋于均匀，断面平均流速的提高，减小了污染物沉积数量。这对消除河床淤积、保持河道稳定、改善通航条件更为有利。 5. 整治

16、方案的实施，使兰州市河道渠化目标的得以实现，同时可确保行洪畅通。靠岸流速增大，为南河道取水提供了合理的渠首位置及水流条件，为工农业及人畜用水和绿化灌溉提供了方便和充足的水源，加快了再造秀美山河的步伐。并对滨河路的规划、通航及开发城建用地提供了设计参数。 参 考 文 献 1 刘有录等.黄河兰州段河道整治模型试验研究.全国泥沙基本理论研究学术讨论会论文集,1992.北京.2 李保如.我国河流泥沙物理模型的设计方法.水动力学研究与进展,1991,6.3 李保如,屈孟浩.黄河河道演变的物理模型试验.黄河水利委员会水利科学研究所科学研究论文集（第一集）,河南科学技术出版社,1989.4 屈孟浩.黄河动床河道模型的相似原理及设计方法.黄河水利委员会水利科学研究所科学研究论文集（第一集）,河南科学技术出版社,1989.5 张红武,江恩惠等.黄河高含沙洪水模型的相似律.河南科学技术出版社.1994.