首页 >
论文范文 >
自然科学论文 >
物理学论文 >
水文学论文 >
分析平荆江河段滩河槽形态调整特点及演变规律
摘要：长江中游荆江河段通过三口洪道与中国第二大淡水湖泊洞庭湖相连,形成了复杂的江湖关系,同时,三峡工程的运用,改变了荆江河段的水沙过程。对三口口门上、下游河段而言,沿程的水沙条件并不一致,导致河床演变特性存在一定差异。为此,以三口口门为界,将荆江划分为4个河段,分别统计2002—2017年各河段水沙特征,计算各河段冲淤量及年均冲刷强度,采用基于河段尺度的平滩河槽形态计算方法,得到各河段平滩水深、河宽及面积。分析结果表明:研究时段内四河段的平滩河宽总体变化很小;除枝城—松滋口河段外,平滩水深持续增加,河床有继续深化的趋势。
加入收藏
荆江是长江中游三峡出口处60余千米以下的一段冲积性河段,上起湖北枝城,下迄湖南城陵矶,南岸沿程分布有松滋口、太平口、藕池口及调弦口(1959年建闸控制)分流入洞庭湖(图1),洞庭湖集湘、资、沅、澧四水后又于城陵矶汇入长江[1]。荆江四口的存在和演变是江湖息息相连、相互影响的一个最活跃的因素,对荆江的演变有着深远的影响[2]。此外,三峡工程的建成,改变了河流的相对平衡,引起了荆江河道的再造床过程[3]。众多学者[4,5,6,7]对三峡工程运用以来,荆江河床演变规律开展了广泛的研究,应当指出,上述成果多将荆江河段划分为枝江河段、沙市河段、石首河段、监利河段或上、下荆江进行研究,忽略了三口分流分沙的影响。实际上三峡工程蓄水运用后三口年均分流、分沙比仍达12%、20%左右[8]。正是由于三口分流分沙的存在,对于口门上、下游河段而言,其水沙特性并不一致,对此,本文将荆江河段划分为枝城—松滋口、松滋口—太平口、太平口—藕池口、藕池口—城陵矶4段,从河床演变三要素出发,分析4个河段的平滩河槽形态调整特点,结论对进一步探索江湖演变规律提供参考。
图1长江荆江河段及三口洪道示意
1、三口分流分沙过程
历史上,四口分流分沙比曾达70%,建国初期仍占30%左右,目前洞庭湖顶托作用减弱及受三口洪道冲刷影响,三口分洪能力无明显衰减趋势[9]。
三口分流分沙主要集中在汛期,图2给出了2002—2017年汛期三口年际分流分沙变化过程,其中用沙道观与新江口水文站之和、弥陀寺站、藕池(管)与藕池(康)站之和的汛期资料代表相应的三口水沙过程,分流分沙比指上述水文站的分流分沙量占干流枝城站同时段的比值。
图2三口分流分沙变化过程(2002—2017年)
图2三口分流分沙变化过程(2002—2017年)下载原图
与三峡工程运用前(1999—2002年)的三口汛期分流量(508亿m3)、分沙量(1.93亿t)对比,三峡工程运用后分流量(487m3)总体变化不大,分沙量(0.087亿t)急剧减少,减幅达95.5%,其中松滋口分流、分沙量最多,藕池口次之,太平口最少。
图2b显示,三口汛期分流比总体变化不大,年均分流比为15%,其中松滋口、藕池口、太平口占比分别为8.9%、3.4%、2.7%;三口分沙比总体呈递增趋势,年均分沙比为23.4%,最大分沙比达40%(2016年),其中松滋口、藕池口增加趋势较明显,占比分别为13.1%、7.3%,太平口变化不大,占3.0%,这主要与三口洪道口门段沿程冲刷相关,可见松滋口、藕池口口门段较太平口口门段冲刷大。
2、荆江河段水沙变化及冲淤特性
2.1边界条件
河床边界条件是河床演变的关键性因素之一。①枝城—松滋口为土-砾-岩3层结构,抗冲性较强;其中枝城—江口段为卵石夹沙河床,河床中分布卵砾石洲滩。②松滋口—蛟子渊(藕池口上游)为土-砂-砾3层结构,以下为土-砂二相结构,抗冲性较弱于松滋口以上河段,其中江口—藕池口段为沙质河床。③藕池口—城陵矶河岸为土-砂二元结构,上层为黏性土层,下层为中细沙,抗冲性较弱;河床为沙质河床,主要由细沙(0.10～0.25mm)组成[10]。
建国以来,水利、河道部门在荆江两岸陆续开展了荆江大堤、荆南长江干堤、松滋江堤加固工程,石首河湾整治,荆江河势控制、岁修、整险等工程,航道部门在局部河段进行了航道整治,据不完全统计,1950—2010年荆江河段累计完成护岸长度约302km,重点险工险段及大范围崩岸处基本得到守护[11]。
2.2水沙特性
荆江河段洪水主要由上游流域暴雨形成,集中在汛期5—10月。图3a给出了三峡工程运用以来荆江四段汛期来水来沙过程,其中用枝城站、枝城站扣除松滋口分流分沙、沙市站、监利站汛期资料分别代表4段的水沙过程。由图3a可知,与三口分流对应,四河段水量沿程递减,水量过程总体变化不大(除2006、2011年特枯年外),以枝城站为例,汛期水量年均值为3048亿m3,变幅在±15%之间。
与蓄水前“水大沙大”比较,四河段呈现“水小沙大”现象,监利站汛期年平均输沙量较枝城站偏大20%,这主要是由于干流冲刷,挟沙力沿程恢复引起。
2.3河床冲淤特性
河道的冲淤状况受来水来沙条件及河床边界条件共同作用[12],图3b给出了三峡工程运用以来三口口门上下游四河段河床冲淤过程。除2006—2008年外,四河段河床总体表现为冲刷,冲刷量沿程递增,平滩河槽年均冲刷量分别为0.06亿、0.14亿、0.18亿、0.28亿m3,四河段年平均冲刷强度分别为40.4万、23.4万、21.3万、17.4万m3/(km·a),冲刷强度沿程递减,可见三口的分流分沙降低了河段的冲刷强度。
图3荆江汛期水沙变化及冲淤过程
3、荆江平滩河槽形态调整特性
当水位平滩时,由于水流集中,对河床的塑造作用最强,平滩河槽形态的调整对防洪及河道整治等具有重要的参考价值[13]。平滩河槽形态的特征参数通常包括平滩水位下的河宽、水深及面积等,平滩河宽可以反映河床横向扩展及束窄情况,平滩水深显示河床纵向变化,平滩面积综合体现两者对过流断面冲淤的影响。
由于荆江4个河段在河型、河床组成上有所不同,河道固定断面实测资料(图4)表明:荆江河段典型断面河槽形态沿程变化较大,单个断面形态调整特点难以反映河段的变化规律,故采用基于河段平均的方法,该方法考虑了断面分布不均对计算结果的影响,保证河段尺度的平滩面积恒等于相应河宽与水深的乘积[14]。
首先确定典型断面的平滩形态,该方法假定计算河段长L,内设N个固定断面,第i个断面的平滩河槽形态参数用Gibf(平滩宽度bf、平滩水深bf及平滩面积bf)表示,则相应河段尺度的平滩河槽形态参数bf由式(1)计算而得:
图4荆江河段典型断面
式中xi——第i个断面距大坝的距离。
图5分别给出了2002—2017年4个河段河段尺度的平滩河槽形态参数G。
图5荆江河段尺度平滩特征参数变化
总体而言,自上而下,四河段来水逐渐减少,平滩面积也随之变小。受天然控制或人工护岸影响,4个河段平滩河宽变化均不大,年平均河宽分别为1646、1337、1387、1215m,其中太平口以下的两河段变幅略大于太平口以上的两河段;由于河床大幅冲刷,4个河段的平滩水深均明显变大,年平均水深分别为16.2、15.6、14.7、14.2m,变幅沿程递减,分别为4.36、2.64、2.39、1.80m,相应平滩面积增加31%、17%、16%、15%。
以枝城—松滋口段为例,该段平滩河宽较为稳定,平滩面积主要受平滩水深影响,随平滩水深逐年增加(2002—2016年),由于该段河床抗冲性较强,蓄水以来岸线变化总体不大,受清水下泄影响,河床以纵向冲深为主,2008年以后冲深加剧,2016—2017年水深与河宽均变小,加之河段冲淤量很小,两者综合表明该河段基本达到冲淤平衡。
4、结论
a)三峡工程运用以来,荆江三口汛期分流量总体变化不大,分沙量急剧减少,松滋口分流、分沙量最多,藕池口次之,太平口最少。分流比变化不大,年均分流比为15.0%,由于三口口门段沿程冲刷,三口分沙比总体呈递增趋势,年平均分沙比为23.4%,最大分沙比达40.0%(2016年),其中松滋口、藕池口增加趋势较明显,占比分别为13.1%、7.3%,太平口变化不大,占3.0%。
b)由于干流冲刷,挟沙力沿程恢复,四河段呈现“水小沙大”现象:监利站汛期年平均输沙量较枝城站偏大20%。
c)三峡工程运用以来,荆江四河段河床总体表现为冲刷,冲刷强度沿程递减,三口分流分沙降低了河段的冲刷强度。
d)受河床冲刷影响,荆江四河段的平滩水深均明显变大。受沿程分流分沙影响,水深变幅沿程递减,相应平滩面积沿程增加。
参考文献：
[1]沈健,彭玉明,彭严波,等.冲刷条件下长江枝城至沙市河段床沙级配模拟[J].人民长江,2017,48(24):56-60.
[2]杨怀仁,唐日长.长江中游荆江变迁研究[M].北京:中国水利水电出版社,1999.
[3]钱宁,张仁,周志德.河床演变学[M].北京:科学出版社,1987.
[4]朱玲玲,许全喜,陈子寒.新水沙条件下荆江河段强冲刷响应研究[J].应用基础与工程科学学报,2018,26(1):85-97.
[5]许全喜,胡功宇,袁晶.近50年来荆江三口分流分沙变化研究[J].泥沙研究,2009(5):1-8.
[6]胡茂银,李义天,朱博渊,等.荆江三口分流分沙变化对干流河道冲淤的影响[J].泥沙研究,2016(4):68-73.
[7]沈健,孙苏里,李振林.断面法计算河道冲淤量方法中断面间距探讨[J].人民珠江,2016,37(5):60-62.
[8]孙苏里,沈健.松滋河演变与治理研究[J].水资源研究,2015,4(6):559-566.
[9]郭小虎,李义天,刘亚.近期荆江三口分流分沙比变化特性分析[J].泥沙研究,2014(1):53-60.
[10]余文畴.长江河道探索与思考[M].北京:中国水利水电出版社,2017.
[11]夏军强,宗全利,邓珊珊,等.三峡工程运用后荆江河段平滩河槽形态调整特点[J].浙江大学学报(工学版),2015,49(2):238-245.
[12]岳德军,侯素珍,潘贤娣,等.引水引沙对黄河河道冲淤的影响[J].人民黄河,1996(8):29-31,62.
[13]夏军强,邓珊珊,周美蓉,等.三峡工程运用对近期荆江段平滩河槽形态调整的影响[J].水科学进展,2016,27(3):385-391.
[14]林芬芬,夏军强,周美蓉,等.近50年来荆江监利段河床平面及断面形态调整特点[J].科学通报,2017,62(23):2698-2708.
周才金,沈健,熊慧,杜兴强.新水沙条件下三口分流分沙及荆江平滩河槽形态变化分析[J].人民珠江,2020,41(06):22-26.
基金:国家重点研发计划课题(2016YFC0402303/05).
分享：
鲁北地区地处黄河下游冲积平原地带，饮用水源为深层地下水及黄河水，深层地下水中氟含量普遍偏高，造成氟中毒，属于深层地下高氟水型地氟病病区，是全省受地氟病危害比较严重的地区。其中济阳、博兴、高青、广饶、夏津、宁津等16县777个村受危害人口65万余人[1,2,3,4],出现氟骨症、氟斑、尿氟等症状，严重危害当地群众的生命和健康[5,6]。
2023-11-08
渗透系数(K)和影响半径(R)在探讨地下水动力学问题与计算地下含水层允许开采量中是非常重要的水文地质参数[1,2],因此求取可靠的水文地质参数是正确评价地下水资源及其合理可持续开发利用，以及兴利除害的重要前期基础工作[3]。
2023-11-08
随着我国经济发展的有效提升，改善水环境污染、实现水资源配制优化、促进经济和环境协调发展是亟待解决的问题。污水处理站的建设有效解决了这一问题，但在水文站上下游修建污水处理站对水文监测具有重要的影响，因此如何降低污水处理站对水文监测的影响是我们值得思考的问题。
2021-08-09
基于服务器集群、集成语言查询、实体数据库、动态链接库等技术,采用后台监听技术实现了水文信息收集、检查、分析、计算、信息报送、成果归档全自动一体化处理及水文监测数据在线审查,并与全国水文资料整编系统无缝对接,构建了辽宁省水文站网综合管理系统。研究成果对于提升水文监测数据处理能力、水文资料成果审查效率及水文站网管理水平具有重要的研究和推广价值。
2021-06-16
森林生态系统垂直结构涵盖林冠层、枯落物层和土壤层[1,2]。枯落物作为植物群落水文效应的第二活动层,凋落过程是生态系统中物质循环和能量流动的重要环节[3],在保持水土和涵养水源方面具有非常重要的意义[2]。枯落物层具有较好的持水能力及透水性,枯落物的分解也能为林木提供养分[4]。
2020-11-25
土地利用作为人类对自然利用的一种途径[1],随着社会的发展,土地经营与改造方式不断变化,下垫面粗糙程度及入渗特性也随之改变,对植被截留、地面下渗及地表蒸散等水文过程造成深刻影响,从而导致径流发生变化,流域内水量平衡遭到破坏[2,3],引发水土流失等一系列生态环境问题[4]。
2020-11-25
汉江是长江中游重要的一级支流，干流全长1577km，流域面积约为15.9×104km2。汉江发源于秦岭南麓，于武汉市汇入长江干流，丹江口水库和钟祥水文站将汉江流域划分为上游、中游和下游3部分。汉江流域属于我国典型的湿润区，全年降水量介于800～1200mm之间，降水量在时程上分配不均，4～9月降水量占全年降水量的75%左右，降水量约为600～1000mm。
2020-11-13
刚体极限平衡法是现行的各行业规范规定的边坡稳定性分析方法，同时一些规范也推荐使用数值分析方法进行复杂的边坡稳定性分析。目前工程上常用极限平衡法分析边坡稳定性，方法包括：瑞典圆弧法、毕肖普法、简布法和传递系数法等，但这些方法不能很好的反应真实破坏机制，具有一定的局限性。基于有限差分法的数值分析方法可以解决这方面问题。
2020-09-05
地下水的化学成分是地下水与外界环境长期相互作用的产物[1],开展地下水化学特征及主要成分来源的研究有助于阐明地下水的来源与形成过程,揭示地下水环境状况,同时也为地下水开发与保护提供科学合理的依据。岩溶地下水是淄博市博山区石马镇主要供水水源,在保障供水、支持社会经济发展及维持生态平衡等方面具有重要地位。
2020-07-16
三峡工程运用以来,荆江三口汛期分流量总体变化不大,分沙量急剧减少,松滋口分流、分沙量最多,藕池口次之,太平口最少。分流比变化不大,年均分流比为15.0%,由于三口口门段沿程冲刷,三口分沙比总体呈递增趋势,年平均分沙比为23.4%,最大分沙比达40.0%(2016年),其中松滋口、藕池口增加趋势较明显,占比分别为13.1%、7.3%,太平口变化不大,占3.0%。
2020-06-19
人气：3267
人气：3022
人气：2304
人气：2026
人气：1883
我要评论
期刊名称：大学物理
期刊人气：2174
主管单位：中国科学技术协会
主办单位：中国物理学会
出版地方：北京
专业分类：科学
国际刊号： 1000-0712
国内刊号：11-1910/O4
邮发代号：82-320
创刊时间：1982年
发行周期：月刊
期刊开本：大16开
见刊时间：10-12个月
影响因子：0.735
影响因子：0.645
影响因子：1.369
影响因子：0.874
影响因子：0.385
科普杂志阅读、期刊信息查询、论文下载、文献查询、原创文章检测等多项服务。
服务热线
您的论文已提交，我们会尽快联系您，请耐心等待！
你的密码已发送到您的邮箱，请查看！
2020-06-19
777
上传者：管理员
