汉江丹江口水库下游河床下伏卵石层对河床调整的影响

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摘要：以二十余年的观测资料为基础，对汉江丹江口水库下游河床调整过程中下伏卵石层的作用进行了系统的分析。在沙质河床中存在着下伏卵石层的情况下，卵石层的暴露是使河床下切受到抑制的决定性因素。随着卵石层的暴露，河床糙率将急剧增大，局部河床将不得不采取加大比降的方式进行补偿。当卵石层出露以后，河底抗冲性急剧增大，使得河岸相对于河底的抗冲性大大减小，因而可能出现展宽趋势。

关键词：下伏卵石层 河床调整 汉江

1 问题的提出

受第四纪冰期低海面和冰后期海面升高的影响，世界上和我国东部平原的很多大河出山口后的床面以下都发育了埋藏卵石层。在这些河流上修建水库以后，随着河床冲刷的进行，下伏卵石层可能会逐步暴露，从而对河床调整过程产生深远的影响。迄今为止，国内外尚未对这一问题进行过系统的研究。

钱宁等[1]对水库下游河床粗化进行了研究，划分出了3种不同的粗化类型，即沙质河床下伏卵石层因冲刷而出露所导致的粗化、卵石夹沙河床的粗化和细沙河床的粗化。对于后两种类型，前人已在永定河和汉江进行过较多的研究[2，3]，并建立了可用于定量估算粗化过程的数学模型[2，4]。在前人的计算和数学模型中，也注意到了具有下伏卵石层的河床中当沙层冲走后的粗化，并讨论了这种粗化对河床调整的影响，但依据实测资料在宏观的尺度上进行系统分析的工作，尚少见于报道。

图1 汉江中游示意图

HTSSLocation map showing study area

该图表明，相对展宽率随河岸抗冲性的增大而减小。值得注意的是，数据点可以分为两个条带，其斜率不同。河底出露卵石层或受卵石层直接影响的断面，都位于上方的直线中，而下方的直线中则只包含未受卵石层影响的断面。这显然是由于，当卵石层出露以后，河底抗冲性急剧增大，使得河岸相对于河底的抗冲性大大减小，因而出现更为明显的展宽趋势。换言之，当卵石层暴露以后，如果河岸的抗冲性较小，则河床形态可能向宽浅发展。此外，上述两类断面河宽调整趋势的差异，还与来自上游的泥沙供应条件有关。卵石层出露段，来自上游方向的细泥沙供应量十分有限，岸滩冲刷后难以淤回；沙质河段细泥沙供应较为丰富，岸滩冲刷后容易淤回，这也是使前者的展宽趋势更为明显的因素之一。

5 结论与讨论

本文以二十余年的观测资料为基础，运用地貌学方法对汉江丹江口水库下游河床调整过程中下伏卵石层的作用进行了系统的分析。在沙质河床中存在着下伏卵石层的情况下，卵石层因水流冲刷而暴露可视为一种突变现象。这是使河床下切受到抑制的决定性因素。随着卵石层的暴露，河床糙率将急剧增大，局部河床可能采取加大比降的方式进行补偿。当卵石层出露以后，河底抗冲性急剧增大，使得河岸相对于河底的抗冲性大大减小，因而在最初阶段的下切之后可能出现展宽趋势，表现为一种复杂响应过程。

应该指出的是，丹江口水库下游河床调整的影响因素很多，除了本文所讨论的下伏卵石层暴露的影响外，来水来沙条件的变化也起着重要的控制作用，这方面前人已作了大量的研究工作[9]。本文的成果可以认为是对前人研究的一种补充，有助于更全面地认识水库下游河床调整过程这一十分复杂的问题。本文的成果还表明，为了使长江三峡水库下游河床演变数学模型的计算结果更符合实际，应该在模型中考虑卵石层因水流冲刷而暴露的影响，否则将无法得到准确的预报结果。

参考文献

1 钱宁，麦乔威。水库修建后下游河道重建平衡的过程。水利学报，No.1,15-15， 1958.

2 尹学良。清水冲刷河床粗化研究。水利学报，No.1,15-25， 1963.

3 韩其为，向熙珑，王玉成。河床粗化。第二次河流泥沙国际学术讨论会论文集，水利电力

出版社，356-367， 1983.

4 杨美卿，陈亦平。卵石夹沙河床长期清水冲刷的数学模型。泥沙研究，No.1,45-54，1988.

5 Schumm,S.A.and Galay,V.J.,The river Nile in Egypt. In:S.A.Schumm and B.R.Winkley (Editors), The Variability of Large Alluvial Rivers,ASCE Press, New York,75-102, 1994.

6 钱宁，张仁，周志德。河床演变学。科学出版社，1987.

7 Yang,C.T.,On river meanders, Journal of Hydrology,Vol.13,231-253, 1971.

8 许炯心。水库下游河床调整复杂响应的试验研究。泥沙研究，No.2,49-57, 1986.

9 韩其为，童中均。丹江口水库下游河床演变特点及其机理。见：丹江口水库下游河床演变

分析文集。长江流域规划办公室水文局， 17-39， 1982.