三门峡库区溯源冲刷现象分析
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摘 要：溯源冲刷是水库冲刷的重要方法之一，发生溯源冲刷时坝前水位与非汛期水库平均运用水位有密切关系，水库非汛期运平均用水位每升高1.5m，发生溯源冲刷需要的坝前降水就减小1～2m；溯源冲刷的发展范围与流量等因素有关，当流量大于1500m/s时，冲刷发展到黄淤36断面以上。
中图分类号：TV147 文献标识码：A
前言
溯源冲刷是一种坝前水位迅速下降至淤积三角洲顶点以下所引起的自下而上的冲刷，冲刷强度随库水位降落到淤积三角洲顶点以下越低而越大，相应的向上发展的速度越快，冲刷末端发展的也越远。溯源冲刷是水库冲刷的重要方法之一[1]，冲刷时间短、效率高。
1 溯源冲刷的产生
坝前水位下降是产生溯源冲刷的必要条件[2]，但并不是每次坝前水位下降都会产生溯源冲刷，只有当水位下降到库区淤积三角洲顶点以下时，溯源冲刷才会发生。汛初坝前水位逐步降低，在入库输沙率变化很小的前提下，出库输沙率突然增大，可认为发生了溯源冲刷。以出库输沙率突然增大时的逐日平均水位确定为发生溯源冲刷时的坝前水位。1980年以来水库非汛期最高运用水位逐年下调，高水位运用时间也不断减少，特别是1992年以后，水库非汛期高水位运用时间迅速减少，非汛期水位>320m天数由80d减小到30d，1993、1995年更是出现了非汛期>322m水位运用0d的情况。水库非汛期运用水位的变化，也反映在汛初发生溯源冲刷时所需的水位上。
从图1可以看到，两者有较好的相关性，非汛期平均运用水位越高，发生溯源冲刷时所需的坝前水位降水就越少。当非汛期平均运用水位在315m左右时，汛初发生溯源冲刷时的坝前水位在305m附近。而当非汛期平均运用水位达到了316.5m左右时，冲刷水位基本在306～308m之间。水库非汛期平均运用水位每升高1.5m，发生溯源冲刷需要的坝前降水就减小1～2m。因此，非汛期平均运用水位对汛期发生溯源冲刷时所需水位起着重要作用。
图1 汛初发生溯源冲刷时坝前水位和非汛期水库
平均运用水位的对应关系图
非汛期平均运用水位越高、高水头运用天数越长，水库淤积三角洲顶点高程也就越高，只有当水库坝前水位降低到淤积三角洲顶点以下，才会发生溯源冲刷，所以非汛期平均运用水位升高，高水头运用天数增加，使发生溯源冲刷所需坝前降水减少。
2 冲刷的发展范围
在水库溯源冲刷的过程中，一般是从淤积三角洲顶点向上游发展的，三门峡库区溯源冲刷距离与流量、降水幅度、非汛期黄淤31～41断面的淤积量等因素有关。
如表1所示[3]，1980、1981年冲刷发展到了黄淤38断面。1982～1987年冲刷距离不断减小，其中1987年仅发展到31断面。1989～1995年冲刷距离变化并不明显，基本在33～37断面之间变化。用发生溯源冲刷时的坝前水位与汛期最低坝前水位之差表示降水幅度，可以看到，溯源冲刷发展距离随降水幅度增大而增大。降水幅度在8m以上，溯源冲刷可以发展到黄淤36断面以上，而降水小于8m，冲刷发展距离较短，如1986、1987、1995年分别发展到了黄淤34、31、33断面。
流量较小的时候，冲刷距离相应的较短。1987、1991年汛期均为小流量，冲刷断面仅发展到了31、33断面。当其他条件变化不大的情况下，流量越大冲刷距离越长。对比1982和1987年，坝前水位和低水头运用天数均相似。1982年流量为1729m?/s，发展到了37断面，1987年流量为710m?/s，仅发展到了31断面。当流量大于1500m?/s时，冲刷距离可以发展到36断面以上。而随着流量的减小，冲刷距离明显缩短。
表1 溯源冲刷发展范围
除此之外，溯源冲刷的发展距离还应该考虑非汛期31～41断面间的淤积量，从表1可以看到，淤积量基本在0.6亿m?以下，且淤积量与冲刷距离有较好的相关性，冲刷距离随着淤积量的增大而增大。淤积量每增大0.1亿m?，冲刷长度增加约2.6km。
3 结语
三门峡水库非汛期平均运用水位和高水位的运用天数，对汛期发生溯源冲刷时的水位起着关键作用。非汛期水库运用水位在315m左右时，汛初发生溯源冲刷时的坝前水位在305m附近。而当非汛期的运用水位达到了316.5m左右时，冲刷水位基本在306～308m之间。非汛期运用水位每升高1.5m，发生溯源冲刷需要的坝前降水就减小1～2m。T320、T322每增加10d，发生冲刷所需的坝前降水分别减少0.5m、0.3m。
溯源冲刷的发展与流量、降水幅度和非汛期黄淤31～41断面间的淤积量有关。当流量大于1500m?/s时，冲刷发展到黄淤36断面以上；降水幅度在8m以上，溯源冲刷可以发展到黄淤36断面以上。黄淤31～41断面间淤积量每增大0.1亿m?，冲刷长度增加约2.6km。
参考文献
[1] 韩其为.水库淤积[M].科学出版社，2003.
[2] 陕西省水利科学研究生河渠研究室，清华大学水利工程系泥沙研究室.水库泥沙[M].水利电力出版社，1979.
[3] 侯素珍，焦恩泽，姜乃迁，等.潼关以下黄河三门峡库区汛期冲刷规律分析[J].泥沙研究，2002.
作者简介：张艺（1988-），男，汉族，河南开封市，硕士研究生在读。研究方向：河道整治与河床演变。