孫 磊，劉福林

（遼寧省白石水庫管理局，遼寧 朝陽 122000）

牛亡牛河河口交匯區(qū)泥沙沖淤試驗研究

孫 磊，劉福林

（遼寧省白石水庫管理局，遼寧 朝陽 122000）

本文研究了牛亡牛河典型洪水以及大凌河、牛亡牛河發(fā)生洪水遭遇時，牛亡牛河口交匯區(qū)泥沙淤積形態(tài)及其分布。試驗結果表明：牛亡牛河發(fā)生洪水時，交匯區(qū)的淤積較大；大凌河洪水先于牛亡牛河洪水發(fā)生時，牛亡牛河交匯區(qū)的泥沙淤積大于牛亡牛河洪水先于大凌河洪水發(fā)生；當稀遇洪水遭遇時，交匯區(qū)的淤積量很少，泥沙基本被帶往交匯區(qū)下游。從動力學角度分析，牛亡牛河泥沙淤積是必然的。

泥沙淤積；試驗；牛亡牛河

1 概況

牛亡牛河是大凌河流域主要支流，年均輸沙量1 160萬t，占白石水庫年輸沙量的62.8%，是白石水庫庫區(qū)泥沙淤積的主要來源。在牛亡牛河支流匯入大凌河干流后，在牛亡牛河河口附近形成了交匯區(qū)，由于交匯區(qū)水流相互間頂托、摻混的作用，使得交匯區(qū)泥沙淤積問題變得比較復雜。近些年來，白石水庫庫區(qū)淤積問題比較嚴重，特別是在大凌河與牛亡牛河交匯區(qū)段泥沙淤積情況更為突出。因此，盡早對交匯區(qū)泥沙淤積現(xiàn)象進行研究是一項迫在眉睫的任務。

2 試驗條件及工況

2.1 試驗條件——典型洪水選擇

考慮到水庫運行后實際來水來沙條件，選取大凌河典型洪水兩場（2007年型、2%（1962年型））、牛亡牛河典型洪水兩場（2007年型、2%（1962年型））。水沙過程見表1，2。

2.2 試驗工況

1）牛亡牛河發(fā)生典型洪水過程：工況A，考慮到水庫建成運用以后實際發(fā)生的來水來沙過程，選擇2007型牛亡牛河洪水過程進行試驗。

2）牛亡牛河大凌河常遇洪水組合：工況B，大凌河2007型洪水與牛亡牛河2007型洪水同時發(fā)生；工況C，先發(fā)生牛亡牛河2007型洪水，再發(fā)生大凌河2007型洪水；工況D，先發(fā)生大凌河2007型洪水，再發(fā)生牛亡牛河2007型洪水。

表1 大凌河、牛亡牛河典型洪水（2007年型）流量沙量過程

3）稀遇洪水組合：工況E，大凌河及牛亡牛河同時發(fā)生較大洪水，選擇1962年水沙過程即頻率為P=2%的稀遇洪水。大凌河干流選擇朝陽站1962年7月24日至7月28日5 d洪水過程，牛亡牛河支流選擇迷力營子站1962年7月9日至7月13日5 d洪水過程。

2.3 觀測斷面布置

布置測淤斷面16個，從BS12-BS23和BS33-BS36，覆蓋整個交匯區(qū)，測淤斷面、分區(qū)及其反映所屬淤積位置情況的對應關系如表3。

表2 1962年朝陽站、迷離營子站P=2%5 d洪水流量沙量過程

注：1）朝陽站洪峰流量為15 600 m3/s，總加沙量為3 395.223 kg，由于閻王鼻子水庫的攔沙作用，據(jù)當年排沙比（64.8%）總沙量減少為2 200 kg；2）迷離營子站洪峰流量5 240 m3/s，加沙量為 1 231.36 kg。

表3 測淤斷面對應淤積分區(qū)

3 淤積特征

3.1 牛亡牛河發(fā)生2007型洪水淤積特征

工況A河道縱剖面圖見圖1。從圖1中可以看出：牛亡牛河發(fā)生常遇洪水后，交匯區(qū)下段的Ⅰ區(qū)所有斷面幾乎沒有淤積。交匯區(qū)中段（核心區(qū)）Ⅱ區(qū)，距離牛亡牛河口越近的斷面，淤積厚度與范圍越大，其中BS16斷面淤積主要集中在主槽附近，最大淤積厚0.25 m，到BS19斷面，淤積幾乎呈全斷面分布，最大淤積厚度達0.37 m。

圖1 牛亡牛河發(fā)生2007型洪水后模型河道縱剖圖

Ⅲ區(qū)位于牛亡牛河匯流口上游支流范圍，由于匯流口斷面的束窄作用，該區(qū)淤積量較大，BS33—BS36均有淤積。淤積泥沙多集中在主槽內(nèi)，其中以BS34和BS35斷面淤積最為嚴重：BS35斷面淤積寬度達500 m，最大淤積厚度約為 0.71 m，BS34斷面淤積寬200 m，最大淤積厚0.64 m。

交匯區(qū)上段Ⅳ區(qū)位于匯流口上游，受牛亡牛河洪水頂托和泥沙倒灌的影響，該區(qū)下游斷面BS20與BS21略有淤積，BS22與BS23斷面則幾乎沒有淤積。

根據(jù)觀測結果計算了洪水所挾帶總沙量以及各分區(qū)淤積沙量（均為模型值）見表4。

表4 牛亡牛河2007型洪水淤積量統(tǒng)計表

3.2 常遇洪水組合淤積特征

洪水組合試驗結果河道縱向淤積見圖2。

圖2 常遇洪水組合后模型河道縱剖圖

1）工況B。Ⅰ區(qū)范圍內(nèi)基本沒有發(fā)生淤積；Ⅱ區(qū)僅在BS16主槽內(nèi)有輕微淤高，其他斷面仍無淤積；Ⅲ區(qū)淤積較厚，由于大凌河來流對牛亡牛河來流有較強的頂托作用，該區(qū)的淤積厚度要遠大于下面兩種工況。Ⅳ區(qū)在BS22-BS23之間有輕微淤積。

2）工況C。Ⅰ區(qū)范圍內(nèi)基本沒有發(fā)生淤積；Ⅱ區(qū)淤積量最大，主要集中在該區(qū)域上游即BS18-BS19之間，淤積呈全斷面分布，平均厚度約為0.35 m；Ⅲ區(qū)僅在BS35斷面有一定淤高，厚度約為0.45 m，其他位置無明顯淤積；Ⅳ區(qū)淤積泥沙較少。

3）工況D。Ⅰ區(qū)范圍內(nèi)發(fā)生少量淤積，主要集中在BS14-BS15斷面之間的右側主槽內(nèi)。Ⅱ區(qū)淤積量較大，4個斷面淤積均呈現(xiàn)全斷面分布，主槽基本被淤平，平均淤積厚度在0.6 m左右；Ⅲ區(qū)情況與工況B類似，僅在BS35斷面有0.5 m的淤高；Ⅳ區(qū)幾乎沒有淤積泥沙。常遇洪水組合總來沙量以及各分區(qū)淤積沙量統(tǒng)計見表5。

表5 組合洪水淤積量統(tǒng)計表

由表5可以看出，工況B最大淤積區(qū)域為匯流口牛亡牛河上游即Ⅲ區(qū)，淤積比例25.9%，工況C與D最大淤積區(qū)域均為Ⅱ區(qū)，淤積比例分別為30%和42.9%；工況B與C淤積最小的區(qū)域出現(xiàn)在Ⅰ區(qū)，分別為3.8%和1.7%，而D工況則是Ⅳ區(qū)淤積最小，淤積比例為3.8%。

對比3種不同洪水組合，工況D在4個區(qū)域所淤總沙量占來沙總量的65.3%，為淤積最大，工況C其次，工況B為淤積最小，淤積比例為44.8%。

3.3 稀遇洪水組合淤積特征

1962年稀遇洪水試驗縱剖面淤積見圖3。

圖3 稀遇洪水后模型河道縱剖圖

Ⅰ區(qū)僅在BS14斷面左側產(chǎn)生回流的部位有淤積，其他部位均無淤積發(fā)生；Ⅱ區(qū)的淤積情況也只發(fā)生在BS19斷面，淤積泥沙將該斷面右岸深槽填平。Ⅰ、Ⅱ區(qū)大部分斷面洪水過后的地形幾乎沒有發(fā)生淤積，有沖刷的可能性存在，這部分內(nèi)容將在淤沙搬移試驗中研究。Ⅲ區(qū)整體呈全斷面淤積，牛亡牛河上游到交匯區(qū)入口斷面淤積厚度逐漸增大，平均淤積厚度由BS36斷面的0.4 m增大到BS33斷面的1.2 m；Ⅳ區(qū)的淤積最為嚴重，每個斷面都有大量泥沙淤積，但淤積橫向分布并不均勻，其分布規(guī)律跟區(qū)域河勢有密切聯(lián)系。BS22與BS23斷面均出現(xiàn)了最大淤積厚度超過2 m的淤積，BS21最大淤積厚度接近2 m，BS20斷面淤積相對較少，但平均淤積厚度也有將近1 m。對稀遇洪水總沙量以及各分區(qū)淤積沙量統(tǒng)計見表6。

表6 稀遇洪水淤積量統(tǒng)計表

4 結 論

不同工況的試驗結果表明：牛亡牛河發(fā)生洪水時，交匯區(qū)的淤積較大。牛亡牛河連續(xù)發(fā)生洪水，交匯區(qū)的淤積量累積性增加。大凌河洪水先于牛亡牛河洪水發(fā)生時，牛亡牛河交匯區(qū)的泥沙淤積大于牛亡牛河洪水先于大凌河洪水發(fā)生。當稀遇洪水遭遇時，交匯區(qū)的淤積量很少，泥沙基本被帶往交匯區(qū)下游。

從動力學角度分析，水庫蓄水運用，必然抬高水位，在抬高水位影響范圍內(nèi)，流速必然小于天然狀態(tài)。由于水位抬升幅度沿程變化，離大壩越近，水位抬升越多，流速減小的程度越大，淤積也減少。牛亡牛河洪水從支流入?yún)R到大凌河干流，河道顯著展寬，過水面積增大，水動力條件必然衰減，泥沙落淤。大凌河洪水與牛亡牛河洪水遭遇，匯流區(qū)的動力條件相對較好，但是二者遭遇的幾率較低。牛亡牛河與大凌河的交匯角很大，干支流水流的相互頂托與摻混現(xiàn)象劇烈。因此，牛亡牛河交匯區(qū)泥沙淤積是必然的結果。

［1］倪晉仁，惠遇甲.嘉陵江入?yún)R對重慶河段水力特征影響的水力學分析［J］.泥沙研究，1991（2）：29-38.

［2］倪晉仁，王光謙，張國生.交匯河段水力計算探討［J］.水利學報，1992，7（7）：5l—56.

［3］彭文啟.直角交匯河段水力特性的試驗分析及數(shù)值模擬［D］.武漢：武漢水利電力學院，1991.

［4］徐孝平，彭文啟，李煒.直角交匯河段分離區(qū)流場的幾何特性研究［J］.武漢水利電力大學學報，1994，26（6）：638—645.

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2015-12-09