李建平

摘 ? 要：異重流排沙是減少水庫(kù)淤積的一條重要途徑，小浪底水庫(kù)庫(kù)底縱比降大，水庫(kù)蓄有大量清水，當(dāng)上游來(lái)水來(lái)沙具備一定的條件，就會(huì)產(chǎn)生異重流。小浪底異重流結(jié)束后，由于水流及泥沙的慣性作用，滯留水庫(kù)的懸浮泥沙形成滯留層，因滯留層泥沙分層，含沙量呈幾何級(jí)變化，對(duì)淤積測(cè)驗(yàn)水深測(cè)量產(chǎn)生影響。通過(guò)對(duì)異重流滯留層對(duì)水深測(cè)量影響分析，改進(jìn)水庫(kù)淤積測(cè)驗(yàn)水深測(cè)量手段，提高淤積測(cè)驗(yàn)精度，為小浪底水庫(kù)排沙減淤服務(wù)。

關(guān)鍵詞：異重流 ?滯留層 ?水深測(cè)驗(yàn) ?回聲測(cè)深儀

中圖分類號(hào)：TV145.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2020）06（a）-0056-02

1 ?泥沙滯留層

利用小浪底水庫(kù)進(jìn)行調(diào)水調(diào)沙，減少黃河下游河道泥沙淤積，是小浪底水利樞紐工程的主要任務(wù)之一，也是黃河治理的重要舉措。異重流排沙是減少水庫(kù)淤積的一條重要途徑，小浪底水庫(kù)庫(kù)底縱比降大，水庫(kù)蓄有大量清水，當(dāng)上游來(lái)水來(lái)沙具備一定的條件，就會(huì)產(chǎn)生異重流。異重流結(jié)束后，由于水流及泥沙的慣性作用，滯留水庫(kù)的懸浮泥沙形成滯留層，并持續(xù)至泥沙沉積穩(wěn)定。小浪底水庫(kù)每年開展淤積測(cè)驗(yàn)2～3次，洪水期、汛后水庫(kù)淤積測(cè)驗(yàn)水深受泥沙滯留層影響較大，特別是訊后淤積測(cè)驗(yàn)，異重流滯留層對(duì)水深測(cè)驗(yàn)影響更為明顯。

2 ?測(cè)驗(yàn)儀器的率定和比測(cè)技術(shù)分析

小浪底水庫(kù)淤積斷面水深，受測(cè)驗(yàn)方式、儀器設(shè)備、數(shù)據(jù)比測(cè)等因素影響較大，特別是河底滯留泥沙層不穩(wěn)定狀態(tài)對(duì)確定水深影響更為明顯。

小浪底水庫(kù)經(jīng)過(guò)淤積后，有些部位仍達(dá)60m以上，由于存在泥沙滯留層，普通測(cè)深儀測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。小浪底水庫(kù)測(cè)驗(yàn)淤積測(cè)驗(yàn)使用的主要測(cè)深儀器包括測(cè)深桿、測(cè)深錘、鉛魚、測(cè)深儀等。通過(guò)試驗(yàn)分析各種儀器設(shè)備測(cè)得的水深，統(tǒng)一水深測(cè)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)非常必要。

2.1 比測(cè)要求

水文測(cè)驗(yàn)規(guī)范規(guī)定使用記數(shù)設(shè)備和測(cè)深儀等儀器測(cè)量水深必須進(jìn)行率定和比測(cè)工作。率定的目的是尋求測(cè)驗(yàn)儀器記錄值與實(shí)測(cè)值的關(guān)系。比測(cè)的目的是檢驗(yàn)記錄值和實(shí)測(cè)值的誤差，并修正記錄值消除系統(tǒng)性誤差。

2.2 比測(cè)實(shí)踐操作

為了提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，選用水深分辨率較高穩(wěn)定的雙頻回聲測(cè)深儀，其工作原理為換能器從水面向水底發(fā)射聲波，聲波傳到水底界面被反射，再回到換能器被接收，記取聲波傳輸時(shí)間換算水深。超聲波測(cè)深儀高頻（208kHz）最大測(cè)量水深與水體含沙量及泥沙顆粒平均粒徑之間的定量關(guān)系，在一定條件下，低頻（41kHz）超聲波能夠穿透較大含沙量水體的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，在相對(duì)靜止且具有較大含沙量水體的某一深度處，存在著一層含沙量梯度很大的高含沙水層。使用超聲波測(cè)深儀測(cè)深時(shí)必要時(shí)需采用具有較低頻率的雙頻測(cè)深儀才能測(cè)到真實(shí)的底部。通過(guò)計(jì)算機(jī)測(cè)深儀軟件界面，可輸出河底水深圖形，對(duì)河底懸沙至硬河床，清晰可見(jiàn)，通過(guò)比側(cè)回聲測(cè)深儀能過(guò)提供相對(duì)穩(wěn)定的淤積界面，為軟泥層水深比測(cè)界定提供技術(shù)幫助。

在使用回聲測(cè)深儀前，進(jìn)行轉(zhuǎn)速校正、臂長(zhǎng)校正、零線校正、換能器安裝垂直的檢查和深度比測(cè)等。比測(cè)是生產(chǎn)工作必須完成的規(guī)定項(xiàng)目，水深比測(cè)的質(zhì)量直接影響水深測(cè)驗(yàn)的精度。水庫(kù)測(cè)驗(yàn)水深變幅大，測(cè)驗(yàn)最大水深80m，岸上校正的水深不適用水下水深測(cè)量，測(cè)驗(yàn)中總結(jié)出水下比測(cè)的行之有效的方法。

小浪底水庫(kù)回聲測(cè)深儀測(cè)深主要以鉛魚測(cè)得水深為基準(zhǔn)進(jìn)行比側(cè)。鉛魚對(duì)軟泥層感應(yīng)主要受拖浮力影響，使用回聲測(cè)深儀測(cè)深能夠測(cè)到軟泥層的層次輪廓，實(shí)踐中采用經(jīng)驗(yàn)法和水下軟泥層痕跡線目測(cè)法確定比側(cè)水深。

2.3 滯留層下水深比測(cè)分析

為說(shuō)明測(cè)驗(yàn)中水深測(cè)驗(yàn)誤差情況，選取庫(kù)區(qū)測(cè)驗(yàn)時(shí)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。選取距離小浪底大壩上游6.54km黃河淤積測(cè)驗(yàn)斷面，測(cè)取1條垂線水深、泥沙數(shù)據(jù)，（見(jiàn)表1）。

測(cè)驗(yàn)時(shí)滯留層界面附近流速為零，從上表可以看出，鉛魚著床硬底施測(cè)水深55.1m，回聲測(cè)深儀施測(cè)水深52.8m，水深52.2m是清渾水界面以下軟泥層的上表面，層內(nèi)含沙量變幅極大，當(dāng)含沙量接近300kg/m3時(shí)，回聲測(cè)深儀不能穿透。兩種儀器測(cè)深差2.3m，主要原因是鉛魚能夠進(jìn)入滯留泥沙層。通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)說(shuō)明，在泥沙滯留層影響下，不同含沙量處水深是變化的。當(dāng)采用不同的儀器設(shè)備、觸底方式，測(cè)出的水深是不同的，主要影響因素為水深底面的確定。因此，當(dāng)小浪底水庫(kù)異重流過(guò)后泥沙滯留層水深測(cè)驗(yàn)需要引起重視，當(dāng)采用年度淤積量計(jì)算階段或多年庫(kù)容總淤積量是應(yīng)分析泥沙滯留層脫水縮小體積的影響。

3 ?測(cè)深誤差的控制

根據(jù)實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)生產(chǎn)中控制測(cè)深誤差的手段主要有：

（1）根據(jù)水深、流速和庫(kù)底泥沙組成情況，選用不同的測(cè)深工具。水深較淺時(shí)，測(cè)深桿、測(cè)深錘準(zhǔn)確性更高。庫(kù)底為淤積軟泥層時(shí)，應(yīng)使所選用的不同測(cè)驗(yàn)工具，對(duì)軟泥面具有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。小浪底水庫(kù)水深測(cè)驗(yàn)以穩(wěn)定的鉛魚測(cè)深為比測(cè)基準(zhǔn)。（2）小浪底水庫(kù)水庫(kù)測(cè)深已廣泛采用回聲測(cè)深儀，因回聲測(cè)深儀型號(hào)不同，其功率、頻率和測(cè)深精度有差異，根據(jù)庫(kù)底泥沙組成情況（有無(wú)軟泥層）和精度的不同要求主要選用320和Hyd 500雙頻回聲測(cè)深儀，測(cè)深效果較好?；芈暅y(cè)深儀選用后，不宜隨意更換。如需要換新儀器時(shí)，須用原儀器和其他測(cè)深工具與之比測(cè)無(wú)誤后，再行使用。（3）回聲測(cè)深儀換能器的功率、頻率不同，庫(kù)底軟泥面對(duì)聲波的反射系數(shù)亦不同，致使測(cè)深結(jié)果不一樣。各水庫(kù)可根據(jù)淤積泥沙沉積穩(wěn)定時(shí)的軟泥層淤積面為準(zhǔn)，進(jìn)行試驗(yàn)比測(cè)，選用合適的測(cè)深儀。在選擇測(cè)深儀時(shí)，還應(yīng)注意回聲測(cè)深儀的測(cè)深誤差，對(duì)測(cè)定庫(kù)容和測(cè)定淤積厚度精度的不同影響。（4）通過(guò)試驗(yàn)分析，臨時(shí)制定小浪底水庫(kù)淤積測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目采用一致的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或制定小浪底水庫(kù)水深測(cè)量技術(shù)要求，并逐步完善。

4 ?結(jié)語(yǔ)

加強(qiáng)小浪底水庫(kù)泥沙滯留層測(cè)驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)選用智能化高精度測(cè)深儀。選用測(cè)深儀圖像信息能夠清晰顯示河底滯留泥沙層，可幫助判斷識(shí)別河底界面，基本認(rèn)定河底底面。同時(shí)，結(jié)合比測(cè)實(shí)驗(yàn)確定不同儀器設(shè)備測(cè)驗(yàn)要求，能夠測(cè)定基本一致的泥沙底面。開展滯留層的泥沙濃度標(biāo)定，分析泥沙滯留層對(duì)水深測(cè)驗(yàn)的影響分析，分析泥沙滯留層底面泥沙濕容重，獲得定量數(shù)據(jù)，用于修正水深測(cè)驗(yàn)，為創(chuàng)新水深測(cè)驗(yàn)方式、測(cè)驗(yàn)儀器創(chuàng)造條件。通過(guò)試驗(yàn)分析資料，編制小浪底水庫(kù)淤積測(cè)驗(yàn)水深測(cè)驗(yàn)技術(shù)要求，統(tǒng)一水深測(cè)驗(yàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)小浪底水庫(kù)不同測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目水深測(cè)驗(yàn)，提高小浪底庫(kù)區(qū)水文測(cè)驗(yàn)精度，為小浪底水庫(kù)排沙減淤服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

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