小浪底水库调水调沙期间揭河底分析

小浪底水库调水调沙期间揭河底分析

郭睿  

（黄委三门峡库区水文水资源局，河南，三门峡，472000）

1 揭河底情况

1.1 揭河底时间、地点

小浪底水库调度运用中，每年在汛期到来之前，需要将高于汛限水位以上的水量泄掉。随着水库泄水，原来处于蓄水区域的河段成为自然河道，伴随而来的是在一些自然河道的河段出现揭河底现象。据河堤水文站同志反映，水库蓄水后，除2003年没见到揭河底外，其它年份都出现揭河底。尤其2000年，揭河底情况非常强烈。

揭河底出现河段在南村黄河桥以上，据观测到的揭河底河段下游在黄河36～37断面间，上游当在黄河39断面以下。再往上游的其它河段是否出现揭河底，需要进行调查。

1.2 揭河底现象

2004年7月5日黄昏时分，位于小浪底库区南村大桥上游观察到揭河底现象。

当日下午15时，上游三门峡水库开闸泄流，2000多立方米每秒的洪水于傍晚时分演进到小浪底库区南村河段。19时左右，在小浪底库区南村大桥上游约500米（库区淤积测量黄河36～37断面之间，两断面间距2500米）处，发生揭河底现象。

揭河底发生前，该河段水面较为平顺。发生时，水面突然扬起浪花，水流紊动加剧，瞬间水面上涌起黑褐色带状泥水混合物，不断翻滚涌动。伴着不断翻滚的水浪，成片泥块涌出水面，高达3米左右，宽约7米，这一现象大约持续了3分钟左右后自然消失，水面恢复平静。约20分钟后，这种现象再次复现在这一河段。近距离对揭河底现象的观察：当时浪大流急，响声很大。

这次揭河底现象发生之时，正值小浪底和三门峡水库大流量泄流之际，揭河底位置正好在三门峡水库泄流洪水与小浪底库区回水末端潜入点上游约1000米左右处，当时该河段刚由回水末端形成自然河道，在复杂的河势和水流情况下，发生了较为罕见的揭河底现象。

1.3 揭河底特征的特殊性

小浪底水库揭河底的局部形成特征与其它揭河底形成特征相同，

即大片的沉积物从河床上掀起，有的露出水面，然后坍塌、破碎，被水流冲散、带走。小浪底水库揭河底的特殊性在于揭河底发展特征的不同。一般河道揭河底的发展特征是由上游逐渐向下游发展、传递，小浪底水库揭河底的发展特征是由下游逐渐向上游发展、传递。据河堤水文站同志反映，2000年揭河底先由下游揭起，逐渐向上游发展。由下至上一片、一片的揭起后，然后又从下游继续开始。这种有联系的由下游向上游发展的揭河底，在其它地方尚未发现。

2 揭河底河段边界情况

2.1 河段河宽

小浪底水库形态总体为峡谷型，上半库段较窄，库水面宽200~850m，下半库段虽较宽，但其形态极不规则，库水面宽1100~3250m，全库平均水面宽1060m。揭河底河段位于河宽较窄河段与河宽较宽河段的过渡段，2004年6月底实测水面宽见下表1：

表1     小浪底水库黄河35～45断面实测河面宽 (m)

其中37断面观察时为非自然河道，揭河底时河面宽约500m。

2.2 水流速度

揭河底时由于流速大，水流湍急，没有条件进行观察。据河堤站同志估计，揭河底时，水流速度要在4m/s以上。由于呈自然河段后，水面比降较大，当流量大于500m3/s时，流速就可达到4m/s以上，产生揭河底。

2.3 河床组成

2000～2004年观测黄河38断面河床质颗粒级配见表2：

表2       黄河38断面河床质颗粒级配

黄河38断面平均中数粒径最大0.076mm，最小0.014mm，变化悬殊。据河堤站同志反映，河床组成是一层泥，一层沙，层态分布明显。从实测河床质颗分成果看，粒径随时间变化较大。

2.4 河床比降

图3为小浪底水库河床最低点剖面图，揭河底出现在距坝里程60～70km的河段。从图上看，揭河底河段比降相对较小，上、下游河床比降较大，最大可达万分之二十以上。

图3 小浪底水库河床最低点剖面图

3 揭河底现象的机理分析

3.1 纵向平台作用

从图3反映揭河底河段比降相对较小，上、下游河床比降较大，河段在纵剖面上呈一平台。该平台的存在使该河段具备了揭河底的河床边界条件。在上游大比降的作用下，该河段虽然河床比降相对较小，但水面比降并不会减小很多。水流具备的较大能量与相对平缓的河床存在突出矛盾，这种矛盾的存在将造成河床的剧烈冲刷。

3.2 水流速度作用

揭河底河段位于狭窄河段下游，黄河39断面河宽400m，在较大比降作用下，使得水流到达揭河底河段具有较大的流速。实测资料表明，当流量500m3/s时，流速可达4.0m/s以上。水深浅，流速大，河床泥块容易被揭出水面。

3.3 河床组成作用

揭河底河段河床组成是一层泥，一层沙，层态分布明显。这种明显的层态分布，是河床揭底的必要条件。试想，河床若为松散的颗粒结构，水流只能把河床泥沙冲散冲走，而不可能成块的揭起来。              河床若为整体的粘结块状结构，水流若把河床泥块揭起，需要很大很大的能量，形成揭河底将是困难的。河床呈层态分布，水流不需要很大的能量就能将泥块进行层间分离，揭出水面。

3.4 溯源冲刷作用

小浪底水库揭河底是从下游向上游发展，这种情况应该是溯源冲刷的结果。由于揭河底河段下游比降较大，特别是南村桥附近冲刷剧烈，水深较大，更加大了揭河底河段下游的河床比降。层态块状河床在溯源冲刷下将在上部出现横向裂缝，并逐渐被水流向下推移，使裂缝加大。当裂缝达到一定程度后，这时泥块下推也逐渐困难，水流从泥块前部着力，并渗入泥块下部使泥块受浮力增大，最终将泥块揭起。揭起一块后，溯源冲刷继续向上游发展，逐渐将一块一块的河床泥块揭起。其表现出来的揭河底发展特征即我们看到的揭河底由下游向上游发展。

4 结论及建议

（1）事实证明，小浪底水库揭河底是存在的，且小浪底水库揭河底具有与其它地方揭河底不同的形成方式，具有独特的揭河底特征。

（2）小浪底水库揭河底主要与揭河底河段的纵剖面特征、水流特性、河床组成及河段的溯源冲刷特性有关。

（3）由于揭河底河段水流特性复杂，测验条件有限，目前尚无有关的揭河底观测资料。建议有关部门采取措施，组织力量，在今后出现揭河底时进行及时观测，对上游河道是否出现揭河底进行调查，以便对小浪底水库揭河底进行深入分析。

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