[发明专利]一种基于纵向河势调整传递及阻隔机理的河型划分方法

说明书

本发明涉及水利工程技术领域，具体地指一种基于纵向河势调整传递及阻隔机理的河型划分方法。计算研究河段的上游河道与下游河道的水位下降值ΔH和上游河道河床与下游河道河床的高程下降值ΔZ，对水位下降值ΔH和高程下降值ΔZ进行比较分析：当ΔH不大于ΔZ时，下游河道河势调整并没有传递到上游河道，本研究河段为纵向阻隔型河段；当ΔH大于ΔZ时，即下游河道河势调整传递到了上游河道，本研究河段为纵向非阻隔型河段。本发明的河段河型划分方法对纵向河势调整的传递及阻隔机理进行了准确的分析，能够准确的对研究河段进行划分，为河段治理提供良好的理论依据，提高河段治理的效果和效率。

技术领域

本发明涉及水利工程技术领域，具体地指一种基于纵向河势调整传递及阻隔机理的河型划分方法。

背景技术

长江中下游地区通江达海，交通便捷，素有“黄金水道”之美誉。长江是我国第一、世界第三大河，发源于素有“世界屋脊”之称的青藏高原，之后蜿蜒东流，出三峡峡谷后，进入长江中下游平原地区，干流河道全长6300km。长江是我国经济社会发展的重要水源地、能源基地，在国家经济发展战略中占有重要的地位和作用。近年来，国家把修复长江生态环境摆在压倒性位置，共抓大保护、不搞大开发，以“维护健康长江，促进人水和谐”为宗旨，开展长江河道治理和生态保护。长江中下游稳定的河势条件，不仅关乎沿江两岸防洪保安以及航运高效畅通，更是深入贯彻落实国家关于长江生态环境保护的战略部署、促进长江经济带绿色健康发展的必然要求。

长江中下游河势稳定不仅在于边滩、江心洲滩、浅滩、深槽、主泓等河床形态及平面位置的稳定，从长河段来看，更重要的在于具有稳定的河床纵剖面。以20世纪60～70年代下荆江三次裁弯为例，裁弯大幅度缩短河道长度，造成上游河道发生长距离、长时间的冲刷，累计持续时间达14年之久，枝城～碾子湾河段累计冲刷4.5亿m³左右，累计冲刷深度达1.88m；陈家湾、沙市、郝穴水位下降分别为1.2、1.4、1.4m，新厂和石首水位均下降1.8m左右；裁弯段以下则发生大幅度淤积，1970～1980年天星阁～城陵矶河段平滩河槽下累计淤积约0.66亿m³，累计淤积厚度达0.8m左右。显然，如此强烈的纵向河势调整使上、下游长河段内的河床纵剖面发生大幅度冲淤变形，纵向河势调整具有传递性，因此严重影响了长江中下游总体河势稳定。可见，研究基于纵向河势调整传递及阻隔机理来划分河型的方法，进而提出适宜的河势控导措施，对维持长河段纵向河势稳定的意义十分重大。

平衡纵剖面，是指流域水沙来量与河道水沙输移能力处于动态平衡状态的纵剖面。进入河槽的水沙来量与河道水沙输移能力是矛盾的对立统一体，由于外部条件不断变化，纵剖面形态不可能时时处处恰好与来水来沙条件、上下游河势条件相适应。J.H.Mackin“平衡河流”概念认为，当控制因素发生变化而使河流失去平衡后，河流自动调整作用使这些变化带来的影响受到遏制，从而使整个系统逐步回到平衡。河床冲刷调整的总方向是降低河槽挟沙能力，以使其与上、下游河势相适应。当纵向河势调整导致上游侵蚀基面下降后，调平河床纵剖面是调整挟沙能力的最有效途径，也可通过床沙粗化等来减缓或阻止河道进一步下切。一方面，粗化后的河床能够抑制冲刷，即便细沙河床无法形成抗冲覆盖层，但随着床面泥沙补给减少和水流阻力增大，水流挟沙力大为降低，冲刷速率将大为减小；另一方面，河床冲刷过程中，若遇到局部侵蚀基面，如海平面，湖泊和水库、干流的顶托，支流在干流的堆积物，河床局部地形隆起等，冲刷就将受到遏制。

例如，在国内外研究中，关于形成局部侵蚀基准面，进而遏制冲刷的例子屡见不鲜。德克萨斯州内彻斯河冲刷止于海平面；俄克拉荷马州北加拿大河有支流入汇，支流带来的泥沙在河口形成淤积对干流上游河段起到局部侵蚀基准面的控制作用；瑞波布利肯河裸露的基岩以及雷德河的砾石滩也对河段冲刷起到控制作用。相反，河流发生溯源堆积往往也是因出口侵蚀基准面上升造成的，这类淤积通常从下游产生，然后逐渐向上游发展，淤积厚度下游大于上游，新的河道比降将小于原河道比降。例如，美国西部间歇性河流资料表明，从纵剖面上可以明显看出，洪水中形成的堆积物不断向上游延伸的过程。