清水下泄的不利影响与对策_互动科普

使用社交账号登录

购买价格:
付款方式:

互动科普

主页 > 科普纵览 > 工程 • 技术

清水下泄的不利影响与对策

陈祖煜 贾金生  发表于 2019年03月28日

水库上游的泥沙淤积令人困扰,而水库下游面对的则是相反的难题:清水冲刷。除了汛期以外,三峡水库一年中约有9个月下泄的是清水,流经下游河床时必然要带走河道中的泥沙,使河道受到冲刷。实际上,河道下切可提高河道的行洪能力,对防洪有利;但另一方面,清水下泄会改变河势加速河道的侧切与崩岸,从而改变航道,对航运产生一定的影响,特别是会增加堤岸崩塌的危险。

 

为什么会崩岸?

大自然的鬼斧神工,用千百年的时间造就了弯曲延绵的河道,人们经常用“九曲十八弯”来形容长江的曲折。然而,河道并不是一成不变的,在水流漫长的淘刷、冲蚀过程中,河道也在不断发展变化。

比如一条自东向西的河流,在流经弯道时,水流会向南(北)方向倾斜,形成一个相对横向的力,在这个力的作用下,弯道凹面的河岸就免不了要受到流水的冲击。当水流达到一定速度时,离心力和重力形成合力,共同作用于堤岸的斜下方,使得凹岸不断受到侵蚀,其下部被河水越淘越深。另一方面,河流的主要流向仍然是自东向西,当自东向西的纵向的力和横向的力叠加,弯道水流就会形成像弹簧一样螺旋状的流动状态。随着流速降低,水流会携带从凹岸淘出的泥沙,堆积到凸岸,河道便越来越弯。

当弯曲型河床发展到一定阶段,上、下两个反向河湾按某个固定点,呈S形向两侧扩张,河曲颈部愈来愈窄,当水流冲溃河曲颈部后便引发裁弯取直。1998年大洪水主要险情洲湾溃堤就是自然界的裁弯取直。

那崩岸又是怎么产生的呢?我们刚刚提到凹岸的下部被河水越淘越深,其上部就会处于悬空状态。在重力作用下,岸坡就会产生崩落、崩塌或滑坡。如果不做任何工程处理,在离心力和科里奥利力(科氏力)的作用下,这种冲刷崩岸将会越演越烈。由此可见,河流的弯道是水流冲刷和崩岸的共同产物。所谓“江河改道”和“崩岸”都是自然现象。

201109p38_f1.jpg

崩岸与改道示意图

 

寻找降低清水下泄影响的对策

人进则水退,在长江修筑大堤的历史可以追溯到古代,而当时的“岁修”很大程度上就是在修补“崩落、崩塌或滑坡”的堤防。

2003年三峡工程蓄水运用后,下泄河水变清了,其夹带泥沙的能力就变强了,加剧了对下游河道冲刷。河势的变化对河道堤防安全和航道产生了一定的影响。三峡水库蓄水后至今,宜昌至湖口河段总体为冲刷,平滩河槽(指宜昌流量每秒30000立方米的水面线以下的河槽)总冲刷量为9.79亿立方米,年均冲刷量1.22亿立方米。

在河道冲刷过程中,崩岸时有发生,但荆江大堤和长江干堤护岸工程保持基本稳定。自三峡工程175米试验性蓄水以来,崩岸57段、总长约25.1公里。据统计,试验性蓄水期湖北省荆州市长江河段发生崩岸19处;湖南省长江河段发生过新沙洲、荆江门、张家墩、界牌4处较大崩岸。崩岸经过及时抢护,均已消除险情。

在长江干堤加固工作中,研究人员通过长期实践,成功地开发了在水下20余米作业、铺设一种由合成纤维制成的被称为土工布的透水性土工合成材料和浇灌混凝土的技术,为崩岸治理找到了一条行之有效的途径。

201109p38_f2.jpg

江新洲坡岸治理


(本文发表于《科学世界》2011年第9期)


全部评论

你的评论