1河道特征
泾河自长武县汤渠村到泾河入渭口,全长272.5km,上游长武汤渠到彬县早饭头区间长78.0km,该段河谷呈“U型,两头窄,中间宽,其中长武汤渠—彬县火石嘴之间,河谷宽(800~1500)m;彬县火石嘴~彬县鸣玉池之间,河谷宽(1500~2600)m;彬县鸣玉池以下河谷宽(450~800)m。该段河道两岸沿程分布着27处天然石嘴(节点),控制着河势走向,对于河势变化起约束作用,使得河道成藕节状发育,一般表现为在石嘴附近主流归顺,河宽约1000m左右;离开石嘴,水流放宽分岔,形成江心滩。仅在马莲河口入泾口附近,由于天然石嘴的钳制作用,河势发生了大的改变,曲折系数为2.1,其余河段河势无大的变化,曲折系数一般在1.00~1.20之间。河道比降为0.14%~0.50%,河相系数为11.0~23.0,属游荡性河段。
2泾河节点对控制河势的作用
2.1节点及其对主流摆动的控制作用
游荡型河流虽然以主流迁徙不定为特点,但对于某一特定的河流来说,主槽摆幅的大小是与该河段河身的宽窄以及岸线的外形有着密切的关系。凡是岸线为凸出的山嘴,抗冲的胶泥嘴或人工建筑所控制,主流的摆幅就受到限制,而在没有控制物的河段,主流的摆幅就要大得多。这一点在泾河上也比较突出。在天然石嘴凸出的地方,其主流摆幅在(0.2~0.8)km之间,在山嘴后退或岸线凹进的地方,其主流摆幅一般在(0.6~1.2)km。由此可见,各种凸出的控制物对主流摆幅的限制作用是十分显著的。
由于主流流向的变化在相当程度上反映了主流摆动的幅度,所以也可以说河道宽度在一定程度上起了限制河流游荡性的作用。由泾河平面图上可以看出,凡是河道宽度较窄的河段,主流流向变化范围就较小,在河宽不受限制的河段,流向范围就会增大,游荡性就大大增加。综上所述,由控制物形成的窄深河段对游荡型河流的河势变化具有不可忽视的节制作用,因此,可以将这些窄深河段统称为节点。
游荡性河流上的“节点,对主流的摆动有一定的钳制作用。如上所述,游荡性河段多呈宽窄相间的藕节状,在宽段主流变化剧烈;在窄段,由于两岸土质较好,(如凸出的石嘴等),或受人工建筑物的控制,形成了“节点”。窄段水流归顺,沙滩不多,主流摆动幅度小,且当上游河势发生变化时,“节点”还有梳理作用,可以使下游流路比较稳定。根据钱宁等人研究,游荡型河流上的节点具有两种不同的类型:一种两岸皆有依托,位置固定,在中水位以上起到控制河势的作用,称为一级节点;另一种只是一岸有依托,在中水位以下,和对岸运动中的沙洲结合起来,也能起到一定程度的控制主流作用,称为一级节点。但节点位置因对岸沙洲运动而经常变动作用不稳定。下面将进一步讨论节点对流路的控制作用。
2.2节点对宽浅河段的节制作用
游荡型河流上的节点不仅对节点所在河段的主流摆动有控制作用,而且对节点上下游的宽浅河段也有节制作用。不少稳定的河段是和山嘴或人工建筑物构成的节点联系在一起的。并且稳定的河段和不稳定河段是交替出现的,并维持着接近3.2km的间距。由此可以认为这是由于河流要求维持一定的弯曲率和节点间距对河势的影响的综合结果。所以,节点的分布及其对河流挟持的程度对河流游荡性的影响是很深远的。
节点对宽浅河段的节制作用在泾河上有很明确的体现。按照河道平面特征,泾河长武柳沟~长武胡家河段河道长23.0km河谷较为开阔,由于沿岸天然石嘴的制约,河道流向多变,且较为剧烈。长武胡家河~彬县早饭头之间,河道长约38.0km,河谷开阔,滩槽明显,主流在两岸之间来回摆动,冲刷河岸河势变化剧烈。要稳定河势,就应充分利用天然节点,适当时增加工程建筑物(顺坝、丁坝、锁坝等),以束窄河身,围垦滩地,使主流归顺,河床稳定。但是节点对河流的控制较松,上下游宽浅段主流就会有较大的摆幅,如果节点对河流挟制较紧,上下游河段的游荡程度就会减少。
综上所述,要充分发挥节点对主流路的控制作用,则有两个方面的问题值得考虑:一个是节点的密度问题;另一个是节点的外形问题。
关于节点的密度问题,根据钱宁等人的研究,宽段的主槽摆幅B2与窄段的主槽摆幅B1,及宽段的长度L之间存在如下经验公式:
B2=3.82B1-1.45
B2=0.34L-0.31
宽度和长度的单位均以公里计。
由上式可知,节点间距愈近,钳制愈紧,则宽段主流摆动幅度愈小。当然,节点挟持过紧,将受到巨大的水力冲击,对节点本身的安全是不利的。因此,适当增加沿河节点数目,是控制主流的一个重要途径。
关于节点的外形要使出流比较稳定,自然以在节点处形成弯道并具有一定长度的导流面为宜。
作者单位:水利部陕西水利电力勘测设计研究院
