筑坝拦截对黑河河道沉积物粒度空间分布的影响(3)
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【摘要】3.2 黑河干流库区沉积物粒度参数空间分布特征 从黑河干流库区沉积物粒径特征参数(表6)可以看出,在所有库区采样点中H2采样点沉积物的粒度特征参数与
3.2 黑河干流库区沉积物粒度参数空间分布特征
从黑河干流库区沉积物粒径特征参数(表6)可以看出,在所有库区采样点中H2采样点沉积物的粒度特征参数与其余4个库区采样点相比明显较大,而且随采样深度的增加,中值粒径和平均粒径随之增大,其分选变差,偏态趋于正偏,峰度趋于平坦;H9、H11、H13和H14等库区采样点沉积物的中值粒径和平均粒径均较小,其中H13采样点沉积物的中值粒径和平均粒径为所有采样点中的最小值,分别为0.014和0.06 mm;而H11(小孤山库区)采样点处沉积物的中值粒径、平均粒径较其他库区采样点(H9、H13和H14)偏大. 这是因为在丰水期采样时,小孤山库区正在进行泄水排沙,库区水动力条件发生改变,底部表层颗粒较细的泥沙组分极易被水流携带冲刷进入下游,粒径较大的颗粒泥沙组分则滞留于库区底部. 根据粒度参数的分级标准,小孤山库区沉积物的粒径分选很好,偏态属正偏,峰度属中等尖锐;而H9、H13和H14等库区沉积物的粒径分选很好,偏态属极正偏,峰度属很尖锐.
表6 黑河干流库区沉积物粒径特征参数Tab.6 Characteristic sediment grain size parameters in the reservoir area of Heihe Basin采样点位D16/mmD25/mmD50/mmD75/mmD84/mmDmean/mmδ
4 讨论
4.1 黑河干流沉积物粒度空间分布对梯级筑坝拦截的响应
根据对黑河上中游干流河床沉积物粒度参数沿程变化的分析(图3),从中值粒径和平均粒径看,在水电站库区采样点出现较低值,反映了原来的河段变为库区后沉积环境改变,水流变缓,水动力变弱,泥沙分层淤积,上层泥沙较细;而地盘子电站库区中值粒径和平均粒径较其他库区采样点的偏大,这是因为地盘子电站为上游支流野牛沟河段末端的引水式电站,加之河床多为砾质床沙,由于库区水动力条件改变,流速减缓,大量粗颗粒泥沙淤积在库区,而且在库区不同沉积高度上表现出分层沉积特征,即粒径较大的泥沙先行沉积,粒径较细的泥沙沉积在库区表层,粒径组份范围也随之变窄. 在水库坝下游河段,其中值粒径和平均粒径出现较大值,这说明受梯级水库建设的影响,大坝下泄的清水提高了河流的携沙和冲刷能力,加之黄藏寺至莺落峡河段地势高峻,河道落差较大,水流流速增大明显,水动力较强,下泄清水使得大坝下游河段沉积物粗化明显. 这也从分选系数表现出来,龙渠电站和三道湾电站坝下游河段的分选系数高达1.10和0.94,与自然河段相比,其沉积物粒径分选明显变差,偏态更加趋于极正偏,峰度趋于平坦分布.
在黑河上中游干支流自然河段上,上游支流野牛沟河段的比降、流速、水动力较中游河段大,理论上其中值粒径和平均粒径应较大,偏态以正偏为主,峰态也以尖锐为主,但黑河上游支流野牛沟河段的中值粒径和平均粒径较中游自然河段小. 这主要归因于上游支流野牛沟河道宽浅散乱,札马什克水文站多年平均流量仅为23.67 m3/s,加之近年来黑河上游一系列生态建设保护工程的实施,水土流失减少,且河床岩性多为卵砾石,河流含沙量降低. 水库回水区河段的中值粒径和平均粒径较自然河段大,但小于坝下游河段,其偏度和峰度也表现出相同的规律,表明黑河干流水库回水区河段受水库壅水及下泄清水的双重制约,泥沙有冲有淤,双重影响是造成水库回水区河段泥沙粒度参数介于自然河段和坝下游河段的主要原因. 总体上看,黑河上游支流主要受自然环境控制,上游高原区河谷宽坦,水流含沙量低,沉积物粒度较小,分选较好,呈正偏尖锐分布;干流上游区受到梯级大坝的影响,加之处于高山峡谷,水流湍急,河床沉积物中值粒径和平均粒径明显增大,分选变差,偏态趋向极正偏,峰态尖锐化,而且库区在不同沉积高度上表现出分层沉积特征;干流中游区地势平缓,河道宽浅,水动力条件变弱,使得河床沉积物粒径变细,且细组分百分比较高,分选很好,主要呈极正偏尖锐分布.
图3 黑河干流河床沉积物粒度参数的沿程变化Fig.3 Change of grain size parameters of bed sediments in the mainstream of the Heihe River
4.2 黑河干流不同河段沉积环境探讨
物源和水动力的强弱变化能够产生差异性的沉积环境,而不同的沉积环境又能直接通过沉积物组分和粒度参数组合关系反映出来[20]. 根据Churchand Kellerhals的河床沉积物向下游沿程变细理论,河床沉积物的颗粒大小与河流水动力相适应. 水动力越强,沉积物越粗,反之沉积物越细[21-22]. 一般河流愈往下游,比降愈小,流速也越小,与之相适应的河床沉积物也越细. 但是,从黑河干流河道具体的取样断面粒度数据来看,“沿程细化”只是一种趋势性的、较宏观的现象,其粒度空间分布规律受泥沙供给和筑坝拦截影响显著,“沿程细化”趋势更为复杂. 上游支流野牛沟河段的水动力条件较中游河段大,但其中值粒径和平均粒径却比中游自然河段小,说明上游支流河段沉积物粒度特征受泥沙供给和物源特征的影响较水动力条件显著. 就各河段而言,库区河段的中值粒径和平均粒径较水库回水区河段的小,表明在泥沙供给和物源特征相同的情况下,黑河干流库区河段的水动力条件小于水库回水区河段. 从上游干流自然河段和坝下游河段的中值粒径和平均粒径分析表明,在泥沙供给和物源特征变化不大的情况下,大坝下游的水动力条件强于自然河段.
文章来源:《黑河学刊》 网址: http://www.hhxkzz.cn/qikandaodu/2020/0928/394.html
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