由东江下游人工采砂活动规律可知,谭公庙—石龙河段是属于大规模人工采砂过后水流自动调整的河段。人工采砂曾经是该河段的主要河床演变原因,其河床高程与水位均曾有过较大幅度的下降;但人工采砂区域向上游迁移后,这些河段基本处于水流自动调整阶段,加之河床高程降低、比降变缓、水深增加,利于进潮,使潮汐上溯能力大大增加。目前,该河段枯季水位变化主要受潮汐控制。
博罗(新角水闸)—谭公庙河段则属于正发生大规模人工采砂活动的河段。在这一类河段,目前人工采砂活动是河床演变直接的、决定性的原因。由于存在大规模的河床采砂,使得河床迅速大幅下切。新角水闸以上至惠州则属于大规模采砂活动以上一定范围内的河段。虽然人工采砂活动尚未作用在这一河段,但上、下游河段采砂规模强度的不同引起过渡段新角水闸附近水面比降剧增,最大处近0.68‰,形成一急流浅滩,流速梯度沿程变化非常明显;流速增加使得水流挟沙能力增强,泥沙向下游输移强度增加,出现溯源冲刷。由图3.12和表5.17分析可知,本河段以新角水闸为界,上、下游河段的河床冲刷幅度差异明显。据航道地形图对比计算,2002~2005年新角水闸—谭公庙河段河床平均下切5.7m,平均水深增加2.5倍,年均刷深1.9m;河床断面宽深比减小近2/3,向窄深方向发展;河床过水面积与河槽容积增加达5.6倍。上游上头塘—新角水闸河段受采砂影响较弱,其河床冲刷幅度较下游段明显偏小。该河段2002~2005年河床平均下切1.2m,平均水深增加1倍;河床断面宽深比减小44%,过水面积与河槽容积增加1.5倍。
表5.17 博罗浅滩河段不同年代河床特征值与冲淤变化
受下游河段大规模采砂的影响,博罗站近年中、枯水水位下降严重,月年最低水位连创新低。截至2005年底,年最低水位已降至1.68m,较1997年已下降了3.13m(图3.18)。博罗站水位显著下降,径流量则基本不变,表现在Z—Q关系曲线上,就是使Z—Q关系曲线逐年右偏,即同流量级的水位明显下降,或同级水位下河道断面过流量明显增加,且以枯水期表现最为明显。如2002年流量为246m3/s、422m3/s和1030m3/s情况下,相应的水位分别为3.93m、4.36m和5.76m,2005年相应水位已降至2.78m、3.02m和4.37m,分别下降了1.15m、1.34m和1.39m。
5.6.3.2 水文系列及糙率的选择
分析博罗站1954~2005年多年水文系列资料,拟选择两个1999年、2004年、2005年水文年系列作为入库的流量过程。这6年中包括了两个枯水年(2004年)、两个中水年(1999年)及两个丰水年(2005年),基本上代表了上游河道的来水来沙条件。本次计算考虑了在建剑潭水利枢纽的影响。由于剑潭枢纽属低水头径流式电站,洪水期为了防洪及减少泥沙淤积在库内,几乎淌泄,枯水期虽然有些蓄水,但天然情况下水流中含沙量很少,故入库含沙量过程仍采用天然的含沙量过程,但出库的推移质输移量几乎为零。当然随着水库淤积逐渐达到平衡,推移质泥沙也将出库。溯源冲刷引起的冲刷幅度不会太大,且东江中下游河床主要由沙质组成,覆盖层较厚。故认为冲刷前后糙率变化规律仍采用现状糙率随流量的变化规律。
5.6.3.3 博罗河段河床的溯源冲刷
东江含沙量很小,悬移质中仅有10%左右的粗颗粒部分参与造床,东江的河床变形大部分由推移质运动所致。博罗以下河段人工采砂引起该站同流量水位下降,加之在建的剑潭水利枢纽的影响,将使本河段产生溯源冲刷。(www.xing528.com)
计算表明(图5.45和表5.18),剑潭枢纽—谭公庙河段的河床冲刷将在5~6年左右的时间内趋于平衡。近坝的枢纽—博罗航道站河段冲刷量最大,为158万m3,平均冲刷面积为387m2;其次是博罗航道站—曾屋村河段,共冲刷泥沙20万m3,平均冲刷面积为29m2;冲刷下来的部分泥沙在曾屋村—谭公庙河段发生淤积,淤积量为29.9万m3。
图5.45 剑潭枢纽运行后博罗浅滩河段冲淤变化过程
表5.18 剑潭水利枢纽运用后下游河段的冲淤过程
5.6.3.4 河床冲刷引起的水位下降
河床冲刷导致同流量水位出现下降。计算分析可知,靠近剑潭枢纽的上头塘村同流量水位下降0.28~0.72m,且枯水流量水位下降大,中洪水流量水位下降小。流量小于500m3/s时,同流量水位下降0.4~0.6m;流量介于500~1000m3/s时,水位下降0.6~0.7m;流量介于1000~3000m3/s时,水位下降0.5~0.7m;流量超过6000m3/s时,水位下降0.1~0.3m。图5.46给出了冲刷前后博罗水文站的水位流量关系曲线,可见距枢纽约3.5km的博罗水文站,流量小于4000m3/s时,建库后的同流量水位比建库前降低0.3~0.7m。距枢纽约5.2km的博罗航道站,流量小于4000m3/s时,建库后的同流量水位比建库前降低0.1~0.4m。
图5.46 河床冲刷引起的博罗水文站同流量水位下降
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