波兰维斯瓦河治理后河道变化后的地貌形态和水文学分析

xp2

在多种人类活动的影响中, 应该认为河道整治对河道演变的影响，是效果最大中的一种。河道的裁直和护岸工程能使河道刷深和束窄；防洪堤的修建使洪泛带变小。这些措施导致各种水位下流速的增大和河道输沙能力和输沙量的增大。这种情况一直持续到河道形成平衡的断面，而且河道变化速度远比整治前快。岸埂（指由于波浪和风力形成的天然堆积砂埂—译注）的长高也比整治前快，这也是明显刷深河段水位上滩历时减少和滩上淤积减少的原因，但在其下游在沿未明显刷深的河段滩上淤积却增加了；筑坝、挖砂和开矿使整治河段的冲淤更加复杂。近百年来人为干预的强化使河道的变化和滩地淤积的分布沿河有很大的不同，在时间上可以分为几个阶段。 本文旨在对维斯瓦河上游河道整治的结果进行地貌形态学和水文学的分析。该河段的河道整治始于19世纪中叶，主要是满足通航要求的整治。选择该河段进行研究还因为该河段有关河道走势、河宽变化的资料较全，上溯至1780年，跨度达220年左右，可以进行整治前后的对比。从1930年起建立了水文网站，进行水沙观测。 1.整治前维斯瓦河上游天然条件下的特性及其河道的变化 所研究的维斯瓦河段长400km，流域面积5万km2（见图1） 图1　维斯瓦河上游集水域的地貌形态结构 1—高山，2—中高山区（包括山间盆地），3—山前丘陵，4—盆地，5-[wiki]波兰[/wiki]中央高地，6—波兰平原。图中阿拉伯数字（1-14）为沿河测站地名（请与图2　A对照看）。 整治前维斯瓦河上游河段为弯曲型砂质河道，桑剖面（图1中的12）的平均流量420m3/s，最大流量7700m3/s。曾有大量泥沙从农田进入河道，以悬移质形式输移。支流众多水库建成后，河中泥沙锐减。 流域内农业垦殖始于中世纪。加速侵蚀的产沙使河道逐渐变得宽浅和弯曲半径增大，从十七世纪开始桑河口（图1中12）以下蜿蜒型的河道逐渐被分汊型河道取代（图2）。到十九世纪维斯瓦河上游河道的造床流量发生了不均衡的变化。按1780-1850年的地图绘出河道图，求算主要支流记入点之间的造 图2 河道几何参数的变化 —河弯的弯曲半径，b—河道宽，hcp—河道平均深，b/hcp—河道的发育系数。上面A图为Qcp的沿程增大（文字为测点名称，参见图1）。B图为各历史时段上述参数的变化。 图例：1—阿姆兰未切斯基期（波兰的一个地质年代—译注），2—中世纪，3—小冰河期，4—现代（整治后）床流量 ，即整治前的造床流量。 式中L—河段的平均长度。计算结果见表1. 表1 .维斯瓦河上游各河段特征流量的推算值 (Qcp—平均流量；Qcp.max—平均最大流量；QH—平滩流量； --造床流量) 图3.维斯瓦河科拉克夫以下220年间河道的变迁 （ 图中点线表示防洪堤） 假定天然条件下的平滩流量近似于多年平均最大流量。对下游的几个测点1931-1995年实测的最大月流量的平均值加以分析。比较表中的平滩流量和造床流量可以看出：对整治前弯曲型长河段（到杜纳也茨河口），似可以用小于平滩流量的造床流量来表征。其下游的分汊型河道过洪水时的造床流量要大于平滩流量。 从十九世纪中叶起在杜纳也茨河口以上的弯曲型河道上进行了裁弯整治（图3），致河河道长度减少了15%，个别地段减少了75%。100多年来河道比降增大，使易被冲刷的砂质材料构成的河床下切。分析150多年间各测站的年最低水位表明：河道的刷深主要发生在1890—1920年间（图4）。现在床面高程比整治前下降了1—2m，在科拉克夫降低了4m。此结论是根据20世纪建立测站河道断面的测绘资料的比较做出的。目前在大部分河段上河床的刷深仍在继续，仅在若干短河段上近40年来观察到刷深强度减缓。科拉克夫上游的河段到1950年冲刷已经弱化,河道的纵剖面在比整治前下降2m后稳定下来。河道下切到粗径材料层（个别处下切至粘土层），形成了新的平衡剖面。 图4.维斯瓦河上游三个水文站的Hmin（最低年水位）的变化和平滩流量QH的增大趋势（平均最大流量Qcp.max.亦增大） 维斯瓦河下游河道刷深的第二个原因是修建了大量的垂直河岸的石料丁坝，速窄了主河道。丁坝的修建始于十九世纪，多数是二十世纪建成的。从深泓区冲刷出的泥沙沉落在丁坝之间，束窄了河道。更细的泥沙被输送很长的距离，沉落在下游的滩地上。沿岸丁坝间的空间，先有砾质砂沉落，随后是细砂沉落。老丁坝之间的空间已被淤满，淤积面已与古河岸平齐。在一些地方可以清楚地看到老丁坝的轮廓。弯曲型河道被压缩的程度小于其下游的宽浅的分汊型河道，在那里有的地方被束窄了90%（图5）。 图5.维斯瓦河道220年来的变化（维斯洛卡河口以下）（点线表示防洪堤）。 城市附近从河道中砂石面料是河道加深的次要因素，1920-1960年间量最大。 河道的加深伴随着河道水平向迁移的减缓，在弯曲型河道亦如此。其原因不仅是河岸的增高和河床切入到抗冲刷的地层，也归功于抛石护岸和石料丁坝稳定了主流。比较近220年来许多河弯的位置，可评估出不同时期河道横向移动的速度。弯曲型河段河道的平移速度整治前平均为3-7m/年，在二十世纪平均为0.4-1.2m/年。经修整而顺直的长河段，从平面变形上看已完全稳定下来。 河道的下切和束窄促进了河道的变化。河段上河道的平均宽与平均深之比是衡量河道形态的一个尺度（参见图2），称河道的发育系数。它顺流逐渐增大，目前已比整治前小了75%（4倍）。如若河道继续下切，则此系数值将减少到全新世大西洋期的深窄河道的特征值。也就是说维斯瓦河当代的演变由于整治而明显加快（与治理前河道形态的变化比较而言），其趋势与十九世纪下半叶相反。 2.河道整治的后果 近七十年维斯瓦河的水文观测资料表明，在近似多年平均水位下的流速增大了30%。应该认为此点是昔日有众多沙滩的宽浅的河道转变成深窄河道的动因。高水位下的流速也明显增大。 在水面达到河岸的水位下流速的增长最大。所以可以认为平滩流量对河道的演变的影响最大。随着河道继续刷深和被束窄，流速随之增大，平滩流量亦增大。河道流量不断增大的一个次要原因是岸埂的不断加高。平滩流量的系统性的增大始于河道开始刷深之时（图4）。与整治前比较，平滩流量增大了50-70%。 水流输沙能力增大，泥沙搬运的距离亦增大。淤积在丁坝间的泥沙有的来自支流，有的来自河床的刷深。当流量小于平滩流量时悬沙的输送距离最远。 分析各水文站的岸线水准测量资料表明，1900—1930年间沿岸天然堆积埂的增长最快。此点间接证明了此段时间内河流的悬移质和堆移质的输移量大于整治前的和整治完成后的。1930年以后维斯瓦河上游的悬移输沙量和河槽外的淤积呈现减少的趋势。目前这种趋势已普及维斯瓦河全长。其原因是流域建成了许多水库。拦蓄了90%的泥沙和农业区的水保措施奏效。此外进入二十世纪以来上滩水位出现的概率大为减少，仅发生在大洪水时。春汛期洪水波小于伏汛的洪水波，且历时长的洪水过程未淹没全部滩地。所以河道的整治减缓了滩地的“长高”。滩地的“长高”现在仅发生在夏季大洪水时。 整治前维斯瓦河上游的滩地在春汛和伏汛期长时间被淹，弯曲河道岸线的天然堆积埂的宽度大，坡度小，在河谷地貌中分界不明显。滩地上曾有众多被降水淹没的古河道的遗迹。目前这种形态的滩地仅保存在防洪堤的外边。在许多地方沼泽化的滩地与岸埂之间的高差在1km以上的长度内不超过3m。 由于整治河道的形态发生了变化。曾经在高水位下被淹没的滩地带缩窄了，滩地淤积情况也发生了变化。河道刷深产生的泥沙大部分沉落在没有筑丁坝的汊河内，使之迅速变浅，经过一定的时间后变成滩区的一部分。河道冲刷产生的细沙和来自支流的悬沙沉落在滩地上，其数量在开始整治后曾很大，但若干年后变小。沉落的泥沙构成了新而窄的天然堆积的岸埂，边坡小于30°。许多年后这些岸埂仅在夏季大洪水时有所增高。边坡陡的原因是泥沙中砂质材料含量高和岸埂上有浓密的植被。岸埂在许多地方被行洪河道的防洪堤隔断。由于这些临时过洪的河道的存在，岸埂未能成为防洪堤的组成部分。这也是岸埂坡度陡的另一个原因。滩地还有许已淤积的古河弯和改良土壤的排水渠，使滩地上迳流缓慢。防洪堤内滩地与堤外滩地的差别在于前者的岸埂边坡大和水流能迅速回归逐渐刷深的河道，所以行洪河道的河底不再上升，而岸埂却不断升高（尽管升高的速度很慢）。在一些地方防洪堤内滩地的地面比堤外地面高出2m。这是洪水期河水长时间滞留在滩地上造成的。近50年来，个别地点近百年来，滩地由于行洪滞洪地貌变化远快于防洪堤外的地面。 3.未来河道变化的预报 从1950年起一些河段河道的下切速度减缓（甚致终止），在将来将扩及更长更多河段。河道的刷深和束窄将达到纵剖面的平衡，即比治理前下切3—4m。河道新的纵剖面将是大支流汇入点之间的长的深河段和大支流河口附近的浅河段的交替。河道的刷深将使河道在平面上稳定下来。 规划中的水库建成后将形成水库阶梯，河道将进一步在垂向上稳定下来。这些水库不大仅能拦截数量不多的砂砾，由于换水率高（年内换水200次）不可能拦截悬移质泥沙。支流大水库的建成将减少干流的来沙。 4.结　论 近代维斯瓦河上游所发生的变化与受到人类活动强烈干搅的河流比较，有许多相似的特点。在维斯瓦河上游人类活动对河道演变的进程和强度的影响可分为三个阶段。第一个阶段是个长期的过程，即河道逐渐变得宽浅，于十七—十九世纪达到其最大程度。第二阶段是整治开始后，河道（河床和滩地）的形态以及水流的水力学特征快速地发生了巨大的变化。开始整治后的头几十年（二十世纪上半叶）变化最大，河道迅速刷深和束窄，在岸埂（或堤防）之间束窄了的空间内滩地淤高，同时河道变形的方向也发生了变化；从这时起河道的横断面越来越接近于流域内人类开始影响河道演变很久以前的洪荒时代所特有的河道横断面。第三阶段中河道变化最快，发生在1930—1950年间，及时在干流支流上进行了大规模的水利工程建设。在这一时期维斯瓦河上游的河道在水平变形上越来越稳定，在某些河段在垂向上也趋于稳定；滩地上的淤积也开始减缓，就是说受防洪堤限制的滩地在水文学和形态学上的结构也趋于稳定。上述的趋势是第三阶段的特征，定将随着规划中干流上阶梯开的实现和支流上兴建新的水库而长久地确定下来。 （译自莫斯科大学出版的论文集“侵蚀与河道演变”第4集，2005年。译文有删减。） FROM: http://www.hwcc.com.cn/newsdisplay/newsdisplay.asp?Id=183799

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kensun01

先顶。 Andy，我咋见到了三只m3在跑啊．．．

[发帖际遇]: kensun01在馒头店卖馒头赚到贡献27.

martin

技术帖,看不懂,也不感兴趣..... 只听说三峡完工之后--------重庆发大水了,第二年又干旱了,而且还是特大旱灾... “千湖之省”(湖北)也旱了... 听说过几千年的中华文明史:水可导而不可堵，相信过这是永恒不变的真理。 也认为从盘古开天的时候就就有这一说法了... 盘古啊:到底水能不能堵啊?! ps:从1930年起建立了水文网站，进行水沙观测。 1930年就有网站了?!!!???!!!佩服佩服... [ 本帖最后由 martin 于 2008-4-23 02:36 编辑 ]