黄河下游河道的输沙潜力有多大（齐璞,齐宏海）

时间：2022-02-24 15:19:59 浏览量：次

从水流挟沙能力的概念看，水流条件是主导，挟沙能力的大小由水流条件的强弱决定。然而在黄河洪水实测含沙量范围内，由于流体中细颗粒泥沙含量的增大，使流体性质发生了变化，引起水流挟沙能力的变化。在含沙浓度达到一定数值后，形成一种新的浆体，流体特性与挟沙能力均发生质的变化，泥沙的输移反而变得更加容易，只要克服阻力即可长距离顺利输送。黄河高含沙水流高效输沙特性就属于这种情况。

高含沙水流的阻力特性

在充分紊流区与清水阻力规律相同时，黄河小浪底水文站给出的高含沙洪水与低含沙洪水阻力变化表明，含沙量在55～843千克每立方米范围内时，曼宁系数基本相同，其平均值高含沙洪水为0.041，低含沙洪水为0.039。高含沙洪水阻力略大于低含沙洪水的阻力的主要原因是流速仪本身性能造成的，其阻力可用曼宁公式进行水力计算。

含沙量变化对垂线含沙浓度分布的影响

水流中含沙量的增大，细颗粒泥沙含量的增加，一方面引起流体粘性增加，另一方面使流体容重增大，因而会使粗颗粒泥沙沉速大幅度降低，甚至形成不分选泥浆。从黄河主要干支流黄河下游花园口、夹河滩、高村、孙口、艾山、泺口及渭河下游华县、华阴与北洛河下游朝邑9个水文站，共96组次实测流量、输沙率原始记录资料可知，在泥沙组成平均粒径为0.03～0.10毫米时，相对水深0.2与0.8的测点含沙量的比值与断面平均含沙量间的变化情况表明，含沙量约在200千克每立方米以下时，尽管水流的弗劳德数很大，达0.2以上，但含沙量在垂线上分布仍不均匀，测点含沙量比值在0.4～0.9之间变化，含沙量在垂线上分布很不均匀；含沙量大于300千克每立方米时，含沙量在垂线上分布却变得很均匀，测点含沙量比值在0.9～1.0之间。含沙量为200千克每立方米时，当测点含沙量的比值为0.6时，底部含沙量约为333千克每立方米；而在含沙量为300千克每立方米时，当测点含沙量的比值为0.9时，底部含沙量也为333千克每立方米，由此可见垂线平均含沙量虽然由200千克每立方米增加到300千克每立方米，但底部含沙量增加并不显明，显示出黄河高含沙水流的特性。造成上述悬沙分布特性的主要原因，是水流中含沙量的增加引起流体的粘性大幅度增大和容重增加及水流紊动的共同作用的结果。

含沙量达200千克每立方米左右时输送最困难

从黄河下游艾山、泺口水文站实测含沙量在断面上的分布可知，在平均含沙量为200千克每立方米时，临近河床底部的最大含沙量可达300千克每立方米以上，此区的泥沙组成也较粗，表层含沙量只有130～140千克每立方米，与底层相比相差一倍，因此引起水流粘滞性在垂线上分布的不均匀性。计算结果表明，表层与底层的刚度系数相差近一倍，由此造成流速分布特性的变化。

根据上述黄河主要干支流水文站的实测资料点绘的相对水深0.2与0.8的测点流速比值与断面平均含沙量间的点群关系表明，在含沙量小于200千克每立方米时，随着含沙量的增加，测点流速比值增大。测点流速比值由清水时的1.4增长到含沙量达200千克每立方米时的1.8。含沙量大于200千克每立方米时，随着含沙量的增加，测点流速比值减小，在含沙量300～900千克每立方米变幅内，平均测点流速比值为1.4，与清水时相同。测点流速比值在含沙量为200千克每立方米时最大，说明此时的流速在垂线上分布最不均匀。若平均流速相同，作用在床面附近的流速值最小，而在含沙量大于300千克每立方米以后，垂线含沙量均匀分布与流速均匀分布的一致性，说明造成测点流速比值变化的原因主要是含沙量的分布特性。以上分析表明，若以作用在床面附近的流速大小分析，含沙量达200千克每立方米时底部流速最小，作用在床面上的功率也最小，输沙的水流条件最为不利。关于这一点，泥沙研究专家赵文林教授和万兆惠博士的研究结果也说明了含沙量在200千克每立方米左右时输送最困难。

黄河高含沙洪水的高效输沙特性

从高含沙洪水的泥沙组成与黄土高原的泥沙组成比较可知，高含沙洪水的泥沙组成较黄土高原的黄土组成粗得多，且随着含沙量的增大泥沙组成变粗。造成上述差别的主要原因在于发生高含沙洪水期间，黄河中游干支流的河床发生了较强烈的冲刷，前期河床中的粗沙淤积物随洪水挟带进入黄河下游河道，说明高含沙洪水有极强的输沙能力。

渭河、北洛河下游河道与黄河下游山东河段的特性相比，均有窄深型河槽，随着流量的增加宽深比减小，比降在0.57％00～4％00，单宽流量2～6立方米。实测资料分析表明，北洛河、渭河下游窄深型河槽具有极大的输沙能力。

对渭河、北洛河下游洪水期悬沙组成进行较全面的分析，其结果表明，一般情况下，进入渭河、北洛河下游的泥沙组成较细，但主要的洪水，如1964年、1973年、1977年高含沙洪水泥沙组成都较粗，这些场次的洪水在流量达300～4000立方米每秒时，最大含沙量为60～1010千克每立方米，泥沙平均粒径为0.05～0.06毫米，在渭河、北洛河下游河道中均产生强烈的冲刷，说明了洪水挟带粗泥沙的能力。

由于河槽宽度不同，因此造成输沙的不淤流量不同，北洛河下游河槽宽80米，在流量达300立方米每秒时高含沙洪水可不淤；渭河下游河槽宽260米，流量要达到1000多立方米每秒时才能不淤。由此可见河宽的大小是控制不淤流量大小的主要因素。

从渭河华县、华阴及北洛河朝邑站实测含沙量在垂线上的分布资料可知，含沙量在329～894千克每立方米范围，流量为108～3530立方米每秒时，水深2～7米，流速0.9～2.4米每秒，悬沙平均粒径为0.04～0.106毫米，最粗颗粒为0.084～0.36毫米，极细沙的含量在8.7%～22.9%范围内，看不出泥沙组成的粗细对垂线含沙量分布特性的影响，相对水深0.2与0.8处的测点含沙量比值在0.87～0.99间变化，其中包括粗沙粒径为0.36毫米的粗沙洪水。其实在冲积河流中随着含沙量的增大，泥沙组成变粗本身就已说明高含沙洪水的挟沙能力变化规律。

黄河高含沙洪水输移的高效输沙特性在水库中也表现得很明显。三门峡水库在1977年7月、8月的两场高含沙洪水，在库区水面宽600～800米、水库严重壅水的情况下，坝前41.2公里比降0.27％00～0.92％00，两场洪水进出库的排沙比分别达到97%和99%，出库的最大含沙量分别达到589千克每立方米和911千克每立方米，最粗的平均粒径达0.105毫米，粗沙粒径达到0.35毫米。说明粗泥沙在高含沙水流的情况下可以顺利输送。

黄河下游河道存在巨大的输沙潜力

黄河下游河道从铁谢至河口长900多公里，分布着不同的河槽形态(河型)，也形成不同河段的演变特性与输沙特性。铁谢至高村长300公里，比降2.7％00～1.7％00，为典型的游荡性河流，也称宽浅型；高村至陶城埠长165公里，比降1.7％00～1.1％00，是过渡段；陶城埠以下至河口长约460公里，比降1％00，俗称为弯曲性河流，实为窄深型河槽。

从历年含沙量最高的五场洪水平均含沙量沿程变化情况表明，在高村以上宽浅河段含沙量急剧降低，平均含沙量由220～320千克每立方米迅速降至80～150千克每立方米，艾山以下比降平缓的窄深型河段经过300公里长的河道，含沙量不仅没有降低，反而略有增加，表现出“多来多排”的输沙特性。

黄河下游艾山以下河道比降最小仅1％00，从1973年、1977年发生的3场含沙量较高的洪水时艾山至利津河段的输沙情况表明，以水流中含沙浓度变化表示的河段的排沙比在0.97～1.04，在流量为3000立方米每秒时，最大含沙量达200千克每立方米的洪水均可顺利输送。

含沙量的增加，虽有利于泥沙颗粒的悬浮，但为了保证高含沙水流的顺利输送，防止不稳定的阵流、间歇流的发生，必须控制高含沙水流在紊流状态输送。因此，在一定的河道条件下，存在着适宜输送的上限含沙量。

由于高含沙水流在天然河道中均在充分紊流区与清水的阻力规律相同，可用曼宁公式进行水力计算，因此可以用实测低含沙水流时的水深流速关系进行水力计算。据测算，在输沙流量为2000立方米每秒时，保持在充分紊流区可以输送的上限含沙量可达800千克每立方米。

综上所述，目前的山东河道在流量为2000～3000立方米每秒时，不仅可以输送实测含沙量小于200千克每立方米的洪水，待含沙量增加到400～500千克每立方米时，会更有利于输送，最大输送含沙量可控制在800千克每立方米以内。因此要充分发挥下游河道的输沙潜力，就要想方设法增大排洪输沙能力。

稿件来源：黄河报·黄河网

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