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黄河调水调沙(1)程力学毕业论文网

2014-01-08 01:05 摘要：黄河以其多泥沙，河道善淤、善决、善徙，而著称于世，被认为是世界上最复杂、最难治理的河流。黄河泥沙主要来自黄土高原的土壤侵蚀，黄河下游河道淤积的主要原因在于“水少沙多，水沙不平衡”。按照黄河下游河道冲淤规律，只要把进入黄河下游河道的不平衡的水沙关系调节为相协调的水沙关系，完全可以使黄河下游河道实现不淤积。黄河首次调水调沙试验达到了预期的目的。通过这次试验，积累了对黄河测验的海量数据（５２０万组），加深了对黄河河床演变及水沙规律的认识，为今后建立更加符合原型黄河实际的数学模型和实体模型提供了极其重要的物理参数。 

关键词：黄河 调水调沙试验 淤积 

在我国古代治河典籍中，黄河很早就被尊称为“四渎之宗”，百水之首。它以其多泥沙，河道善淤、善决、善徙而著称于世，被认为是世界上最复杂、最难治理的河流。
从明代潘季训开始，数百年来，人们对黄河泥沙的治理不断地进行理论探讨和具体的实践。随着认识的不断深化，逐渐将黄河泥沙的治理措施概括为“拦、排、放、调、挖”。截至目前，“拦、排、放、挖”都已不同程度地付诸过实践，惟有“调”，虽然做过长期大量的理论分析，但尚没有在真正意义上试验过。
一、黄河下游河道淤积情况
黄河的泥沙，主要来自黄土高原的土壤侵蚀。
黄土高原的地形地貌及其发育特征，是受区域内晚新生代以来新构造运动的控制形成的。新构造运动使黄土高原全区处于不断的区域性上升活动中，从而造成侵蚀基准的变化。因此使坡面侵蚀加剧，冲沟活跃。同时，由于土体的重力作用，加之潜水活动等因素的影响，在不稳定状态下土体坍塌、滑动的重力侵蚀也时常发生。进入人文历史时期以来，人类活动更进一步加剧了黄土高原土壤侵蚀的强度。在暴雨的强烈作用下，黄土高原区域内的许多支流及黄河干流都成为世界上少有的多泥沙河流。
携带来自中游大量泥沙的黄河，不断充填着古华北陆缘盆地，并向渤海海域推进，形成新的陆地，缔造了华北大平原。
在华北大平原上出现堤防之前，黄河流路处于无约束状态。起初，黄河总是寻找一条低洼的流路入海，随着这条低洼流路的不断淤积，它又会“滚”向另外一条相对低洼的流路。如此反复，泥沙就“摊铺”在黄河的冲积扇上。
大约在春秋中期，铁器的出现和普遍使用，使得大规模修筑黄河堤防成为可能。再加之社会生产力的提高促进了经济的繁荣，人口也随之有较大的增长，生存和发展的环境要求保护，技术上有了可能，黄河下游的堤防便应运而生。到了战国时期，黄河下游堤防已具有相当规模。
堤防的修筑，将放荡不羁的黄河约束了起来，黄河的泥沙便在两岸大堤之间进行“摊铺”，从而使河床不断地抬高。到了西汉后期（汉哀帝初年），黎阳（今河南浚县）附近“河高出民屋”，可见当时的黄河已经是“地上悬河”了。
当“地上悬河”发展到一定程度，黄河就会发生决口，甚至改道。据记载，从公元前６０２年（周定王五年）到１９３８年，共２５４０年，发生决口的年份有５４３年，决口的次数达１５９０次，改道２６次。黄河流路的扇面形分布，北达天津，南抵江淮，纵横２５万ｋｍ２。
新中国成立以来，黄河下游堤防已先后４次全面加高培厚，取得了５０多年伏秋大汛不决口的伟大成就。黄河下游两岸大堤之间已淤积近１００亿ｔ，河床普遍抬高了２～４ｍ。现状黄河下游河床普遍高出背河地面４～６ｍ，最大达１０ｍ以上，成为淮河和海河流域的分水岭。沿黄地区的城市地面均低于黄河河床，河南新乡市的地面比黄河河床低２０ｍ，开封市的地面低于黄河河床１３ｍ，山东济南市的地面低于黄河河床５ｍ。 （科教范文网 fw.nseac.com编辑发布）
２０世纪９０年代以来，黄河下游河道年均淤积２．２亿ｔ，持续的枯水系列，长期的小流量过程，致使黄河下游河道主河槽淤积严重。据统计分析，黄河下游主河槽淤积占全断面淤积量的比例为９０％，局部河段（如花园口～高村）则高达９３％，河槽的严重淤积，造成过水断面严重萎缩，其结果是同流量水位升高，平滩流量大幅度减少。１９９６年８月的洪水（简称“９６?８”洪水）集中地暴露了这些问题：花园口断面洪峰流量仅有７６００ｍ３／ｓ，水位却高达９４．７３ｍ，比１９５８年该断面２２３００ｍ３／ｓ洪水的水位还高出０．９１ｍ，局部河段平滩流量从８０年代的５０００ｍ３／ｓ以上降低至３０００ｍ３／ｓ左右。
二、黄河下游河道淤积的主要原因
黄河下游河道淤积的主要原因，在于“水少沙多，水沙不平衡”。
１．水少沙多
黄河花园口断面多年平均天然径流量为５５９亿ｍ３，实测进入黄河下游的多年平均水量为４７０亿ｍ３，进入黄河下游河道的泥沙，多年平均为１６亿ｔ，平均含沙量为３５ｋｇ／ｍ３。与国内外大江大河相比，水量仅为长江的１／１７，而泥沙量却是长江的３倍。印度、孟加拉国的恒河，年输沙量为１４．５亿ｔ，与黄河相近，但其水量较黄河大得多，约为３７１０亿ｍ３，含沙量只有３．９ｋｇ／ｍ３，远小于黄河。美国的科罗拉多河的含沙量２７．５ｋｇ／ｍ３，略低于黄河，但年输沙量仅有１．３５亿ｔ。无论年输沙量，还是平均含沙量，黄河在世界江河中都名列第一。
２．水沙不平衡
（１）地区来源的不平衡
黄河流经不同的自然地理单元，各自然地理单元的地形、地质、降雨、产沙等存在着较大的差异，因此，水和沙的地区来源不同，通常将其概括为“水沙异源”。比如，黄河上游地区的流域面积为３６万ｋｍ２，占全流域面积的４５％，来水量占全河水量的比例为５３％，是全河的主要产水区，而来沙量仅为黄河泥沙总量的９％，多年平均含沙量只有５．７ｋｇ／ｍ３。黄河中游的河口镇至龙门区间，流域面积仅为１３万ｋｍ２，占全河流域面积的１６％，来水量占全河水量的１５％，而来沙量却占全河沙量的５６％，多年平均含沙量高达１２８．０ｋｇ／ｍ３，为全河最高的地区，是全河的主要产沙区。龙门至潼关区间，流域面积为１９万ｋｍ２，来水量占全河水量的２２％，来沙量占全河沙量的３４％，多年平均含沙量仅次于河口镇至龙门区间，为５３．８ｋｇ／ｍ３。三门峡以下的伊洛河和沁河，来水量占全河水量的１１％，来沙量仅占全河沙量的２％，多年平均含沙量为６．４ｋｇ／ｍ３，是仅次于上游的第二个相对清水来源区。
从总体上看，进入黄河下游的水量主要来自上游地区，而泥沙量却基本上来自中游地区。
（２）时间分配的不平衡
黄河的水沙不仅存在着地区来源的不平衡，而且年内年际的时间分配也呈明显的不平衡性。就水和沙来讲，汛期（７～１０月）水量占全年水量的６０％，随着人类活动影响的加大，汛期水量所占比例呈下降趋势，如自龙羊峡水库１９８６年１０月投入运用以来，汛期水量仅占全年水量的４７％。来沙在时间分配上的不平衡性表现得更为突出。据统计，在一年之中，８５％以上的泥沙来自汛期，并且常常集中于几场暴雨洪水。比如，在全河来沙量最多的地区——河口镇至龙门区间，全年来沙量为９．１亿ｔ，其中汛期来沙８．１亿ｔ，约占全年沙量的９０％，非汛期来沙为１．０亿ｔ，仅占全年沙量的１０％左右。该区域的皇甫川至秃尾河区间，是黄土高原地区侵蚀模数最高的地区，窟野河温家川站汛期最大五天沙量可占全年沙量的７５％以上。从一年的水量和沙量上看，是水少沙多，从汛期的水量和沙量上看，水相对更少，沙相对更多，进一步加剧了水沙的不平衡性。从年际分配上看，黄河水量的变差系数为０．２２～０．２５，最大与最小之比为３．１～３．４，而沙量的变差系数为０．５５，最大与最小沙量之比为４～１０。实测１９３３年的沙量最大为３９．１亿ｔ，而１９３３年的水量是５６１亿ｍ３，却不是长系列中水量最大的一年（１９６４年的水量达８６１亿ｍ３），实测１９８７年的沙量最小为３．３亿ｔ，而１９８７年的水量是２０４亿ｍ３，却与长系列中水量最小的一年比较接近（１９９７年的水量为１４３亿ｍ３）。这说明年际之间水沙分配是不同步的。这种不同步更多地表现在水少沙多，从而也进一步加剧了水沙的不平衡性。

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