改造宽浅游荡河道的途径与输沙流量(1)程力学(2)

3. 河槽形态调整变化

不同来水来沙条件的河槽形态调整变化表明，枯水大沙淤槽，清水冲刷塌滩，河槽展宽。洪水滩淤槽冲，尤其是高含沙洪水通过滩地强烈淤积和主槽的强烈冲刷可塑造出适合高含沙洪水输送的窄深河槽。

根据黄河下游的实测资料黄委会设计院得出高村以上河段的水力几何形态与来水来沙之间关系如下[3]：

式中含沙量为kg/m3，流量为m3/s，h为m，v为m/s。

图7-2给出花园口站水面宽、水深和流速值与流量、含沙量间的关系。图中包括60年代三门峡下泄清水、70年代高含沙洪水期和90年代的资料，其中：

从图中的点群分布可知，不同年代的资料集中分布在平均线的两侧。在流量相同时，高含沙洪水期间河宽明显变小，水深、流速增大。含沙量越低河宽越大，水深、流速越小。这些规律性的变化，反映了冲积河流的河槽水力几何形态，随着来水来沙组合不同会发生相应的调整。

从上式可以看出，河槽的水力几何形态，不仅与流量有关，还与含沙量有关。较全面地反映了游荡性河槽形态调整与来水来沙之间的密切关系。其河宽b与过水面积和含沙量成反比，与流量成正比，水深、流速与流量、含沙量成正比。在流量相同的条件下，含沙量越高，塑造形成水深、流速越大，输沙效率越高。由于河宽与含沙量成反比，水深与含沙量成正比，因此高含沙洪水在宽浅游荡河段输送时，必然会塑造出窄深河槽。

4. 塑槽输沙流量的确定

由图7-3给出的1970年以后进入下游含沙量大于200kg/m3的五场高含沙洪水平均含沙量的变化过程可知，在高村以上河段含沙量迅速降低。而在高村以下河段，含沙量沿程变化很小，尤其是艾山到利津近300km长的河道中，含沙量不仅不减，反而沿程增大。由此可见，高村以上宽浅河段是利用河道输送高含沙水流入海的主要障碍，但若能控制高村以上宽浅河段主槽不淤，通过滩淤槽冲则可塑造有利于输沙的新河槽。

对高村以上宽浅河道，其输沙机理应与艾山以下窄深河道相同，但由于河槽形态不同，水深在断面上分布极不均匀，而造成输沙特性的不同。主流区水深、流速大，进入高流速区很容易达到不淤的多来多排条件。而在边滩，水深、流速小，处于低流速区，阻力大，泥沙强烈淤积，来水的含沙量越大淤得越多，即“多来多淤”，因此形成高村以上宽浅河道的“多来多排”与“多来多淤”的双重输沙特性，主槽多输，滩地多淤，实测断面滩淤槽冲的变化也证明了这一输沙特性。

根据对高村以上河段历年含沙量较高的洪水期主槽的冲淤条件分析，发现主槽的冲淤主要与流量大小有关，与含沙量的关系不明显，高含沙洪水对河床冲刷更强烈，且河床冲刷主要发生在涨水期。如图7-4给出的花园口、高村、艾山三站的洪峰流量与洪 水 前 后3000m3/s水位差间关系表明，当洪峰时段流量为4000～5000m3/s时，宽浅河段的主槽基本上都发生冲刷，利用这级流量排沙可以基本控制主槽不淤。根据水深流速间的关系，控制床面为高输沙平整床面，所需的主槽平均单宽流量要大于5m3/s，流速2.0m/s。因边滩的水深流速小，洪水漫滩必然造成严重淤积，但这种淤积有利于河道的稳定与输沙。从1973

年8月和1992年8月持续时间较长的高含沙洪水在宽浅河段输移情况可知，河段的输沙特性均经历了由淤变冲的过程。如1973年8月的高含沙洪水，在初期含沙量沿程降低，夹河滩以上河段的排沙比只有66%，而在洪水后期，含沙量沿程增大，河段的排沙比达124%。经过210km长的宽浅河段，到夹河滩站的实测含沙量仍能达444 kg/m3，如图7-5所示。由此可知，利用历时较长的高含沙洪水输沙可以提高河道的输沙能力，减少宽河段的淤积。

从图7-6给出的花园口站的断面形态变化可知，其输沙能力变化的主要原因，是高含沙洪水在输送过程中塑造了窄深河槽，使输沙能力迅速提高。

为此水库应具有较大的调沙库容，对天然来水来沙进行多年调节。平枯水年蓄水拦沙运用，下泄清水发电；调沙库容淤满后，利用丰水年水量有余，而小浪底水库又无法调节利用时，利用洪水期泄空水库进行溯源冲刷，排沙流量应大于3000m3/s。

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