改造宽浅游荡河道的途径与输沙流量(1)程力学(3)

5. 比降变化对泥沙输移的影响

比降是河流洪水输移演进的动力。比降在冲积河流调整过程中，不象河槽横断面形态变化那样剧烈，经过一场洪水塑造即可使断面形态发生巨大的变化，从而对输沙产生明显的影响，其变化一般是缓慢的。冲积河流的比降一般是沿程变缓的，呈下凹形，但河流的调整，往往使得流速沿程变化不明显，没有因比降的变缓而使水流的流速降低，而是始终保持某一固定的数值，甚至沿程增大，与河道比降的变化相反。其调整的机制主要是通过河宽的变化，来调整水深值，从而保持流速始终处于较高的数值。往往是比降变缓，河宽减小，水深增加，从而使流速不变。表7-1给出黄河下游主槽1973、1977年汛期实测流量3000m3/s水深、流速的沿程变化表明，比降由小浪底站的8 ，到艾山以下河段减小到1 ，平均流速并没有减小，而是由2.0m/s增加到2.5m/s，因此使得平滩流量的水流挟沙能力沿程不会降低。

渭河下游河道的比降变化也较大[1]，图7-7给出耿镇～渭淤13#，比降由4.5 过渡到2.1 ，渭淤13#断面到渭拦2#断面，比降由1.72 变缓到0.57 ，由图中给出的各断面的形态可知，水面宽是沿程减小，由上段的700～800m，到华阴以下河段减至250m，使得流速沿程不降低。图7-8给出北洛河下游河道河槽形态沿程变化也表明同样的情况[2]。因此，使河流沿程输沙特性不因河流比降的变缓而受到影响。从表6-5给出渭河高含沙洪水沿程主槽的冲刷情况说明，随着比降的变缓，主槽在洪水期冲刷深度，并没有减弱，而是略有加强。根据渭河下游、北洛河下游、三门峡库区151场洪水，流量变化范围50～5150m3/s，含沙量变化范围10～786kg/m3，比降0.27～4.50 ，得出的输沙公式： ,比降的方次仅为0.006，接近于零，对输沙的影响很微弱。造成上述输沙特性当然还与含沙量增加、流体粘性增大、沉速大幅度降低、输送更容易有关。

从表4-1给出的不同河流的比降的变化范围可知，几乎在同一比降条件下，不同河流所以均能达到输沙平衡，是由于洪水塑造了不同的河宽。如北洛河主槽宽仅100m，流量200～300m3/s的高含沙洪水均可输送，渭河下游华阴以下，比降不足1 ，河宽仅250m，1000m3/s洪水均可输送。因此形成大水塑造大的河宽，小水塑造小的河宽，且均可输送流域的来沙。

综上所述，在冲积河流实测比降的变化范围，看不出对洪水输沙的明显影响。

6. 调水调沙与河道整治相结合是改造宽浅游荡河段的有效途径

早在30年代，德国著名治河专家恩格斯教授，就指出在游荡性河道形成中水河槽的重要性。并得到众人的认同。沈怡在评述各家治河主张时，对治理中水河槽给予高度的评价。他指出：“因为种种病象均由河无定槽而起，所以如果要治河，必须首先使河槽定”，“无论何人来治河，都必须这样做”。可见具有河槽的重要。但如何形成中水河槽一直是人们关心的问题。也是游荡性河道治理的关键。

通过对游荡河道河槽形态调整变化规律研究，我们认识到单纯用河道整治工程治理游荡性河道是有困难的。新中国成立以后，黄河下游整治实践说明高村以下河段通过护湾导流，河道稳定，整治获得成功，然而对高村以上的宽浅河段，虽然也采用同样的整治办法，目前的摆动范围虽然有所减小，但在洪水期仍经常发生河势的突然变化，造成平工出险，给防洪造成被动。其主要原因是前者具有窄深河槽，河道容易控制。而后者河槽极为宽浅散乱，整治工程无法控制主流的自由摆动。

因此，首先要通过小浪底水库调水调沙运用改变进入下游的水沙条件，然后加速宽河道整治工程建设，使其塑造的新河槽尽快稳定。两者必须紧密结合，其原因是：

我们虽然能按照冲积河流形成最有利的来水来沙条件,制定小浪底水库调水调沙运用方式,但在水库运用的初期和正常调沙期将长时间下泄清水,在高村以上河段将产生较强烈的冲刷,经“八五”攻关方案计算初期最小累计冲刷量仍达9亿t,清水冲刷会造成滩地的大量坍塌,使河槽趋于宽浅，在水库排沙时还需要重新塑窄深河槽，从而增加了河道的淤积量。这是泥沙多年调节方案需要解决的主要问题。

据三门峡水库运用初期下泄清水的运用经验，防止滩地冲蚀是高村以上河段整治的主要任务，对高村以上近300km长的宽浅河段，可按河宽700m，沿已有险工的对岸，布设新的护滩工程，使主槽尽快刷深，形成有良好控导作用且稳定的高滩深槽。

在小浪底水库泥沙多年调节运用条件下，若能通过河道整治，把高村以上宽浅河道改造成主槽宽700～800m的窄深河槽，则可为利用河道输送高含沙洪水创造条件，在水库排沙时基本上不用塑造，洪水即可顺利输送，对于超过平滩流量的漫滩洪水仍可利用滩地滞洪，削减洪峰，保持天然宽浅河道的滞洪滞沙特性，以确保艾山以下窄深河段的防洪安全。窄槽宽滩的形成，既提高河道的输沙能力，同时又保持宽浅河道的滞洪削峰作用，使多年无法解决的宽浅河道游荡摆动问题，由于有了窄深河槽对主流的控导作用，得到较彻底的解决。

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