窄深河槽是黄河下游主槽整治的目标（史宗伟）

发布时间：2022-02-24 15:21:01 浏览数：次

窄深河槽是稳定的，并且具有很好的排洪输沙能力，黄河下游游荡性河段主槽整治所要塑造并长期维持的中水河槽就应该是这样的一个稳定窄深的主河槽。

一、窄深河槽具有很强的输沙能力

在20世纪60年代，麦乔威、赵业安、潘贤娣等人发现黄河下游洪水期输沙特性存在着窄深河道多来多排、宽浅河段多来多排多淤、主槽多来多排而滩地多淤的特点，不仅全沙如此，造床质泥沙（d>0.025mm粗泥沙）也存在着同样的输沙规律[1]。在20世纪80年代，对黄河干支流主要河段输沙特性的对比分析研究表明，控制河道输沙效率的主要因素是河槽形态[2]。要提高宽浅河道的输沙能力就必须调整改善河槽形态。

钱正英早在1988年就指出：“利用窄深河槽输送高含沙水流，以及进一步调节中小流量减少淤积等问题，都值得进一步研究。因为这些问题如果能够得到突破，那么对于下游河道输沙所需要的水量，以及输沙的能力都可能有很大的改变”[3]。

高含沙水流特性研究表明，由于黄河泥沙组成比较细，含沙量的增加，引起流体的粘性增加，使粗颗粒沉速大幅度降低，含沙量在垂线上的分布更加均匀，而河床对水流的阻力并没有增加，仍可利用曼宁公式进行水力计算[4]。利用高含沙洪水输移特性输沙是一种比较理想的技术途径。黄河水沙调控体系建设，以小浪底水库为主的调水调沙的顺利实施和继续完善，已经为利用洪水排沙入海提供了成功的经验。

二、洪水非恒定可造成冲积河道长距离冲刷[5]

根据对冲积河道实测资料的分析，河槽水力几何形态、动床阻力特性、床沙与悬沙不同的水力特性与河道冲淤之间的密切关系，阐明了窄深河槽输沙多来多排的力学基础。床面在高输沙动平衡状态时，处在多来多排的输沙状态，底沙运动速度滞后于洪水传播速度，造成河道长距冲刷；洪水非恒定是造成涨冲落淤的原因，河床的冲淤取决于作用河床底部剪力的变化，剪力增大，底沙的输送强度增加，河床不断冲深。在最大洪峰时，水深达最大，作用在床面上的剪力最大，底沙输移强度最大，d50=0.05～0.1mm的粗沙在洪峰期也能顺利输送，在洪峰稍后河床高程达到最低。在落水过程中作用在床面上剪力减小，底沙输移强度渐次变弱，河床不断淤积抬高。

底沙的运动状况决定了河床的冲刷或淤积，其运动速度远小于洪水波的传播速度，因此洪水在几百公里、甚至上千公里长，比降变化相差甚至十倍的冲积河道均可产生强烈冲刷。

三、窄深河槽具有很强的泄洪能力

水深增大对河道的过洪能力影响最大。艾山站在1958年7月21日、22日，在河宽476m、468m，平均水深8.9m和10.6m的条件下，分别下泄12300m3/s和12500m3/s洪水；泺口水文站在1958年7月22日、23日，主槽宽295m，平均水深10.6m和13.1m的条件下，通过的洪峰流量分别为10100m3/s和11100m3/s；花园口站在1977年经过7月和8月两场高含沙洪水塑造，8月8日实测主槽宽467m、483m，相应水深为5.4m、5.3m，平均流速3.85m/s、3.73m/s，流量达8980m3/s和9540m3/s。由此表明，主槽的过流能力很大，只要能保持较大的水深，泄洪要求的河宽并不是很大。

窄深河槽随着流量的增大，水面宽会略有增加，河床不断被冲深，水位的涨势趋缓，流量越是增大，水位涨率越是平缓。

四、窄深河槽的泄洪机理[6]

洪水在冲积河床中流过，随着洪峰流量的上涨，不仅水位上升，同时河床不断刷深，使得河道的过流能力迅速增加。不仅低含沙洪水如此，高含沙洪水也是如此。河床刷深对过洪能力的影响往往大于水位抬升的影响，甚至由于河床剧烈的刷深，使得洪水位反而大幅度降低。

从1958年花园口、泺口两站洪水期水沙过程与河槽平均底部高程、深泓点高程的变化可知，窄深河槽过洪能力大的主要原因是在涨水过程中主河槽不断冲刷。

涨水过程中，水流要从河床中不断的补给底沙。随着洪水的上涨，水深增加，作用河床底部剪力增大，底沙的输送强度增加，河床不断冲深，在最大洪峰时，水深达最大，底沙输沙强度最大，在最大洪峰稍后河床高程到达最低。此后，在落水过程中河床在不断淤积抬高。

1958年花园口站水位流量关系表明，流量从5000m3/s涨到15000m3/s，水位只抬升1m，河床平均冲深1.83m，而主槽平均水深却由1.99m增加到4.82m，增长2.83m，主槽刷深的幅度远大于水位的增幅。由于水深的大幅度增加，使得河槽的泄流能力迅速增大。洪峰前后5000m3/s水位下降1m，主槽河底高程下降近3m。

1958年泺口站，流量从5000m3/s增长到10000m3/s，水位升高2.95m，平均河底高程冲深3.45m，但主槽平均水深由6.70m增加到13.1m，增加了6.4m，也远大于水位升高值。最大水深由8.9m增至18.1m，增加了9.2m。

五、多沙并非一定形成坏河

黄河中游的主要支流渭河、北洛河下游河道的流量与比降较黄河干流小，含沙量比黄河高。北洛河多年平均流量仅25.4m3/s,含沙量却高达128kg/m3,与黄河下游相比，流量小53倍，含沙量大3.4倍。北洛河河道比降为0.17‰，略缓于黄河下游的上段。北洛河是窄深稳定的弯曲河流，黄河下游上段却是宽浅游荡堆积河道，原因何在？

根据对北洛河水沙条件与河床演变资料分析，主要是来水来沙组合条件有利，其泥沙主要由高含沙洪水输送。几乎年年出现800～900kg/m3的高含沙洪水，洪水挟带了75％的泥沙，平水期流量小，含沙量低，河床不仅不淤，还会发生冲刷，在这种特殊条件下，塑造出比渭河更窄深的断面形态，显然窄深河槽适合高含沙洪水的输送。由此可见，在一定的条件下，含沙量高的河流也可形成稳定的河槽。

参考文献

[1]麦乔威,赵业安,潘贤娣.多沙河流拦沙水库下游河床演变计算方法[A].麦乔威论文集[C].黄河水利出版社,1995.96-103

[2]齐璞.黄河高含沙洪水输移特性及其河床形成[J].水利学报[C],1982(8):36-45

[3]钱正英.修订治黄规划引导治黄事业走上新台阶[A].钱正英水利文选.中国水利水电出版社,2000.206

[4]齐璞,赵文林,等.黄河高含沙水流运动规律及应用前景[M].科学出版社,1993.

[5]齐璞,孙赞盈,侯起秀,彭红,等.黄河洪水的非恒定性对输沙及河床冲淤的影响[J].水利学报,2005(6):3-9

作者简介

史宗伟，男，1968年3月生，河南渑池人，郑州黄河河务局工务处副处长、工程师，主要从事河道治理、防汛抢险、水利工程管理等工作。

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