黄河下游河道萎缩过程中输沙能力的调整关系

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1、黄河下游洪水演进对河道萎缩的响应姚文艺1李勇1侯爱中1（黄河水利科学研究院，河南郑州450003）摘要：依据水文学和河床演变学的原理，结合定位观测资料分析和河工动床模型试验的方法，对黄河下游河道萎缩过程中的洪水演进规律进行了分析。研究表明，黄河下游河道萎缩过程中，无论水流含沙量高低，洪水削峰率均会增加，出现坦化现象，但是，当洪峰流量与平滩流量接近时，洪水的变形不大，洪峰流量削减也最小；洪水演进速度减缓，演进历时加长，当洪峰流量约为平滩流量的2倍时，洪水传播速度最慢。但是，河槽断面平均流速与流量之间仍存

2、在着同步调整的关系；河道萎缩使过水断面面积减小，河底平均高程抬升速率增加，从而造成洪水水位涨幅增大；河道萎缩后，洪水输沙仍具有“多来多淤多排”的特性，洪水挟沙力大小与河槽断面形态的关系仍然符合一般意义下的河床过程规律，与河道萎缩模式无关。关键词：洪水演进；输沙能力；河道萎缩；黄河下游河道根据水文学和河床演变学的原理知，河道洪水演进特征与河床边界条件之间有着高阶的响应关系。自20世纪80年代中期以后，黄河下游主河槽发生严重淤积萎缩，河床平均高程抬升速率加快，过水面积大大减小，对河道的洪水演进产生很大影响

3、。针对黄河下游河道萎缩对洪水演进影响的问题，有人曾开展过一些探讨[1～8]，但总的说，大多是针对某一场洪水的演进特性或河道行洪能力，以及引起河道萎缩的洪水水沙特征等问题开展研究的，而对于黄河下游河道萎缩条件下洪峰、洪水传播时间和水位—流量关系等洪水演进特征参数的变化规律进行系统研究的较少，对洪水的输沙能力的调整与河道萎缩之间的响应关系也更待进一步研究。分析洪水演进对河道萎缩的响应关系，对于了解河道萎缩的致灾机理及制定治理对策都是非常必要的。本文依据定位观测资料分析，结合河工动床模型试验，探讨了黄河下游

4、河道萎缩过程中洪水演进的响应关系。1模型试验设计1.1试验河段选择及试验比尺设计黄河下游游荡型河段河道萎缩最为严重，其萎缩演变过程也比较复杂，因此选取该河段作为试验对象。根据试验场地和模型进出口水沙条件的控制要求，模拟范围选定为花园口河段。模型进口为北裹头，出口在赵口险工下游，全河段长38.45km（图1）。图1模型模拟河段示意图基金项目：“十五”国家科技攻关计划重大项目（2004BA610-03）18模型按黄河动床模型相似律设计，相似条件主要有水流重力相似、水流阻力相似、水流运动相似、泥沙起动和扬动

5、相似、泥沙沉降相似、水流挟沙能力相似和河床冲淤相似等。模型选定的主要比尺见表1。表1模型主要比尺汇总比尺名称平面比尺垂直比尺流速比尺水流运动时间比尺河床变形时间比尺沉速比尺含沙量比尺糙率比尺比尺800708.3795.5895.581.352.000.60根据模型试验目的，选取1987年水文年水沙过程作为验证试验的水沙条件，模型初始地形按河道萎缩初期的1987年汛前实测大断面制作。尾门水位按花园口站流量与赵口闸前水位统计关系控制。验证试验表明[9]，模型在河型、河势、沿程水位、河床形态和冲淤等方面与原

6、型是基本相似的，可以满足试验的精度要求。1.2试验方案选择三个典型的水沙过程作为试验水沙条件，即中水丰沙的1988年、小水中沙的1994年和枯水少沙的1991年。根据实测资料分析，河道萎缩主要发生于汛期，因此，在试验过程中只施放汛期水沙过程。另外，1998年淤积量是1985~1996年年均淤积量的1.8倍，且滩地淤积都非常明显，主河槽深泓高程抬升约2m；1991年淤积量较小，如汛期的仅为1988年的33%，但泥沙全部淤积在主河槽内，若与1988年的水沙过程组合，则可充分展现“小水大灾”的效应，根据主河

7、槽冲淤变化的特征，将1991年和1998年的水沙过程进行组合作为一个试验组次。因此，在试验组次设计中，考虑了两种类型，即1988+1991年组合型和1994年型（分别简称为“88+91型”和“94型”）。两个试验组次的初始地形均按1987年汛前实施大断面制作。试验周期按每种水沙试验条件下河床冲淤演变达到相对稳定状态时进行控制。2河道萎缩特征及模式实测资料分析和试验研究表明[9,10]，黄河下游河道萎缩主要表现为主河槽严重淤积，同流量水位明显抬升，平滩流量大大减小。因此，通常所说的黄河下游河道萎缩实质上

8、是指主河槽的萎缩。黄河下游河道萎缩的主要特征是主河槽宽度和其中的主河槽明显缩窄；主河槽过水面积大大减少；河床高程抬升速率明显增加，以及横断面形态调整多变等。试验结果也进一步表明，在河道萎缩过程中断面形态的调整趋势不单是单向性的，而是视水沙条件而有所不同。在1991年和1998年的试验水沙条件下，断面宽深比是逐步减小的，也就是说主河槽断面逐步趋于窄深；而对于“94型”的水沙过程，断面宽深比则是逐渐增大的，说明断面形态趋于宽浅。因而，可将“91型”洪水所形成