黄河内蒙段泥沙组成与力学运动特征.pdf

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1、第３期水利水运工程学报Ｎｏ．３２０１７年６月ＨＹＤＲＯ⁃ＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＪｕｎ．２０１７ＤＯＩ：１０．１６１９８／ｊ．ｃｎｋｉ．１００９－６４０Ｘ．２０１７．０３．００３秦毅，李子文，刘强，等．黄河内蒙段泥沙组成与力学运动特征［Ｊ］．水利水运工程学报，２０１７（３）：１６－２４．（ＱＩＮＹｉ，ＬＩＺｉｗｅｎ，ＬＩＵＱｉａｎｇ，ｅｔａｌ．ＳｅｄｉｍｅｎｔｆｒａｃｔｉｏｎａｎｄｉｔｓｍｅｃｈａｎｉｃｍｏｖｅｍｅｎｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａｒｅａｃｈｏｆＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒ［Ｊ］．Ｈｙｄｒｏ⁃ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎ

2、ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１７（３）：１６－２４．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））黄河内蒙段泥沙组成与力学运动特征秦毅，李子文，刘强，李时，陈星星（西安理工大学西北旱区生态水利工程国家重点实验室（培育基地），陕西西安７１００４８）摘要：泥沙在水与河床演变中起到纽带作用，因粒径不同，其运动形态、运动规律以及对河床的作用等不尽相同。因此，研究河床演变就不能轻视泥沙的运动特性，尤其是黄河内蒙河段这种水沙异源的河道。根据实测和实际钻探采样资料，分析了该河段悬移质和河床质的泥沙组成。并以此为基础，从起动扬动、悬浮高度、挟沙能力等角度探讨了主要粒径泥沙在一定水流条件下的运动形态与规律。通过能量和

3、功率方程求得黄河内蒙河段的推移质输沙率。结果表明，内蒙河段悬移质基本上由粒径小于０．０８０ｍｍ的泥沙组成，而河床质主要粒径为０．１００～０．５００ｍｍ，其中粒径为０．１００～０．２５０ｍｍ的泥沙活跃于冲淤过程。推移质输沙率的分析表明，来自黄河内蒙古河段上部的粗颗粒泥沙不易被水流长距离挟带，大部分淤积在三湖河口上游。关键词：泥沙组成；运动特点；黄河内蒙河段；推移质中图分类号：ＴＶ１４２文献标志码：Ａ文章编号：１００９－６４０Ｘ（２０１７）０３－００１６－０９动床挟沙水流是一种复杂的两相流运动，泥沙在水流作用下发生运动，泥沙的存在又反过来通过河床演变影响水流运动，两者相互制约，

4、相互影响。在水与河床演变中起到纽带作用的泥沙，因粒径不同，其运动规律、能量来源、对河床作用等都不相同。因此，研究河床演变就不能轻视泥沙的运动特性。黄河内蒙河段自石嘴山至河曲长７８０ｋｍ（见图１）。该河段水沙异源，其水量主要来自上游干流，天然情况下，汛期７—１０月的径流量约占全年的６０％。洪水以上游干流为主，区间支流洪水量不大，历时短且陡涨陡落。而泥沙以当地产沙为主，主要来源于当地多泥沙支流及风成沙，泥沙粒径偏粗。乌海至三盛公河段（邻近乌兰布和沙漠）的风沙活跃，是风沙入黄的主［１］要来源区。根据杨根生的研究，每年风沙从库布齐沙漠进入十大孔兑（毛不浪孔兑沟口—呼斯太河沟口）的泥

5、沙量是０．１５８９亿ｔ，这些泥沙再以洪水挟沙方式向黄河输送０．２３８１亿ｔ，且输送沙量随年代递增，同时图１黄河内蒙河段乌兰布和沙漠由风沙流带入黄河０．１７７９亿ｔ泥沙量。Ｆｉｇ．１Ｉｎｎｅｒ⁃ＭｏｎｇｏｌｉａｒｅａｃｈｏｆＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒ在这些入黄泥沙中，６３％以上的泥沙粒径大于０．１ｍｍ。［２］许炯心的研究也表明，兰州以上来水和十大孔兑的产沙是影响兰州至头道拐河段悬移质冲淤的主要因收稿日期：２０１６－０８－０９基金项目：国家重点基础研究发展计划（９７３计划）资助项目（２０１１ＣＢ４０３３０５）作者简介：秦毅（１９５９—），女，江苏常州人，教授，博士，主要从事水文水资

6、源及河流泥沙研究。Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｃｃｎｎｈｙｓｘｍ＠１２６．ｃｏｍ第３期秦毅，等：黄河内蒙段泥沙组成与力学运动特征１７［３－５］素。李婷等分析了输沙量及悬移质组成的沿程变化，认为悬移质主要由细沙组成，粒径大于０．１ｍｍ的粗沙较少。细沙对河床冲淤演变产生的作用是暂态的，推悬交换的泥沙和推移质造成的河床冲淤相对深［６］远。然而，对黄河内蒙河段粗沙运动特征的研究却较少。因此从泥沙运动力学角度研究内蒙河段泥沙级配组成，探索各组泥沙的运动特点，对于认识宁蒙河道的冲淤变化必不可少。１泥沙组成从１９６０—１９６５年泥沙级配观测资料（图２）来看，悬移质主要粒径范围为０．１００～０．０５０ｍ

7、ｍ，河床质主要粒径范围为０．０５０～０．５００ｍｍ，其中河段上下游河床质主要粒径范围明显不同。上游石嘴山—巴彦高勒河段，河床质主要粒径范围为０．１００～０．５００ｍｍ，且０．１００～０．２５０ｍｍ的泥沙最多，所占比例约为５５％，０．１００ｍｍ以下的泥沙不到１０％，尽管粒径沿程略有调整，但河床质粒径级分布相差无几；下游头道拐站，河床质主要粒径范围则为０．０５０～０．２５０ｍｍ，其中０．１００～０．２５０ｍｍ图２内蒙河段泥沙颗粒级配曲线的泥沙从上游的５５％提高到６８％，０．１００ｍｍ以下泥沙Ｆｉｇ．２Ｇｒａｄａｔｉｏｎ