黃河下游輸沙水量研究評述

1、1黃河下游輸沙水量研究評述石偉王光謙清華大學(xué)水沙科學(xué)教育部重點實驗室，北京，100084摘要節(jié)約輸沙用水總量對黃河這樣的多沙河流具有重要的理論和實踐意義，輸沙水量與來水含沙量、來水流量、河道沖淤等有關(guān)。本文回顧了黃河下游汛期和非汛期輸沙水量的現(xiàn)有研究成果，提出一些有待進一步研究的問題。關(guān)鍵詞黃河下游、輸沙水量、輸沙用水總量、高效輸沙洪水一引言輸水的同時輸沙，對河流起著泄洪排沙、維持河道正常演變的作用。而對黃河這樣水少沙多的河流，其下游河

2、道為堆積性河床，逐年抬升，保持必要的輸沙水量，有利于控制河道淤積速率、減輕洪水威脅。河流輸沙水量是一個宏觀概念，體現(xiàn)了河流的河道輸沙能力，是河流沿程水流挾沙力調(diào)整的結(jié)果，是河流中的含沙渾水在流動過程中存在的水沙搭配比例的數(shù)量關(guān)系。輸沙水量的數(shù)量與來水來沙條件、要求控制的河流下游河道淤積水平、水庫調(diào)水調(diào)沙方式有關(guān)。河流輸沙水量的研究是流域水資源管理、水庫優(yōu)化調(diào)度的理論依據(jù)之一。目前水資源短缺已成為制約黃河流域經(jīng)濟和社會發(fā)展的瓶頸。高效輸沙

3、、節(jié)約輸沙用水總量對黃河這樣的多沙河流具有重要的理論和實踐意義【1，2，3】。本文試圖對黃河輸沙水量的研究作一回顧，在指出某些可以肯定的結(jié)論的同時，指出研究中存在的問題。二輸沙水量的概念及計算方法（一）輸沙水量的概念河流輸沙水量是指河流的某一河段或某一斷面將其上游單位重量泥沙輸送入下游或入海所用的清水的體積【4】，也稱輸沙耗水率【2，5，6】、輸沙用水量【7，8，9，10】需水率【10】。（二）輸沙水量計算方法齊璞及李世瀅【2】從概念出

4、發(fā)：輸沙水量（m3t）=（1）SSs)1(??其中為河流某一斷面水文測驗的平均含沙量（tm3）；為河流泥沙容重（tm3）。該公Ss?式給出了輸沙水量與含沙量之關(guān)系。岳德軍及侯素珍【4】、常炳炎及薛松貴【12】根據(jù)三門峽、黑石關(guān)、武陟含沙量推算利津輸沙水量：汛期輸沙水量：（2）shwshwsshwljSWWS52.21723.0150849.1lg??????非汛期輸沙水量：（3）ljsshwljWW??00496.0737.10027.

5、0586.2lg??????3（2）輸沙水量沿程變化淤積集中于三門峽至高村河段，高村以下河道淤積較少，甚至沖刷。而各水文站輸沙水量隨來水來沙增大而變小，河道淤積隨含沙量增大而增大。因而輸沙水量沿程增大，增大幅度主要在高村以上。因此，控制輸沙水量大小的關(guān)鍵是對高村以上游蕩性河道改造【4，12】。（3）輸沙水量與流量關(guān)系據(jù)趙業(yè)安、潘賢弟對1974～1985年實測洪峰資料分析，流量大于10000m3s僅有兩次，輸沙水量為7～8m3t，河道淤積

6、比65％；流量為6000～10000m3s，輸沙水量27～30m3t，淤積比15％；流量為3000～6000m3s，輸沙水量31～33m3t，淤積比17.8％，高村以上河道淤積、高村以下沖刷；流量為小于3000m3s，輸沙水量45m3t左右，淤積比20％，高村以上河道淤積、高村以下沖刷【7，9】。（4）輸沙水量與含沙量關(guān)系據(jù)趙業(yè)安及潘賢弟【7，9】、錢意穎及葉青超【10】對1974～1985年實測洪峰資料分析，含沙量小于20kgm3，下

7、游各河段均沖刷，輸沙水量50m3t；含沙量21～50kgm3，高村以上河段淤積，淤積比10.7％，輸沙水量36.4m3t，高村以下沖刷，高村～艾山、艾山～利津河段輸沙水量分別為36.3m3t、33.6m3t；含沙量51～100kgm3，高村以上河段淤積，淤積比34.5％，輸沙水量23.2m3t，高村以下沖刷，高村～艾山、艾山～利津河段輸沙水量分別為23.2m3t、20.4m3t；含沙量大于100kgm3，高村以上河段淤積嚴重，淤積比50

8、.7％，輸沙水量10.2m3t，高村以下也發(fā)生淤積，輸沙水量約12m3t【7，9，10】。（5）輸沙水量與河床前期條件的關(guān)系河床前期沖刷、粗化，水流輸沙能力降低，輸沙水量增加；河床前期淤積、細化，水流輸沙能力增加，輸沙水量減少【7，9，10，12】。3高效輸沙洪水據(jù)趙業(yè)安、潘賢弟對1974～1985年【9】及常炳炎、薛松貴對1966～1985年【12】實測洪峰資料分析，將利津輸沙水量在20％左右、河道淤積比在20％左右的洪水稱為高效輸沙

9、洪水。這些洪峰平均流量為1750～3370m3s，最大流量為3700～6600m3s，一般均不漫灘；平均含沙量為72～121kgm3；前期河床經(jīng)過汛期調(diào)整。這與下游河道輸沙能力在接近平灘流量時最大的概念一致，為水庫調(diào)水調(diào)沙提供了依據(jù)【4，7，9，10，12】。（二）非汛期輸沙水量1非汛期輸沙水量的特點（1）年際變化大水流輸沙能力與流量高次方成正比【12】，由于流量小，非汛期輸沙水量普遍比汛期大【4】，黃河下游多年平均100m3t左右【1

10、0】。據(jù)趙業(yè)安、潘賢弟對1950～1984年實測資料分析，高村最大與最小輸沙水量分別為1984年154.2m3t和1971年43.5m3t，多年平均83.3m3t；利津最大與最小輸沙水量分別為1980年218.5m3t和1971年49.1m3t，多年平均97.2m3t【9】。（2）取決于水流沖刷能力及河道沖淤狀況1973年后由于三門峽水庫采用“蓄清排渾”的運用方式，非汛期下泄水流基本為清水【12】，下游來水含沙量為1～2kgm3【9】，

11、河道發(fā)生沖刷，泥沙主要從河床沿程補給，因而沖刷能力大，補給沙量大，輸沙水量小；反之，沖刷能力小，補給沙量小，輸沙水量大。也就是說，沿程沖則輸沙水量減小，沿程淤則輸沙水量增加【9，12】。一般情況下黃河下游沖刷只發(fā)展到高村，高村以下淤積，因此輸沙水量從花園口至高村沿程減小、高村以下沿程增加【4，12】。（3）與來流量來水量的關(guān)系河道的沖刷距離主要決定于流量的大小和歷時及河床的前期狀況，一般情況下當(dāng)來水流量大于2500m3s時沖刷才能遍及全