近年來，尤其是90年代以來，黃河上、中游汛期、非汛期來水量均明顯下降，但沙量減少甚微，據(jù)統(tǒng)計(jì)，90年代華縣站減水40.32億m³，減沙1.38億t，減水、減沙分別占前期（1950～1969年）的44%、32％，說明90年代水減得多，沙減得少，水少沙多的矛盾更加突出，高含沙洪水出現(xiàn)的機(jī)遇增加，勢(shì)必給黃河下游河道沖淤演變及防洪帶來一些新的問題。“96.8”洪水出現(xiàn)的異�，F(xiàn)象就充分說明了這一點(diǎn)。因此，進(jìn)一步分析、研究高含沙洪水的造床機(jī)理和輸沙特性，對(duì)黃河下游的防洪、河道整治等一系列工作有著積極的作用。

2 高含沙洪水窄深河槽形成前后輸水輸沙特性變化

　　高含沙水流的輸沙能力可以用河段排沙比來直觀地反映。通過黃河花園口至東壩頭河段河道動(dòng)床模型試驗(yàn)測(cè)得的花園口至來童寨河段排沙比與進(jìn)口含沙量的關(guān)系(圖1)，可以看出，隨著進(jìn)口含沙量的增大，排沙比越來越小，造成河道的嚴(yán)重淤積，一旦進(jìn)口含沙量大到一定程度以后，排沙比又明顯增大。說明，黃河下游河道高含沙洪水對(duì)河道沖淤變化過程是極其復(fù)雜的，不是簡單相關(guān)，挾沙能力關(guān)系并不是唯一的，而是一個(gè)多值關(guān)系。江恩惠也曾對(duì)此進(jìn)行過分析^[3]，認(rèn)為在同一水力條件（V³/gHω₀）下，挾沙力S_*隨含沙量S增大而增大，揭示了黃河下游常見的“多來多排”的特性。同時(shí)也反映出河道的輸水輸沙能力與河床的初始狀態(tài)有密切關(guān)系。

　　天然情況也如此^[4]。例如，1977年7月的高含沙洪水由于前期河床寬淺，漲水期流量大于4800m³/s時(shí)，洪水大量漫灘，灘地淤積嚴(yán)重，淤積厚度1m左右，河道過水寬度縮窄，形成相對(duì)窄深的河槽。此后，洪峰期（8010m³/s）洪水集中河槽下泄，主槽發(fā)生強(qiáng)烈沖刷，平均河床下切2m左右。落水后流量為5000m³/s時(shí)，花園口水位與漲水前同流量水位相比降低1m多，夾河灘水位降低0.7m左右。經(jīng)過7月份高含沙洪水的造床過程，河道內(nèi)形成了相對(duì)的高灘深槽（即所謂的窄深河槽），致使8月份洪水到來時(shí)，80%的主流集中在7月份洪水所形成的窄深河槽內(nèi)運(yùn)行，洪水陡漲到10800m³/s時(shí)，漫灘水流比例反倒不像7月份洪水時(shí)那么大，上灘的那部分水沿7月份洪水在橫斷面上形成的倒比降迅速漫向兩岸（或老灘沿），同時(shí)受上次灘唇的阻擋，漫灘水為主河道表層含沙量相對(duì)較小、水流挾帶顆粒較細(xì)的那部分水，因而本場(chǎng)高含沙洪水造成灘地淤積厚度僅為0.2m，遠(yuǎn)不及7月份洪水淤積嚴(yán)重。

　　由于長期以來河床一直處于淤積狀態(tài)，河道過洪能力大大降低，“92.8”洪水前，平灘流量由5000m³/s降為3500m³/s。因此在1992年8月14日流量僅為3220m³/s時(shí)，原陽雙井一帶二灘即開始大量漫水，泥流入灘，流速滯緩，從而加重了灘地淤積，致使6240m³/s洪峰過后，花園口一帶灘唇淤積厚度達(dá)1.5m～2m，形成了相對(duì)高灘深槽^[5]。但是，本次高含沙洪水由于持續(xù)時(shí)間較短，窄深河槽沒有再向下游發(fā)展。

　　為了更清楚地說明本河段輸沙能力的變化，我們計(jì)算了花園口～夾河灘河段1977年和“92.8”洪水的排沙比P，即根據(jù)洪水水文要素測(cè)驗(yàn)結(jié)果，考慮洪水傳播時(shí)間差以后的相對(duì)應(yīng)的夾河灘站含沙量與花園口站含沙量之比（圖2）。1977年兩場(chǎng)高含沙洪水漲水前同流量排沙比沒太大變化，流量5000m³/s時(shí)P一般為0.7左右，落水后由于河道內(nèi)形成了窄深河槽，洪水集中河槽下泄，排沙比明顯提高，在花園口含沙量小于200kg/m³ 以后，還出現(xiàn)了沖刷現(xiàn)象。“92.8”洪水僅在花園口等局部河段形成窄深河槽，而且窄深河槽維持時(shí)間極短，8月16日洪峰過后洪水不能及時(shí)歸槽，一周內(nèi)灘地積水仍沒有退去，因而河道排沙比不僅沒有增大，反而略有減少。另外，本河段高含沙洪水在現(xiàn)行河床條件下，河道輸沙能力降低，從河道沖淤情況也可看出，“92.8”洪峰期8月6日到18日，花園口～夾河灘河段淤積達(dá)2.06億t，而1977年7、8兩個(gè)月淤積量僅為2.5億t。

圖2 黃河花園口至夾河灘河段排沙比與花園口含沙量關(guān)系
Relationships of sediment discharge from Huayuankou to Jiahetan with inlet sediment concentration

　　通過分析我們發(fā)現(xiàn)，高含沙洪水自然塑造窄深河槽是以前期河床的嚴(yán)重淤積為代價(jià)的，雖然出現(xiàn)了槽沖灘淤的現(xiàn)象，但由于灘地的淤積量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于主槽的沖刷量，因此，整個(gè)河道還是發(fā)生了嚴(yán)重的淤積。

3 現(xiàn)狀河床邊界條件下高含沙洪水傳播特點(diǎn)

　　隨著黃河下游河床邊界條件的日益惡化，洪水傳播時(shí)間越來越長，其中，“96.8”洪水期間，夾河灘～高村和高村～孫口洪峰傳播時(shí)間分別長達(dá)76和120小時(shí)，與正常情況相比，加長6倍左右。據(jù)申冠卿^[6]等分析：現(xiàn)行河床邊界條件下，主槽的行洪流速并沒有減小。那么造成“92.8"、“96.8"洪水洪峰傳播時(shí)間特長的原因是什么呢？長期的枯水少(中)沙，特別是近幾年7月份的高含沙小洪水過程，使黃河下游主槽明顯萎縮，過流面積大大減小，平灘流量降低為3000m³/s左右，與1958～1982年汛前相比減小一半以上。隨著流量的增大，水位的抬高，將有相當(dāng)一部分的水流漫向?yàn)┑亍?ldquo;92.8”等高含沙洪水，使黃河下游河道嫩灘大量淤積，灘唇高昂，灘地橫比降加大，使得漫向?yàn)┑氐哪遣糠炙�流不能在短距離內(nèi)回歸主河道，需長時(shí)間在灘地滯留(甚至個(gè)別斷面二灘還會(huì)出現(xiàn)倒流現(xiàn)象)，形成類似于水庫的調(diào)蓄作用。“96.8”洪水期間的原陽高灘、東明灘、長垣灘表現(xiàn)更加明顯。灘區(qū)道路、渠堤縱橫交錯(cuò)，形成較大的滯洪庫容，滯蓄的洪水直至滿足下泄條件之后，才逐步向下游推進(jìn)或退歸主河道，而實(shí)際上主流的洪峰早已過去。灘區(qū)滯洪造成了下游各站洪峰的逐步削減。由于灘地吞吐水量存在一個(gè)時(shí)間差，因而下游斷面洪峰將發(fā)生明顯變形，其后半翼相應(yīng)變胖。如果后續(xù)洪水與洪峰相比并沒減少太多，那么下游斷面的洪峰很可能就是后續(xù)洪水與上游灘地退水合并的結(jié)果，峰現(xiàn)時(shí)間推遲也就不言而喻了^[7]。

　　近幾年汛期，花園口～東壩頭河段洪水演進(jìn)預(yù)報(bào)試驗(yàn)結(jié)果也清楚地反映了這一現(xiàn)象。從夾河灘(三)站洪水位實(shí)測(cè)過程可以看到，受上游原陽高灘、中牟高灘前期漫灘洪水退水的影響，下游各水位站后期高水位持續(xù)時(shí)間長達(dá)27和20小時(shí)，大大加重了該河段的防洪壓力。

4 高含沙洪水對(duì)河道的破壞作用

3.1 高含沙洪水造成河道的嚴(yán)重淤積

　　高含沙洪水在渠道和天然河道上，常常出現(xiàn)嚴(yán)重淤積，對(duì)防洪非常不利。1973年引洛灌區(qū)連續(xù)出現(xiàn)高含沙洪水，引水過程在沿途進(jìn)行分流、扒口，致使流量分散，形成“分流必淤”的局面，干渠發(fā)生嚴(yán)重淤積，用10000個(gè)工日清淤才恢復(fù)引水能力。1974年在引洛東干渠又是沿程分流太多發(fā)生平行上升淤積，比降1/2000調(diào)平到1/5000，又進(jìn)一步加大淤積^[8]。

　　黃河下游自1950年至1977年，28年中發(fā)生18場(chǎng)高含沙洪水（含沙量大于300kg/m³），其造成的淤積占黃河下游同期總淤積量的50%，見表1。從表1可知，18場(chǎng)高含沙洪水的水量占28年總水量的2.6% ，沙量占總沙量的18.2% ，但淤積量卻占28年總淤積量的50.6%，1970年及1977年高含沙洪水對(duì)黃河下游造成的淤積更為嚴(yán)重。由此可知，在目前黃河下游河道現(xiàn)狀條件下，高含沙洪水對(duì)下游河道和防洪非常不利。

表1 黃河下游18場(chǎng)洪水特征值
Characteristic values of 18 floods in the Lower Yellow River

　　黃河下游為游蕩型寬淺河道，主流不定，高含沙洪水到來之后，水位異常偏高，1973年，1977年和1992年的高含沙洪水水位都高于同流量低含沙洪水水位，甚至超過1958年22300 m³/s的大洪水水位，這對(duì)防洪非常不利。

4.2 高含沙洪水造成重大險(xiǎn)情

　　在高含沙洪水期，水流多由幾股集成一股，在游蕩性河段往往切割阻水洲灘，水流滾移，引起河勢(shì)大變，增多了出現(xiàn)橫河、斜河的機(jī)遇。例如，1977年7月9日，花園口河段通過高含沙洪峰后，河勢(shì)發(fā)生大幅度改變。洪峰前大河緊靠南裹頭，北岸馬莊工程距河較遠(yuǎn)，但洪水過后，大河主流移至北岸，頂沖馬莊工程上段。主流遂又以近90°的角度頂沖南岸花園口險(xiǎn)工，同時(shí)八堡斷面處原有三股河歸為一股。以下河段河勢(shì)也發(fā)生較大變化，萬灘以北河床形成長70.5km 的沙洲，本河段主流緊靠南岸行洪，有些堤段壩前水深20余米，楊橋險(xiǎn)工的17^#～21^#壩及護(hù)岸工程也相繼出險(xiǎn)，壩岸坍塌200多米，搶護(hù)七天七夜，險(xiǎn)情才被控制。這場(chǎng)高含沙洪水致使化工控導(dǎo)工程前河勢(shì)突變，一小時(shí)內(nèi)主流北擺500m之多，引起主流直逼9^#～17^#壩，兩小時(shí)后9^#壩全部沖毀，隨即10^#、11^#壩也以每分鐘2～3m的速度全部塌毀，雖奮力搶修，但仍造成跑壩；又如“92.8”高含沙洪水期，開儀及駕部河段河道大淤大沖，主流擺動(dòng)與河勢(shì)變化的速度極快，變幅又大，常為人始料不及，給防洪搶險(xiǎn)帶來很大困難，其中在開儀工程附近，主流受河心灘頂托，河勢(shì)上提，直逼4^#壩，使以下6道壩相繼出險(xiǎn)，搶險(xiǎn)拋石近1000m³，方化險(xiǎn)為夷。

　　高含沙洪水引起河勢(shì)改變并致大溜頂沖工程時(shí)，壩前流速可達(dá)5～6m/s，具有很強(qiáng)的沖刷能力，造成大壩根石走失，壩體失穩(wěn)。如1977年高含沙洪水期，馬渡險(xiǎn)工38^#、40^#、42^#、60^#各壩先后出險(xiǎn)；趙口險(xiǎn)工41^#壩，建壩已80年，根石深達(dá)13m多，但在大溜頂沖幾十分鐘后即出大險(xiǎn)。此外，萬灘、楊橋等險(xiǎn)工也有險(xiǎn)情出現(xiàn)，搶險(xiǎn)持續(xù)一月之久。

　　高含沙洪水特殊的造床作用，常致使深槽劇烈沖刷，河寬急劇減少，形成溜勢(shì)迅猛的“河脖”，對(duì)工程影響更大。例如，1977年7月10日8時(shí)，花園口險(xiǎn)工之前形成“河脖”，主流直逼花園口險(xiǎn)工，一些工程底部受水流淘刷，根石大量走失。特別是第二場(chǎng)洪峰到來之時(shí)，建壩200多年、根石深達(dá)20多米的將軍壩出險(xiǎn)，搶險(xiǎn)13個(gè)小時(shí)，拋石250m³，才控制住險(xiǎn)情發(fā)展。

5 高含沙洪水對(duì)河道破壞作用機(jī)理研究

　　水流阻力特性是水力學(xué)及河流動(dòng)力學(xué)的核心問題之一，更是了解黃河高含沙水流運(yùn)動(dòng)規(guī)律的重要環(huán)節(jié)。由于黃河問題的復(fù)雜性，目前尚缺乏能直接適用于黃河下游各種情況且方便適用的計(jì)算方法。許多數(shù)學(xué)模型往往采用固定糙率來計(jì)算黃河下游水沙運(yùn)動(dòng)，造成水位計(jì)算與實(shí)際相差甚遠(yuǎn)。還有的模型，試圖通過不同方法對(duì)河道糙率進(jìn)行修正，在進(jìn)行高含沙洪水的演進(jìn)計(jì)算時(shí)，仍存在不小的誤差。

　�獮榇�，江恩惠統(tǒng)計(jì)了黃河、渭河大量實(shí)測(cè)資料，發(fā)現(xiàn)河道的糙率系數(shù)(n)與水力、泥沙因子有密切的關(guān)系，如圖3、4。用佛汝德數(shù)(Fr)表示河流的水力要素，糙率系數(shù)(n) 隨Fr和含沙量(S) 的增大而逐漸變小，當(dāng)含沙量大于200kg/m³時(shí)，糙率系數(shù)n有增大的趨勢(shì)，而且在含沙量接近500～600kg/m³時(shí)，糙率增加非�？�，出現(xiàn)明顯反彎現(xiàn)象。究其原因：在高含沙洪水期間形成窄深河槽以后，洪水集中河槽下泄，流速增大，水流動(dòng)力(Fr)增加，造成河床劇烈變化，床面沙波、沙丘進(jìn)一步發(fā)展壯大，甚至出現(xiàn)揭河底沖刷，使得河床糙率劇增。

    可知水流平均流速V與糙率n成反比，根據(jù)張紅武挾沙力公式,水流挾沙力與流速V是一個(gè)1.86的高次方的關(guān)系，因而糙率n如果增大一倍，水流挾沙力將按照V的1.86次方的倍比減小，因此，就不難理解高含沙洪水期為什么會(huì)造成河道的嚴(yán)重淤積，而且在高含沙洪水的作用下形成的相對(duì)的窄深河槽，很難得以長久維持的原因之所在。

6 結(jié)語

　　以上分析表明，高含沙洪水在形成相對(duì)窄深河槽以后，其輸沙能力的確較大，但窄深河槽的形成是以前期河道的嚴(yán)重淤積為代價(jià)的，高含沙洪水期間對(duì)河道的破壞作用巨大，造成的重大險(xiǎn)情常使人始料不及，窄深河槽在高含沙洪水運(yùn)行中遭到?jīng)_刷下切之后，糙率的突然增大，使水流挾沙能力大幅度減小，是造成河道的嚴(yán)重淤積和窄深河槽難以長久維持的原因所在。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 江恩惠，張紅武，趙連軍等。高含沙洪水造床規(guī)律及河相關(guān)系研究。人民黃河，1999，(1).

[2] 江恩惠。黃河下游高含沙洪水?dāng)?shù)值模擬及運(yùn)動(dòng)機(jī)理研究。武漢水利電力大學(xué)碩士學(xué)位論文。1997.11.

[3] 江恩惠，張紅武等。黃河下游防洪形勢(shì)分析。泥沙研究，1988，(4).

[4] 江恩惠，張清，陳書奎等。黃河花園口至東壩頭河段現(xiàn)行河床條件下高含沙洪水排洪能力分析。黃河科研，1995.

[5] 張紅武，江恩惠等。黃河高含沙洪水異常現(xiàn)象成因分析。人民黃河，1993，(3).

[6] 申冠卿等。1996年汛期黃河下游沖淤演變特性及對(duì)防洪的影響。黃科院科研報(bào)告，1997.

[7] 江恩惠，張紅武等。黃河下游防洪形勢(shì)分析。泥沙研究，1998，(4).

[8] 焦恩澤。黃河高含沙水流的特性和利用。西北水電，1994，(2).