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黄河高含沙水流的高效输沙特性形成机理

（黄河下游河道存在巨大的输沙潜力）

齐璞孙赞盈

（黄河水利科学研究院、河南郑州450003）

提要：

本文从黄河主要干支流渭河、北洛河、黄河下游及三门峡水库大量实测资料，并结合高含沙水流流变特性分析，得出:河道中的高含沙水流的阻力与低含沙水流相同，均可用曼宁公式进行阻力计算；由于黄河泥沙组成较细，d=0.03-0.10mm，随着含沙50

量的增加颗粒的沉速大幅度降低，泥沙在垂线上分布变得更加均匀，当含沙量大于200多kg/m3以后发生改变；从泥沙存在对水流结构，流速在垂线上的分布特性上分析，含沙量200kg/m3左右时输送最困难，并得到河道实测资料的证实。由于粘性的增大，粗颗粒泥沙在河道中也能顺利输送，洪水期实测含沙量可达800~900kg/m3，表现出高含沙水流的高效输沙特性；黄河下游艾山以下河段实测洪水的最大含沙量为200kg/m3,在流量2000-3000m3/s时，高含沙洪水均可顺利输送。利用河道输送高含沙水流入海的主要障碍是改造宣浅游荡河段为窄深稳定的河槽。

引言

从水流挟沙能力的概念看，水流条件是主导，挟沙能力的大小由水流条件的强弱决定。然而在黄河洪水实测含沙量范围内，由于流体中细颗含量的增大，使得流体性质发生了变化，引起水流挟沙能力发

生变化。在含沙浓度达到一定数值后，形成一种新的浆体，流体特性与挟沙能力均发生质的变化，泥沙的输移反而变得更加容易，只要克服阻力即可长距离顺利输送。黄河高含沙水流高效输沙特性就属于逼种情况。

高含沙水流的阻力特性

在充分紊流区与清水阻力规律相同，见表1给出的黄河小浪底水文站高含沙洪水与低含沙洪水阻力变化表明，在含沙量变化在55至843kg/m3的范围内，曼宁系数基本相同，其平均值高含沙洪水为

作者简介：齐璞（1942-）,男，北京人，高级工程师（教授级），主要从事河床演变与泥沙输移、高含沙水流输沙、河型转化、水库泥沙多年调节、河道整治等方面研究。

0.041，低含沙洪水为0.039，高含沙洪水阻力略大于低含沙洪水的阻力的主要原因是流速仪本身性能造成的。其阻力可用曼宁公式进行水力计算，减阻现象只发生在层紊流过渡［1］，主要是阻力表达形式不合理造成的。

表1小浪底站高、低含沙洪水曼宁系数n值比较

年月日Q(n

年月日

Q(n3/s)

S(kg/m)

H(m)

V(m/s)

n

年月日

Q(n3/s)

S(kg/m)

H(m)

V(m/s)

n

19778

5240

—268

—75

293

0036

19828

7450

565

—8_J_

348

0038

7

5120

—324

—7.5

2.74

0.041

1

7220

56.5

—7.4

3.66

0.036

7

6910

—592

—8.6

—3._

0.043

1

6230

56.5

—7._

3.35

0.038

7

9720

—843

—9.7

3.87

0.042

2

9400

—55—

—8.6

4.05

0.036

8

6550

—356

—89

291

0049

2

9290

—55—

—92

376

0041

8

4950

—405

—7.6

2.43

0.045

2

7710

—55—

—8.6

—3.4

0.039

1973.8.2；

83110

—440

—7.2

2.19

0.041

2

5150

69.1

—7.9

3.03

0.038

28

3520

—508

—78

239

0037

3

5660

911

—76

284

0041

28

2880

—324

—7.8

2.32

0.036

3

4790

99.6

—7_

2.72

0.037

1973.9.

4150

_313

_7.7

2.53

0.04

4

4150

_82_

_7J_

2.37

0.041

4

3550

—82—

——6.6—

2.29

0.04

5

2970

66.4

—7.2

2.01

0.043

平均

0.041

0.039

注：表中的Q、S、H和n分别为流量、含沙量、平均水深和曼宁糙率

含沙量变化对含沙浓度垂线上分布特性的影响

水流中含沙量的增大，细颗粒含量的增加，一方面引起流体粘性增加，另一方面使流体容重增大⑵。因而会使粗颗粒的沉速大幅度降低，甚至形成不分选泥浆。从黄河主要干支流，黄河下游花园口、夹河滩、高村、孙口、艾山、泺口，渭河下游华县、华阴与北洛河下游朝邑9个水文站，共96组次实测流量、输沙率原始记录资料可知，在泥沙组成d50=0.03?0.10mm时，相对水深0.2与0.8的测点含沙量的比值Ks=s02/s