摘要:黄河以其多泥沙,河道善淤、善决、善徙,而著称于世,被认为是世界上最复杂、最难治理的河流。黄河泥沙主要来自黄土高原的土壤侵蚀,黄河下游河道淤积的主要原因在于“水少沙多,水沙不平衡”。按照黄河下游河道冲淤规律,只要把进入黄河下游河道的不平衡的水沙关系调节为相协调的水沙关系,完全可以使黄河下游河道实现不淤积。黄河首次调水调沙试验达到了预期的目的。通过这次试验,积累了对黄河测验的海量数据(520万组),加深了对黄河河床演变及水沙规律的认识,为今后建立更加符合原型黄河实际的数学模型和实体模型提供了极其重要的物理参数。
关键词:黄河 调水调沙试验 淤积
在我国古代治河典籍中,黄河很早就被尊称为“四渎之宗”,百水之首。它以其多泥沙,河道善淤、善决、善徙而著称于世,被认为是世界上最复杂、最难治理的河流。
从明代潘季训开始,数百年来,人们对黄河泥沙的治理不断地进行理论探讨和具体的实践。随着认识的不断深化,逐渐将黄河泥沙的治理措施概括为“拦、排、放、调、挖”。截至目前,“拦、排、放、挖”都已不同程度地付诸过实践,惟有“调”,虽然做过长期大量的理论分析,但尚没有在真正意义上试验过。
一、黄河下游河道淤积情况
黄河的泥沙,主要来自黄土高原的土壤侵蚀。
黄土高原的地形地貌及其发育特征,是受区域内晚新生代以来新构造运动的控制形成的。新构造运动使黄土高原全区处于不断的区域性上升活动中,从而造成侵蚀基准的变化。因此使坡面侵蚀加剧,冲沟活跃。同时,由于土体的重力作用,加之潜水活动等因素的影响,在不稳定状态下土体坍塌、滑动的重力侵蚀也时常发生。进入人文历史时期以来,人类活动更进一步加剧了黄土高原土壤侵蚀的强度。在暴雨的强烈作用下,黄土高原区域内的许多支流及黄河干流都成为世界上少有的多泥沙河流。
携带来自中游大量泥沙的黄河,不断充填着古华北陆缘盆地,并向渤海海域推进,形成新的陆地,缔造了华北大平原。
在华北大平原上出现堤防之前,黄河流路处于无约束状态。起初,黄河总是寻找一条低洼的流路入海,随着这条低洼流路的不断淤积,它又会“滚”向另外一条相对低洼的流路。如此反复,泥沙就“摊铺”在黄河的冲积扇上。
大约在春秋中期,铁器的出现和普遍使用,使得大规模修筑黄河堤防成为可能。再加之社会生产力的提高促进了经济的繁荣,人口也随之有较大的增长,生存和发展的环境要求保护,技术上有了可能,黄河下游的堤防便应运而生。到了战国时期,黄河下游堤防已具有相当规模。
堤防的修筑,将放荡不羁的黄河约束了起来,黄河的泥沙便在两岸大堤之间进行“摊铺”,从而使河床不断地抬高。到了西汉后期(汉哀帝初年),黎阳(今河南浚县)附近“河高出民屋”,可见当时的黄河已经是“地上悬河”了。
当“地上悬河”发展到一定程度,黄河就会发生决口,甚至改道。据记载,从公元前602年(周定王五年)到1938年,共2540年,发生决口的年份有543年,决口的次数达1590次,改道26次。黄河流路的扇面形分布,北达天津,南抵江淮,纵横25万km2。
新中国成立以来,黄河下游堤防已先后4次全面加高培厚,取得了50多年伏秋大汛不决口的伟大成就。黄河下游两岸大堤之间已淤积近100亿t,河床普遍抬高了2~4m。现状黄河下游河床普遍高出背河地面4~6m,最大达10m以上,成为淮河和海河流域的分水岭。沿黄地区的城市地面均低于黄河河床,河南新乡市的地面比黄河河床低20m,开封市的地面低于黄河河床13m,山东济南市的地面低于黄河河床5m。
20世纪90年代以来,黄河下游河道年均淤积2.2亿t,持续的枯水系列,长期的小流量过程,致使黄河下游河道主河槽淤积严重。据统计分析,黄河下游主河槽淤积占全断面淤积量的比例为90%,局部河段(如花园口~高村)则高达93%,河槽的严重淤积,造成过水断面严重萎缩,其结果是同流量水位升高,平滩流量大幅度减少。1996年8月的洪水(简称“96?8”洪水)集中地暴露了这些问题:花园口断面洪峰流量仅有7600m3/s,水位却高达94.73m,比1958年该断面22300m3/s洪水的水位还高出0.91m,局部河段平滩流量从80年代的5000m3/s以上降低至3000m3/s左右。
二、黄河下游河道淤积的主要原因
黄河下游河道淤积的主要原因,在于“水少沙多,水沙不平衡”。
1.水少沙多
黄河花园口断面多年平均天然径流量为559亿m3,实测进入黄河下游的多年平均水量为470亿m3,进入黄河下游河道的泥沙,多年平均为16亿t,平均含沙量为35kg/m3。与国内外大江大河相比,水量仅为长江的1/17,而泥沙量却是长江的3倍。印度、孟加拉国的恒河,年输沙量为14.5亿t,与黄河相近,但其水量较黄河大得多,约为3710亿m3,含沙量只有3.9kg/m3,远小于黄河。美国的科罗拉多河的含沙量27.5kg/m3,略低于黄河,但年输沙量仅有1.35亿t。无论年输沙量,还是平均含沙量,黄河在世界江河中都名列第一。
2.水沙不平衡
(1)地区来源的不平衡
黄河流经不同的自然地理单元,各自然地理单元的地形、地质、降雨、产沙等存在着较大的差异,因此,水和沙的地区来源不同,通常将其概括为“水沙异源”。比如,黄河上游地区的流域面积为36万km2,占全流域面积的45%,来水量占全河水量的比例为53%,是全河的主要产水区,而来沙量仅为黄河泥沙总量的9%,多年平均含沙量只有5.7kg/m3。黄河中游的河口镇至龙门区间,流域面积仅为13万km2,占全河流域面积的16%,来水量占全河水量的15%,而来沙量却占全河沙量的56%,多年平均含沙量高达128.0kg/m3,为全河最高的地区,是全河的主要产沙区。龙门至潼关区间,流域面积为19万km2,来水量占全河水量的22%,来沙量占全河沙量的34%,多年平均含沙量仅次于河口镇至龙门区间,为53.8kg/m3。三门峡以下的伊洛河和沁河,来水量占全河水量的11%,来沙量仅占全河沙量的2%,多年平均含沙量为6.4kg/m3,是仅次于上游的第二个相对清水来源区。
从总体上看,进入黄河下游的水量主要来自上游地区,而泥沙量却基本上来自中游地区。
(2)时间分配的不平衡
黄河的水沙不仅存在着地区来源的不平衡,而且年内年际的时间分配也呈明显的不平衡性。就水和沙来讲,汛期(7~10月)水量占全年水量的60%,随着人类活动影响的加大,汛期水量所占比例呈下降趋势,如自龙羊峡水库1986年10月投入运用以来,汛期水量仅占全年水量的47%。来沙在时间分配上的不平衡性表现得更为突出。据统计,在一年之中,85%以上的泥沙来自汛期,并且常常集中于几场暴雨洪水。比如,在全河来沙量最多的地区——河口镇至龙门区间,全年来沙量为9.1亿t,其中汛期来沙8.1亿t,约占全年沙量的90%,非汛期来沙为1.0亿t,仅占全年沙量的10%左右。该区域的皇甫川至秃尾河区间,是黄土高原地区侵蚀模数最高的地区,窟野河温家川站汛期最大五天沙量可占全年沙量的75%以上。从一年的水量和沙量上看,是水少沙多,从汛期的水量和沙量上看,水相对更少,沙相对更多,进一步加剧了水沙的不平衡性。从年际分配上看,黄河水量的变差系数为0.22~0.25,最大与最小之比为3.1~3.4,而沙量的变差系数为0.55,最大与最小沙量之比为4~10。实测1933年的沙量最大为39.1亿t,而1933年的水量是561亿m3,却不是长系列中水量最大的一年(1964年的水量达861亿m3),实测1987年的沙量最小为3.3亿t,而1987年的水量是204亿m3,却与长系列中水量最小的一年比较接近(1997年的水量为143亿m3)。这说明年际之间水沙分配是不同步的。这种不同步更多地表现在水少沙多,从而也进一步加剧了水沙的不平衡性。
三、黄河下游河道冲淤
规律 据测验
分析,黄河下游河道在长时间内总体上呈淤积状态,但并非单项淤积,而是有些年份冲刷,有些年份淤积。究其原因,黄河下游河道的冲淤变化与来水来沙条件密切相关。
凡是水多沙少的年份,黄河下游河道淤积不大或发生冲刷,如1952年,进入下游河道的水量为396亿m3,沙量为8.2亿t,平均含沙量为20.6kg/m3,下游河道仅淤积0.35亿t。1955年,水量为581亿m3,沙量为14.1亿t,平均含沙量为24.1kg/m3,下游河道冲刷1.0亿t。1961年,水量为554亿m3,沙量仅有1.9亿t,平均含沙量为3.4kg/m3,下游河道冲刷8.1亿t。相反,凡是水少沙多的年份,黄河下游河道则发生严重淤积。如1969年,水量为310亿m3,沙量为14.0亿t,平均含沙量为45.1kg/m3,下游河道淤积7.0亿t。1970年,水量为355亿m3,沙量为20.9亿t,平均含沙量为58.9kg/m3,下游河道淤积8.2亿t。1977年,水量仅为301亿m3,而沙量却高达20.7亿t,平均含沙量为68.8kg/m3,下游河道淤积9.6亿t。
由于降雨雨区的地域分布不同,
自然情况下进入黄河下游河道的水沙条件中可以有不同的组合。当以河口镇以上来水为主,或以三门峡以下伊洛河、沁河来水为主,及其两者组合来水为主的年份,下游河道很少淤积,甚至主槽还发生冲刷。统计1960~1990年的洪水资料,此间发生在上述两个区域的洪水共76场(占全部洪水的38.3%),平均流量超过2000m3/s,平均含沙量为21.8kg/m3,下游河道冲刷了15.90亿t。若以河口镇至龙门区间来水为主,或以龙门至潼关区间来水为主,及其两者的组合来水为主的年份,下游河道要发生较为严重甚至极为严重的淤积。在1960~1990年间,发生在河口镇至龙门区间的洪水有14场(占全部洪水的7.1%),平均流量为1775m3/s,平均含沙量为174kg/m3,下游河道淤积27.95亿t。此间,发生在龙门至潼关区间的洪水有108场(占全部洪水的54.5%),平均流量为2200m3/s,平均含沙量为63.5kg/m3,下游河道淤积47.83亿t。
根据1950~1960年和1969~1985年自然状态下的145场洪水资料分析,发现,当其他因素不变时,减少河口镇至龙门区间1亿t泥沙,下游河道可减少淤积0.51亿t;减少龙门至潼关区间1亿t泥沙,下游河道可减少淤积0.39亿t。河口镇以上每增加100亿m3水量,下游河道可减少淤积0.82亿t;三门峡以下伊洛河、沁河每增加100亿m3水量,下游河道可减少淤积1.60亿t。
从以上统计资料中可以看出,进入黄河下游河道水流的年平均含沙量与每亿立方米水量的河道淤积量有着十分密切的关系。平均含沙量小,则每亿立方米水量的河道淤积量小,甚至发生冲刷;平均含沙量愈大,则每亿立方米水量的河道淤积量也愈大。通过对长系列年平均含沙量与每亿立方米水量的河道淤积量之间的相关关系分析,发现,当年平均含沙量高于20~25kg/m3时,河道呈淤积状态;而当年平均含沙量小于20~25kg/m3时,河道呈冲刷状态。据此,可以得出下游河道冲淤变化的年平均含沙量临界阈值为20~25kg/m3。它可以作为判别下游河道冲淤的简单标准。比如,进入黄河下游水流的年平均含沙量为35kg/m3,大于20~25kg/m3的临界阈值,那么,黄河下游河道肯定是淤积的。
年平均含沙量的临界阈值,适应于大尺度冲淤变化的粗略判断。对于具体的场次洪水,除了含沙量外,还应涉及到流量及其持续时间。通过对1960年以来实际发生的397场进入黄河下游河道的洪水因子与河道冲淤变化的效果分析,得出以下规律:
(1)当含沙量小于20kg/m3,流量2600m3/s,历时6d(用水量13.5亿m3)时,下游河道不淤积。
(2)当含沙量为20~40kg/m3,流量2900kg/m3,历时10d(用水量25亿m3)时,下游河道不淤积。
(3)当含沙量为40~60kg/m3,流量4000m3/s,历时11d(用水量38亿m3)时,下游河道不淤积。
(4)当含沙量为60~80kg/m3,且高村以上河段不漫滩,流量4400m3/s,历时12d(用水量46亿m3)时,下游河道不淤积。
(5)当含沙量为80~150kg/m3,若高村以上不漫滩,流量5600m3/s,历时12d(用水量58亿m3),下游河道不淤积;若高村以上河段漫滩,流量7000m3/s,历时11d(用水量67亿m3),下游河道不淤积。
(6)当含沙量大于150kg/m3或高含沙洪水,一般情况下下游河道均发生严重淤积,下游河道呈现“多来、多排、多淤”特点,来水流量越大、沙量越多,下游河道淤积就越多,找不出河道不淤积的临界流量和水量。
黄河下游河道的淤积物主要由三部分组成,第一部分为颗粒直径大于0.05mm的粗沙(由于大于0.05mm的泥沙是黄河下游淤积的主要成分,为了强调它的意义,人们已经习惯地称之为粗沙,这和岩土颗粒分类中所说的0.5mm的粗沙概念完全不一样),第二部分为颗粒直径大于0.025mm、小于0.05mm的中沙,第三部分为颗粒直径小于0.025mm的细沙。据统计,1960年9月~1996年6月,进入黄河下游河道的泥沙为385.56亿t,其中粗沙89.07亿t,中沙95.36亿t,细沙201.13亿t。黄河下游河道共淤积36.22亿t,其中粗沙29.35亿t,中沙9.31亿t,细沙冲刷2.34亿t。粗沙淤积量占全部淤积量的81%,由此可见,粗沙是下游河道淤积的主体。因此,从更有效地减少下游河道淤积角度出发,既要考虑减少进入下游河道的泥沙数量,同时也要考虑尽量减少进入下游河道颗粒直径大于0.05mm粗泥沙的数量。
四、人工塑造协调的水沙关系——调水调沙
按照黄河下游河道冲淤
规律,只要把进入黄河下游河道的不平衡的水沙关系调节为相协调的水沙关系,完全可以使黄河下游河道实现不淤积。那么,如何才能对不平衡的水沙关系进行调节呢?关键的手段就是在下游河道之首建设具有足够库容的控制性水库,2001年底竣工的黄河小浪底水库具备对不平衡水沙关系进行调节的强大功能。
小浪底水库位于控制进入黄河下游河道水沙的关键部位,该水库控制了黄河径流量的91%,控制了近100%的黄河泥沙。水库总库容126.5亿m3,长期有效库容51亿m3。小浪底水库的调水调沙功能是长期可以发挥的。因为,在水库运用的初期,也就是蓄水拦沙期,水库有足够的调水调沙库容。30年后,拦沙库容淤满,水库转入正常运用期,在51亿m3的有效库容中,有10.5亿m3是作为调水调沙库容而设计的。
基于黄河下游河道的冲淤规律,小浪底水库的调水调沙运用一般采用以下两种方式:
一是控制出库含沙量、流量及其历时三要素。
对小浪底水库不同高程泄流设施(如排沙洞、明流洞等)进行组合,对水库出流要素进行控制,人工塑造一种适合于下游河道输沙特性的水沙关系,充分发挥使下游河道不淤积或冲刷条件下单位水体的输沙效能。
二是控制出库泥沙颗粒级配——“拦粗排细”。
既然颗粒直径小于0.025mm的细泥沙一般都能输送入海,将其蓄在水库中则没有任何好处。相反,若通过控制运用,只拦对下游危害严重的颗粒直径大于0.05mm的粗泥沙,则水库不仅可以延长拦沙运用时间,而且可以收到明显的减淤效果。
(一)黄河首次调水调沙试验水库运用方式的确定
小浪底水库的运用分为以下几个阶段:第一阶段是起调水位以下死库容蓄水拦沙淤积阶段。第二阶段是逐步抬高汛期运用水位拦沙阶段,即在起调水位以下死库容淤满后,逐步抬高汛期运用水位拦沙运用,坝前淤积面基本以平行抬高的形态逐步淤高至245m高程。第三阶段是高滩深槽拦沙运用阶段,即在坝前滩面淤高至245m以后,继续将滩面淤高至254m,丰水年份冲刷下切河槽并使之降至230m高程,使库区形成高滩深槽淤积形态。第四阶段是利用水库51亿m3长期有效库容中的10.5亿m3的槽库容进行多年调水调沙运行。
目前,小浪底水库刚投入运用不久,正处于死库容蓄水拦沙运用阶段,该阶段水库蓄水体较大,不易做到“拦粗排细”。因为,“拦粗排细”运用方式的核心是要求水库维持较小的蓄水体,水流进入蓄水体,基本呈明流输沙状态,提高排沙比,达到多拦粗沙少拦细沙的目的。因此,黄河首次调水调沙试验小浪底水库的运用采用控制出库含沙量、流量及其历时方式。
(二)沙量、流量及其历时三要素的确定
1.含沙量
当前正处于死库容蓄水拦沙运用阶段的小浪底水库,为充填起始运用水位以下的死库容,水库运用必然要经过一段相对清水下泄时期,在此期间,水库排沙方式以异重流排沙为主,不同水沙条件的平均排沙比为10%~20%,出库含沙量较低。因此,根据黄河下游河道冲淤变化的年平均含沙量临界阈值20~25kg/m3,确定本次试验的出库平均含沙量为小于20kg/m3。
2.流量
根据大量的实测统计资料
分析,在水流含沙量小于20kg/m3的情况下,当花园口断面流量为800m3/s,黄河下游河道冲刷可
发展到高村以上;当花园口断面流量为1700m3/s时,黄河下游河道冲刷可发展到艾山附近;当花园口断面流量为2600m3/s时,黄河下游河道可全部冲刷,此即黄河下游河道冲淤变化的临界流量;当花园口断面流量为3700m3/s时,黄河下游河道冲刷效率最高。
本次试验确定控制花园口断面流量2600m3/s(相应控制艾山断面2300m3/s,利津断面2000m3/s)。
理由如下:
(1)本次试验属首次调水调沙试验,试验的目的之一就是寻找黄河下游河道冲淤变化的临界流量,而大量的实测统计资料认为,2600m3/s即为下游河道冲淤变化的临界流量。
(2)1986年以来,汛期进入黄河下游河道的主体流量小于3000m3/s,下游河道,特别是主河槽淤积严重,局部河段(如高村以上)平滩流量已降至3000m3/s左右。
(3)近一个时期,河道整治工程多是为了适应小水上提河势而续建的,黄河下游游荡性河道的河势尚未得到有效控制。物理模型试验结果表明,当控制花园口断面流量3700m3/s时,下游部分河段的河势发生了明显变化。同时,考虑到下游河道局部河段的整治工程,因其未受长时期中等以上洪水考验,根石可能会有走失现象,并由此造成重大险情,对防洪带来不利
影响。
3.历时
从花园口断面至黄河入海口,每个断面都有一个冲淤变化的临界流量,若泄流历时太短,则会因下游河道的槽蓄作用而使行进流量衰减太快,以致于无法满足下一个河段的冲刷流量要求。
本次试验前的
理论分析,在含沙量20kg/m3、泄放流量2600m3/s时,从小浪底水库至黄河入海口的临界时间是6d。
试验开始时确定的泄放2600m3/s流量的历时为不少于10天。
理由如下:
(1)理论上提出的6d历时,是在水流不漫滩的情况下
计算出来的。由于近些年来黄河下游河道一直未有遇到过大洪水,长期的小流量下泄致使部分河段的主河槽淤积严重,局部河段的平滩流量已降至3000m3/s以下,下泄2600m3/s很有可能在局部河段出槽漫滩,若出现这样的情况,6d的临界历时就很难保证把人造洪峰携带的泥沙送至大海,部分河段还将发生严重淤积。
(2)试验开始时的小浪底水库蓄水位为236.42m,而汛限水位为225m,水库蓄水位超出汛限水位11.42m,超蓄水量14.6亿m3,且预报小浪底入库流量为1030m3/s。若按下泄2600m3/s历时6d考虑,试验结束时,小浪底水库蓄水位仍将超过汛限水位。若按历时10d考虑,试验结束时,小浪底水库水位为225.52m。试验采用历时不少于10d,即可以在试验结束时,小浪底水库水位降至汛限水位225m以下。
(3)通过对1960年9月~1996年6月黄河下游发生的含沙量小于20kg/m3的110场洪水统计,历时共937d,平均每场洪水9.4d。其中,流量大于2500m3/s的洪水共发生了35场,历时342d,全下游河道发生冲刷21.58亿t,平均每场洪水冲刷0.62亿t。平均每场洪水的时间约为10d。
(三)小浪底水库库区及下游河道测验断面的布设
在小浪底水库库区共布设197个测验断面,其中布设淤积测验断面174个,库区水沙因子断面2个,坝前漏斗测验断面21个。在小浪底坝下至黄河入海口共布设297个测验断面,其中,下游河道布设淤积测验断面116个,滨海区地形测验断面81个。
(四)试验过程及结果
试验从2002年7月4日9时开始,小浪底水库蓄水位236.42m,蓄水量43.5亿m3。7月15日9时,小浪底水库放水结束,水位降至223.84m。试验下泄总水量26.1亿m3(其中水库补水15.9亿m3,汛限水位以上补水14.6亿m3)。试验过程中,小浪底水库入库沙量1.831亿t,出库沙量0.319亿t,水库淤积1.512亿t,排沙比17.4%,控制在设计排沙比10%~20%以内。
1.试验参数控制
花园口断面平均含沙量为13.3kg/m3,设计值为小于20kg/m3;
花园口断面平均流量为2649m3/s,设计值为2600m3/s;
小浪底水库泄流历时11d,设计值为不少于10d。
2.测验情况
(1)小浪底水库库区
河床采样157次;
实测坝前漏斗3次,累计长度90km;
实测一次完整的异重流过程,累计测量断面长度127km。
(2)下游河道
流量测验310次;
水位测验11290次;
报汛2850次;
输沙率测验115次;
单沙1095次;
留取颗分沙样4700个;
过水断面测验383个;
河床质采样2000个。
(3)测验数据
本次试验,共取得测验数据520万组。
3.试验结果
(1)黄河下游河道共冲刷0.362亿t
以河段分,艾山以上冲刷0.137亿t。 其中,夹河滩以上冲刷0.202亿t,夹河滩-孙口河段淤积0.082亿t,孙口-艾山河段冲刷0.017亿t。艾山以下冲刷0.225亿t。以滩槽分,滩区(仅在白鹤-花园口,夹河滩-孙口河段)淤积0.200亿t,河槽(全下游河段)冲刷0.562亿t。
(2)主河槽冲刷平均深度
夹河滩以上0.16~0.18m,夹河滩-孙口0.24~0.26m,孙口-艾山0.07m,艾山以下0.12~0.16m。
(3)主河槽增加过流能力
夹河滩以上240~300m3/s,夹河滩-孙口300~500m3/s,孙口-艾山90m3/s,艾山-利津80~90m3/s,利津以下200m3/s。
(4)对河道整治工程的适应性检验
白鹤-京广铁桥河段,河势总体上向好的方向发展;京广铁桥-东坝头河段,明显地暴露出由于河道整治工程不配套,河势变化虽然较小,但流路很不规顺,长期以来小水形成的不利河势没有改变;东坝头以下河段,河势比较规顺,流路比较稳定。
(5)对各河段河槽平滩流量的检验
近几年,由于来水严重偏枯,小浪底水库只下泄满足下游工农业用水要求的小流量过程,致使下游河道的主河槽淤积萎缩,平滩流量大幅度减小。但具体到某一河段的主槽平滩流量到底是多少,却不好估计出来。本次试验用花园口断面平均流量2600m3/s下泄11d,在夹河滩-孙口河段表现出明显的高水位(如苏泗庄断面的水位甚至超过了“96?8”洪水6810m3/s的水位0.28m),并出现漫滩情况,实际检验高村上下河段二级悬河形势加剧,平滩流量已降至2000m3/s左右。
(6)对洪水演进时间的检验
本次试验,自小浪底水库下泄最大流量3480m3/s(7月4日10:54)至黄河入海口出现最大流量2450m3/s(7月19日10:00),历时15d,较一般情况下洪峰演进历时加长了约1倍。特别是夹河滩-高村河段,一般情况下,该河段1800m3/s流量演进时间为30h,而本次试验中2500m3/s流量的演进时间却长达82h。高村-孙口河段,一般情况下,1700m3/s流量的演进时间为31h,而本次试验中2300m3/s流量的演进时间却长达118h。究其原因,一方面是洪水漫滩,另一方面说明长时间小流量下泄后,嫩滩已被垦殖,由此增大了河道糙率。
(7)对数学模型和实体模型参数进行率定
目前已投入运行的数学模型和实体模型均是在过去统计资料的基础上建设起来的,通过本次试验中对数学模型和实体模型的同步操作,发现模拟的结果与原型试验有许多不相符的方面,说明完全有必要而且也有条件利用本次原型试验所取得的宝贵资料对数学模型和实体模型的参数进行率定,以便进一步提高模型对原型的模拟精度。
总之,黄河首次调水调沙试验达到了预期的目的。本次试验所取得的结果不仅仅反映在黄河下游河道0.362亿t的冲刷量上,更为重要的是,通过本次试验,积累了对黄河测验的海量数据(520万组),加深了我们对黄河河床演变及水沙规律的认识,为今后建立更加符合原型黄河实际的数学模型和实体模型提供了极其重要的物理参数。同时,也让我们进一步认识到黄河治理的复杂性和艰巨性。
试验证明,利用水库调水调沙,将不协调的水沙关系调节为相协调的水沙关系,是有利于输沙入海、减轻下游河道淤积甚至冲刷下游河道的有效途径之一。今后,还应该积极创造条件,继续进行调水调沙试验。当然,试验的参数、小浪底水库的运用方式等试验条件,都将会有所变化。