第３Ｏ卷第１２期 ２００８年ｌ２月 人民 黄河 Ｖ０１．３Ｏ．Ｎｏ．１２ Ｄｅｃ．．２０ｏ８ ＹＥＬＬ０Ｗ ＲＩＶＥＲ 【综合】 黄河下游河道巨大的输沙能力与平衡的趋向性 “黄河调水调沙的根据、效益和巨大潜力”之二 央为 （中国水利水电科学研究院，北京１０００４４） 摘要：尽管黄河下游河道以堆积性著称，河底、水面不断抬高，但在长期水沙作用下，特别是河流的自动调整和反馈迅 速，其平衡的趋向性也很明显。从上、下河段抉沙能力及典型资料看，当流量为１ ０００—４ ０００ ｍ ／ｓ时，上段（河ｒｔ，ｊ河段） 挟沙能力与下段（山东河段）之比为１．０４９～０．９１５，即流量小于２ ０００ ｍ。／ｓ时，上段挟沙能力大于下段；而当流量大于 ２ ５００ ｍ。／ｓ时，下段抉沙能力则大于上段；流量为２ ３００ ｍ。／ｓ时，上、下河段基本平衡。从多年平均过程看，如果不考虑 高含沙洪水，不漫滩，流量沿程不变，下段输沙量为上段输沙量的１．０１倍，也说明多年输沙量是平衡的。特另ｑ是从１９６０ 年９月至１９９６年１０月的资料看，三门峡至利津河段淤积３６．３２亿ｔ，其ｑ－２０次高含沙量洪水淤积３７．２２亿ｔ，若不计高含 沙洪水，则全河冲刷０．９０亿ｔ，占来沙３４８亿ｔ的０．２６％。 关键词：高含沙洪水；输沙能力；输沙平衡；黄河下游 中图分类号：ＴＶ１４３．４；ＴＶ８８２．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—１３７９（２００８）１２—０００１－０３ 利津含沙量为多年平均含沙量的３．６５倍。 １黄河下游河道巨大的输沙能力与“水少沙 综上所述，可以看出如下两点：第一，普通洪水利津站的含 多”的注释 沙量为３６．３ ｋｇ／ｍ ，这是接*衡输沙的输沙能力，远大于 １９６０—１９９６年共３６年的平均含沙量２６．８ ｋｇ／ｍ ；第二，高含沙 １．１ 实际资料表明洪峰时输沙能力很大 量洪水尽管淤积了３７．２亿ｔ，但是利津含沙量仍达９７．８ （Ｉ）表１系黄委勘测规划设计研究院统计…的１９６０年９ ｋｇ／ｍ ，当然这是超饱和输沙的情况。 月１５日一１９６６年ｌＯ月３１ Ｅｌ ３９７次洪水（总历时３ ２９５ ｄ）的冲 １．２从挟沙能力规律看，洪峰输沙能力也是很大的 淤及输沙情况：三黑小（三门峡、伊洛河黑石关、沁河小董三站） 文献［２］给出了黄河下游游荡河段与弯曲河段在平衡输沙 共来水７ ２９８亿Ｉｎ３（平均流量２ ５６３ ｍ３／ｓ），来沙３２７亿ｔ（平均 条件下的输沙能力公式： 含沙量４４．８ ｋｇ／ｍ ）。利津站径流量６ ９９８亿ｍ （平均流量 ２ ４５８ ｍ ／ｓ），输沙量２７１亿ｔ（平均含沙量３８．８ ｋｇ／ｍ。）。尽管 ＝０．０ｏＯ １８９ 三门峡至利津淤积３３．７亿ｔ，占来沙的１０．３％，但是出利津的 平均含沙量为３８．８ ｋｇ／ｍ ，大于同期（３６年）全部来水含沙量 ＝０．０００ ｌ１３ （２） ２６．８ ｋｇ／ｍ 的４４．４％。 式中：Ｑ 、口：分别为两种河段的流量；∞ 、∞：为泥沙沉速；公式 （２）值得注意的是，如果去掉２０次高含沙洪水，共有普通 中有关单位以ｍ、ｓ、ｋｇ计。取全河平均沉速∞＝０．００１ ８３ ｎ ８， 洪水３７７次（总历时３ １５２ ｄ），则三黑小来水量６ ９８２亿ｍ （日 即∞“９２＝０．００３ ０３（花园口为∞ ＝０．１）０３ １６，利津∞“９２＝ 平均流量２ ５２７ Ｉｌｌ ／ｓ），来沙２６０亿ｔ（平均含沙量３７．３ ０．００２ ８９）时，当流量为２０００ｍ ／ｓ时，花园口挟沙能力为２８．３３ ｋｇ／ｍ ）。利津来水量６ ７２１亿Ｉｎ （日平均流量２ ４６０ ｍ ／ｓ），来 ｋｇ／ｍ ，利津为２８．１９ ｋｇ／ｍ ；当流量为２ ５００ ｍ ／ｓ时，花园口挟 沙２４４亿ｔ（平均含沙量３６．３ ｋｇ／ｍ ）。全下游河道不仅未淤， 沙能力为３３．９１ ｋｇ／ｍ ，利津为３４．２５ ｋｇ／ｍ 。这表明，山东河段 而且冲刷３．５８亿ｔ。利津含沙量大于３６年来水平均含沙量的 冲刷的临界流量应在２ ０００～２ ５００ ｉｎ３／ｓ。其次，按花园口流量 ３５．４％。这是接*衡输沙的情况。 为３７７次洪峰流量平均值２ ６６２ ｎｌ。／ｓ计算的含沙量为３５．６７ （３）２０次高含沙洪水（总历时１４３ ｄ），来水３１６亿ｍ （平 ｋｇ／ｍ ；按利津流量为３７７次洪峰流量平均值２ ４６０ ｍ ／ｓ计算 均流量２ ５５４ ｍ ／ｓ），来沙６６．７亿ｔ（平均含沙量２１１ ｋｇ／ｍ ）。 利津水量２７７亿ｍ （平均流量２ ２３０ ｍ ／ｓ），输沙量２７．１亿ｔ 收稿日期：２００８一ｌＯ－２Ｏ （平均含沙量９７．８ ｋｇ／ｍ ）。全河道淤积３７．２亿ｔ。但是出利 作者简介：韩其为（１９３３一），男，湖北松滋人。高级工程师（教授级）。中国工程 院院士，主要从事泥沙运动基本理论、水库淤积、河床演变、江湖防洪等研究工作。 津的含沙量却高达９７．８ ｋｇ／ｍ 。当然这是超饱和输沙的情况， Ｅ—ｍａｉｌ：ｗａｎｇｃｈ＠ｉｗｈｒ．ｃｏｒｎ ．２． 人民黄河 ２００８年 的含沙量为３３．８６ ｋｇ／ｍ 。可见与３７７次实测含沙量３５．１ 但是河道在长期水流塑造过程中，特别是反馈引起的自动调 ｋ ｍ。和３６．３ ｋｅＶｍ 已很接近，但仍略小。这是合理的，因为 整，它会不断地趋向平衡。这可从输沙能力沿程对比看出来。 ３７７次洪水的流量是波动的，它的第一造床流量必定大于它们 由文献［２］所述公式得到山东河段输沙能力与河南河段输沙能 的平均流量，因此平均流量对应的挟沙能力，必小于实际挟沙 力之比为 能力。这也从理论上说明了黄河下游输沙能力较之来水含沙 量是很大的。 鼍＝。一 １ ｎ．１５２ ２．３８４ 器Ｉ１．，８７０２５ ㈤ １．３关于黄河“水少沙多”的注释 此处设泥沙沉速不变；其中＾、 、ｎＯ 、ｎ 、Ｑ。前面已述及； 黄河“水少沙多”成为黄河特性概括的名言，这是完全符合 Ｑ ｌ鲫５、口 。 取文献［２］中的数据，分别为６．１３７×１０ 、１０．３５× 实际的。但这是有前提的，这个前提是针对天然水沙搭配而言 ’ １０ ，故得到 ＝１．Ｏ１。这表明在不引水、不漫滩，不考虑高含 的。事实上，３７７场普通洪水，利津水量６ ７２１亿ｎｌ ，占１９６０— Ｗｓ．１ １９９６年３６年总水量１４４０８亿ｒｎ３的４６．６％，来沙量２４４亿ｔ，占 沙水流条件下，上、下河段输沙能力几乎是相等的。这是输沙平 ３６年总来沙量３８６亿ｔ的６３．２％。这是水沙搭配较好的情况。 衡趋向性的强烈表现。 显然，采取类似的搭配，难道不能用５３．４％的水，输走３６．８％的 黄河下游河道各时期冲淤量见表２。从实际资料看，也是 沙吗？可见“水少沙多”是可以通过人为“搭配”水沙关系，即依 如此。前述３７７次普通洪水，下游河道冲刷３．５８亿ｔ，约占来沙 靠调水调沙在一定条件下解决。事实上，如按３７７场普通洪水 量的１．１３％，也几乎是平衡的。需要强调的是，１９６０年９月１５ 的利津含沙量３６．３ ｋｇ／ｍ￣、流量２ ４６８ ｒｎ３／ｓ进行分析，则排走３６年 日至１９９６年６月的３６年中，下游河道淤积３６．３２亿ｔ，如果去 总 ３８６亿ｔ仅需水１０６３２亿 ，尚有清水３ ７７６亿Ｔｎ３。 掉高含沙量洪水淤积的３７．２２亿ｔ，则冲刷０．９亿ｔ，占来沙３４８ 由于１９６１～１９６４年三门峡水库蓄水和滞洪运用，水库淤积 亿ｔ的０．２６％，仍然是基本平衡的。这与文献［２］式（１７）得出 了４０余亿ｔ泥沙，致使下游河道来沙偏少，因此上述分析包括 ． 了这段时间，是有利的情况。如果去掉１９６０—１９６４年，即从 的理论结果三 ＝１．Ｗｓ １ Ｏ１，是十分一致的。 １９６４年１１月至１９９６年６月，共来水１２ １４６亿ｉｎ。，来沙 ２．２不同河型的形态调整也明显趋向平衡 ３６２亿ｔ，则按前述利津排沙标准，则排走全部来沙需水９ ９７１ 黄河下游河道河型复杂，有游荡型、弯曲型，其中还有一段 亿ｍ ，占全部来水的８２．１％，尚有清水２ １７５亿ｎｌ 。 过渡型，各河段输沙规律及河道特性存在差异，将它们连接在 一起，输沙是很不均衡的。但经过长期调整，黄河下游河床形 ２黄河下游堆积性与平衡趋向性 态基本是均衡的。可按下式进行输沙均衡分析： ２．１ 除高含沙量外，输沙几乎是平衡的 ５ ＝．一 （－￣ Ｙｆ ｎ－＂ｚ－ ＇ｗ －－－＇：－ｉｆ扔ｇ＂ ＝ Ｋ １．２５５．７．５１ｇｎＺ７２７：５４５ 一（ ）“ 镪 姗 （４） 黄河下游是一条堆积性河道，形成了很长的游荡型河段。 第１２期 韩其为：黄河下游河道巨大的输沙能力与平衡的趋向性 。３・ 若 、Ｑ沿程不变，当上、下河段输沙能力均衡时，游荡河段 有一些小的差别，或某些资料不完全闭合所致，因此可以取 坡降增大，要依靠糙率加大，特别是河相系数加大来抵消；而弯 ２ ２００～２ ５００ ｍ。／ｓ作为山东河段冲刷的临界流量，这正是黄河 曲河段，坡降减小，要靠糙率减少，特别是河相系数减小来补偿。 上颇为公认的数据。这里只是强调山东河段冲刷存在临界流量 根据文献［３］的资料，按式（５）计算的不同流量下游荡河段与弯 在理论上是有根据的。 曲河段挟沙能力的比值见表３。 ＝（鲁 （鲁 盯（ ）ｎ （５） ３“冲河南。淤山东”还是“淤河南，冲山东” 表３不同流量下游荡河段与弯曲河段挟沙能力之比 （１）以往的一些资料表明，在一定条件下，黄河下游会出现 河南河段（游荡段）发生冲刷，而山东河段（弯曲段）发生淤积， 这就是所谓“冲河南，淤山东”。从表２可看出，１９６０年９月１５ 日至１９６４年ｌ０月和１９７３年ｌ０月至１９９６年６月的枯水期均是 “冲河南，淤山东”。前者花园口至高村冲刷３．２３亿ｔ，艾山至 利津淤积１．３８亿ｔ。后者在花园口至高村枯水期冲刷９．２２ 亿ｔ，而高村至利津淤积ｌ４．４Ｊ６亿ｔ。不仅如此，１９６０年９月 可见，当Ｑ≤２ ０００ ｍ ／ｓ时， ＞１，即游荡河段输沙能力 １５日～１９９６年６月３０日非汛期合计，花园口至高村冲刷１０．１３ ２ ’ 亿ｔ，而高村至利津淤积２５．６ｏ亿ｔ。此外，即令非汛期，低含沙 大于弯曲河段；反之，当Ｑ≥３ ０００ ｍ ／ｓ时， ＜Ｉ，即游荡河段 水流“冲河南，淤山东”也是很明显的。１９６０—１９９６年非汛期含 ２ 输沙能力小于弯曲河段。可见，若上、下河段输沙均衡调整，则水 沙量＜２０ ｋｇ／ｍ 的低含沙水流共５ ３８８ ｄ【】Ｊ，三黑小来水３ ９９６ 力因素Ｊ、ｎ、Ｑ及河床形态组成一个相对平衡体系。 亿ｍ （平均流量８５８ ｍ ／ｓ），来沙８．７３亿ｔ（平均含沙量２．０６ 此外，我们还可对山东河道的形成做一推论。设最初它不 ｋｇ／ｍ ），下游河道共冲刷ｌ６．１４亿ｔ，其中花园口至高村冲刷 是窄深，由于坡降小，一般流量时必然淤积，只有大流量时才发生冲 ６．９１亿ｔ、高村至利津淤积１３．９１亿ｔ，并且对于流量≤４００、 刷，这样久而久之就会变为窄深，因此山东河道主要靠冲刷塑造。 ４００—６Ｏ０、６ＯＯ～８００、８００—１ ０００、１ ０００～１ ５００ ｍ ／ｓ各级流量无 ２．３上、下河段输沙平衡的临界流量 一例外均是“冲河南，淤山东”。由于山东河道河槽宽仅及河南 前面指出了黄河下游不同河型及其之间都具有平衡趋向 段的１／３左右，河长也较短，淤积对河床抬高影响大，因此“冲河 性，这是从整体和大量的平衡结果得出的。表３已经明显表示 南，淤山东”特别引人注目。这在小浪底工程前期论证中，曾是 了不同流量上、下河段输沙能力与平衡的一些偏离，但是这种偏 一个颇为担心的问题。 离围绕平衡点发生。平衡点即山东河段开始冲刷的临界流量究 （２）从表２还可看出：与上述完全相反的是“淤河南，冲山 竟是多少？这可以进一步从文献［２］表１的水力因素看出。文献 东”现象，而且也十分明显。１９６４年１１月至１９７３年１０月汛期， ［２］表１给出了上、下河段流量１ ０００—４ ＯＯＯ ｍ ／ｓ时的＾、曰、 、 花园口至高村淤积ｌ５．１７亿ｔ，艾山至利津冲刷０．６４亿ｔ。１９７３ ，、 。而据一般的挟沙能力公式，对于冲淤临界点，下式成立： 年Ｉ１月至１９９６年６月汛期，花园口至高村淤积２２．５７亿ｔ，艾 导／罢＝・ ㈤ 山至利津冲刷５．８７亿ｔ。１９６０年９月１５ Ｅｔ至１９９６年６月汛 期，花园口至高村淤积２９．６７亿ｔ，高村至利津冲刷７．５９亿ｔ，而 由此可得Ｑ ＝２ ２００ ｍ ／ｓ。根据文献［２］，按河相系数实测值分 艾山至利津冲刷１０．４３亿ｔ。 析，Ｑ ＝２ ５００ ｒｎ３／ｓ；按公式计算，Ｑ ＝２ ７２７ ｍ３／ｓ。而根据表３ （３）综上所述，“冲河南，淤山东”只是事物的一面，另一面 计算，Ｑ ＝２ １００ １１１ ／ｓ。这些数据是根据同一理论体系和同一资 是其相反的“淤河南，冲山东”。这一点，从前面理论分析中的 料，但是从不同角度得到的，差别是由于理论值与实际数据之间 公式也可以得到它们的挟沙能力之比： （下转第５８页） ・５８・ 人民黄河 ２００８正 式中：Ｃ 为乌梁素海退水人黄口下游某断面处污染物浓度值， ｍｓ／Ｌ； 为乌梁素海退水入黄口至下游某断面的距离，ｋｍ； 为乌梁素海退水入黄口至上游背景断面的距离，ｋｍ；Ｍ为污染 物人黄量， ｓ； 为乌梁素海退水人黄口上游背景断面污染物 浓度，ｍｇ／Ｌ；ｇ为乌梁素海退水流量，ｉｎ ／ｓ；Ｋ为污染物综合降解 系数，１／ｄ；Ｑ为黄河河道设计流量，ｍ ／ｓ；ｕ为黄河河道设计流 量条件下的流速，ｍ／ｓ。 其中，黄河河道设计流量Ｑ按三湖河口水文站１９８６—２００５ 年２０年的水文系列，分丰水高温期（７一ｌ０月）、枯水低温期 （１１月 翌年２月）、枯水农灌期（３～６月）来推算，设计保证率 为９０％。设计流速 根据三湖河Ｉ＝Ｉ断面实测流量、流速资料建 立的流量一流速关系和设计流量来确定。污染物（ＣＯＤ）的综 合降解系数Ｋ采用“黄河重点河段水功能区划及入河污染物总 量控制方案研究”的成果 Ｊ，有关模型参数见表２。 表２模型参数 设计 设计—ＣＯＤ综合降解系数／ｄ — 水期ｃ 遣憋 嚣 （３）计算结果与分析。模型分析结果见表３。 表３模型分析结果 由表３可知，乌梁素海退水入黄后，黄河水体受到污染， ＣＯＤ超过Ⅲ类水质标准，随着沿程污染物的自然降解，水质有 所好转，但到下游相邻的乌拉特前旗过渡区出口断面三应河口 处，水质仍为Ⅳ类，不符合乌拉特前旗过渡区的水质管理要求， 对下游乌拉特前旗农业用水区水质造成～定影响。 ３对策与建议 运用前述数学模型反推，计算出在乌梁素海现状水质条件 下，使三应河口水质达到Ⅲ类时，对乌梁素海退水流量的限值 要求：丰水高温期、枯水低温期、枯水农灌期的限值分别为 ２Ｏ．３、８．８、１１．５ ｍ ／ｓ。 具体措施与建议如下： （１）内蒙古河套灌区管理部门应按照水利部《人河排污口 监督管理办法》，对设置在总排干等水利工程上的排污口加强 管理。对乌梁素海、总排干沟及各支、毛、斗渠上设置的排污口 均应进行登记备案，对不符合国家规定的排污口要限期整改。 根据污染源情况及乌梁素海水质状况、纳污能力，向自治区有 关部门提出乌梁素海及总排干沟排污总量意见。 （２）巴彦淖尔市各级部门应加大对杭锦后旗、乌拉特 后旗、临河市、乌拉特中旗、五原县、乌拉特前旗等６旗（县、市） 工业污染源的治理力度，在做到达标排放的基础上，还应满足 水污染物排放总量控制要求。同时，应加大城镇生活污染源治 理力度，尽快建成城镇生活污水处理厂。 （３）乌梁素海管理部门应加大对乌梁素海的治理力度，改 善湖区水质，使湖区水质尽早达到１１Ｉ类水质目标。同时，应加 强对乌梁素海退水的管理。根据乌梁素海水质状况，对退水调 度方案进行科学调整，以保证黄河水质的安全。为应对严重旱 情或水质严重恶化等紧急情况，还应制定乌梁素海退水应急 预案。 参考文献： ［１］黄河流域水资源保护局．黄河纳污能力及排污总量意见［Ｒ］．郑州： 黄河流域水资源保护局，２００４． ［２］黄河水利委员会．黄河流域及西北内陆河水功能区划［Ｒ］．郑州：黄河水利 委员会，２００１． ［３］ 黄河流域水资源保护局．黄河重点河段水功能区划及入河污染物总量控制 方案研究［Ｒ］．郑州：黄河流域水资源保护局，２００２． 【责任编辑乔韵青】 （上接第３页） Ｓ ： ０ ００１ １３（、 ∞１ 妮 ｏｏ ‘８７ ‘一’ （７）、 ． 此处采用了竺 一１及 一１。据上式求出不同流量时河南河 段挟沙能力与山东河段挟沙能力之比，见表４。可见中小流量 山东河段淤，大流量山东河段冲，冲淤临界值为２ ｌ６ｏ ｍ３／ｓ。表 ３为按有关实际水力参数计算的结果，两者颇为相近。实际水 力参数计算的临界流量更大一些，原因是山东河段流量要略小 于河南河段。 表４上、下河段挟沙能力之比 （量Ｑ／， ｍ。・ｓ ） Ｓ （ｍ ・ｓ旗量Ｑ／， ） Ｓ＾＝ｌ １ ００ｏ １．０５３ ３ Ｏｏｏ ０．９７８ ２ ０００ １．０ｏ５ ４ ００ｏ ０．９５９ ２ １５０ １。Ｏ０ｏ 参考文献： ［１］ 黄河水利委员会勘测规划设计研究院．黄河下游冲淤特性研究［Ｒ］．郑州： 黄河水利委员会勘测规划设计研究院，１９９９． ［２］韩其为．黄河下游输沙能力的表达［Ｊ］．人民黄河，２００８，３０（１１）：１—２． ［３］韩其为．黄河下游输沙及冲淤的若干规律［Ｊ］．泥沙研究，２００４（３）：１—１３． 【责任编辑栗志】
