黄河揭底冲刷现象的计算分析-水科学进展.PDF

第 15 卷 第 2 期 水 科 学 进 展 Vol15 ,No2 2004 年 3 月 　　 ADVANCES IN WATER SCIENCE 　 Mar , 2004 　 黄河揭底冲刷现象的计算分析 缑 元 有 (华北水利水电学院移民监理事务所 , 河南 郑州 　450008) 摘要 : 黄河中游的高含沙洪水常常引起黄河的 “揭河底”冲刷 。通过对黄河 “揭河底”现象的分析 , 建立了 “揭河 底”冲刷的物理模式 , 进而导出了 “揭河底”冲刷的力学方程和临界水沙条件 , 其计算结果与实测 “揭河底”冲刷 的水沙条件相一致 。通过该方程与水沙条件的分析 , 进一步验证了散粒体泥沙起动的流速公式 。这两个公式的导出 对研究高含沙洪水引起的河床演变以及泥沙起动规律具有重要的理论价值 。 关 　键 　词 : 黄河 ; 高含沙洪水 ; 揭底 ; 水沙条件 ; 起动流速 ( ) 中图分类号 : P3334 　　　文献标识码 : A 　　　文章编号 : 2004 黄河高含沙水流是出现在黄河中游干支流的一种特殊洪流 , 受到我国许多专家学者的关注[ 1～3 ] 。这种高含 沙洪流使河床上的淤积物被成片揭起 , 在数小时内冲刷深度达数米甚至 10 m 左右 , 这种现象称之为 “揭河底” 冲刷 。根据黄河北干流历次揭底冲刷的总结分析 , 发生揭底冲刷的河床条件是 : 第一 , 发生这种现象只有在复 [ 1] [2 ] 式断面的滩地或河道改道后的河槽中 及 “晾河底” 的河床中才存在 , 汛期漫滩洪水中等枯季水位又回到主 槽 , 淤积物因其粒径较细形成淤泥层 , 经过压缩固结及冻结等阶段 , 河床形成垂向裂缝和裂隙 , 淤积物层间结 合力减小或消失 , 使河床出现成层成块淤积物[ 1 ,2 ] ; 第二 , 由于河床淤积物来 自不同的地区 , 淤积的时间不 同 , 因此淤积物颗粒大小及其组成结构不同 , 具有结构分层的特点[2 ] , 其结构密实的淤积物内部和周围有较高 离散的沉积物或软弱夹层 ; 第三 , 在揭底冲刷前 , 一般河道淤积相当严重 , 河床纵比降和横断面形态有一定程 度的调整要求 , 河床纵比降达到或超过淤积平衡比降。河床必须具有宽浅的横断面形态 , 主流不稳 , 横断面形 态以接近必须调整的临界状态 。黄河北干流发生揭底冲刷的水沙条件可归纳为 : ①洪峰流量较大 , 且含沙量 3 3 3 较高 , 一般要求 Q ≥10 000 m / s , 至少为 7 500 m / s , 且含沙量 S ≥500 kg/ m , 才会发生揭底冲刷 。流量与含沙 3 量相比, 含沙量尤为