水利工程論文-明清黃河下游來水來沙與河床演變.doc

水利工程論文-明清黃河下游來水來沙與河床演變本文利用近500年歷史水旱資料，分析明清黃河下游來水變化，、水沙組合序列，分析可能導(dǎo)致下游河床淤積的水沙組合樣本。認(rèn)為徑梳偏豐時，來沙相對增豐，與來水來沙周期變化相應(yīng)，存在三個加積階段，下游河床急速加積，河床演變劇烈。一、明清黃河下游的來水來沙變化黃河下游來水、在超長系列里呈現(xiàn)出豐枯交替的周期變化。下游的來沙，以三門峽站以上流域為主，河口至龍門區(qū)間、涇洛渭汾流域產(chǎn)沙量，占全河的90以上。：故利用三門峽站的多年天然徑流2，粗估來水來沙的變化趨勢和量級。以三門峽以上41站在中國近五百年旱澇圖集中逐年的旱澇等級，對三門峽站天然年徑流計算分析，重建了近500年徑流序列。采用該序列作低通濾波處理，：認(rèn)為50年滑動平均成果具有清晰的周期變化特征：分析來水變化趨勢，認(rèn)為明清黃河下游具有三個長周期(14791595年、15961782年、17831908年)，成果如圖。從B、C豐水時段圖象看，似可進(jìn)步劃分為四個準(zhǔn)豐水段，其間還有兩次短暫相對偏枯振動。對復(fù)原的歷史天然徑流序列采用最大熵譜分析，成果顯示存在23年的主周期、73年的次主周期，可能與天文一大氣變化有關(guān)聯(lián)。研究認(rèn)為明清時期的3次加積高潮，與A、B、C三個豐水時段大致同步(15341595、1643-1782、1798-1908年)，下游河道的堆積低谷又與枯水時段大致同步，定性地認(rèn)識到豐水時期的來水，與挾帶而來較多的泥沙及下游河床的堆積存在密切關(guān)聯(lián)的特性。造成下游河道堆積的泥沙，主要由大于0.05mm的粗顆粒所組成，主要來源于陜北黃土丘陵溝壑地區(qū)，來自河口鎮(zhèn)至清澗河口之間兩岸支流與無定河河口以下白宇山區(qū)的支流河源區(qū)。利用500年水旱資料，以主要產(chǎn)沙區(qū)的榆林、延安二站資料，適當(dāng)參考中游其它站區(qū)，認(rèn)為榆林、延安的水旱等級，相應(yīng)也顯示了水力侵蝕產(chǎn)沙程度，定性地判別主要產(chǎn)沙區(qū)在中游地的相對侵蝕(粗沙)產(chǎn)沙程度，粗分為豐、中、少三中情況。三門峽站以上來水，以已復(fù)原的徑流序列，劃分為偏豐、平水、偏枯三種情況，與產(chǎn)沙情況組合，獲得九種組合形式，從而逐一確定各組合的下列大水年。又以三花間徑流序列(王云璋，1989)作為下游水情的一維，進(jìn)一步用三門峽以上的水沙組合與三花間水情(大水、平水、枯水)作為另一維，構(gòu)成二次組合。將原中游來水來沙組合序列酌情置入；取得系列一：中游大水、大沙，下游大水，有樣本57年；中游大水大、中沙，下游平水，有51年。系列二：中游大水大、中沙，下游小水，有46年。系列三：中游中水大中沙，下游平水、小水，有54年。系列四：中游小水，大、中沙，下游小水；有13年。三門峽以上來水一般與三花間洪水錯峰，這里的估算從年徑流總體來看；考慮到三花間來水含沙極少，致淤效果小，認(rèn)為上述的二、三、四系列的水沙組合，產(chǎn)生淤積的可能較大，探討稱為可能致淤組合。以上四系列包含樣本年數(shù)217年，占研究段14701855年樣本總數(shù)的56.2。將樣本年按原序置人豐枯周期之中,統(tǒng)計得到以下成果：表1三門峽天然徑流豐枯時段與可能致淤年數(shù)的比率周期豐枯時段（1）年數(shù)（2）可能致淤年數(shù)（2）/（1）%A偏枯偏豐14701533153415956462233635.958.0B偏枯偏豐159616421643178247140239148.965.0C偏枯偏豐1783179717981855155844025.068.9可見，在來水偏豐時段，中游來水來沙與三花間來水再組合，可能導(dǎo)致淤積的比率為58.0-68.9%；而偏枯時段，這一可能致淤年數(shù)的比重在50%以下。1534-1595年豐水段，常出現(xiàn)連續(xù)2-3年，多達(dá)6年的連續(xù)可能致淤年，連續(xù)年區(qū)段間隔多為1-2年；1643-1595年豐水段，可能致淤年多為2-3年，也有長到7-8年的。1798-1855年，這種情況的連續(xù)段多為2-3年，多到6年，也有10余年的。分析認(rèn)為正是處于豐水時段中的這些連續(xù)可能致淤年，下游河道產(chǎn)生嚴(yán)重淤積的幾率較大。連續(xù)的淤積決溢淤積，加重了整個下游河道以及決口口門以下河段的糜爛、壅阻淤積的惡性循環(huán)，使河道狀況進(jìn)一步惡化。進(jìn)一步看，在研究時期的386年之中，有72年暴雨中心在榆林、延安地區(qū)，洪水通過各支河匯入黃河北干流后，河谷開闊，由于河槽的巨大調(diào)蓄作用，黃河中游出現(xiàn)的洪峰量級大減；而同時洪峰來沙系數(shù)大，就可能產(chǎn)生高含沙量洪水，這種年次占了可能致淤年的1/3以上，在可能致淤的年次里，對下游河道的塑造起到重要作用。高含沙水流在寬淺的游蕩型河段，很難維持平衡輸沙，粗沙排沙比很低，對下游河道的沖淤極為不利。錢寧等將黃河水沙組合分為6種型式，將本文的分析與其對比如下：表2黃河水沙組合類型對比統(tǒng)計錢寧來沙淤積下游淤積量占全部類似典型三門峽站輸全下游水情本文的概括的水沙組合類型系數(shù)kg.s/m6強(qiáng)度104t/d洪峰淤積量%年沙距平%淤積108t類型類似系列（2）0.0516310059.81954+92.05.99上大下中系列一（2）0.0516310059.81966+53.64.29上大下小系列二（3）0.036054513.61951-2.01.11上中下中系列三（3）0.036054513.61975+9.0-0.36上中下小系列三（4）0.0131189828.21958+124.06.85上大下大系列一（6）6323.41956+15.13.85上小下大（6）6323.41959+105.07.03上小下小系列四以上工作驗證了在明清天然徑流分析中獲得的印象，即從黃河的長歷時看，從統(tǒng)計的角度看，導(dǎo)致黃河下游全河床淤積的來沙（特別是淤積灘地）狀況，在豐水時段中大量地出現(xiàn)。說明在偏豐時段，中游的主要產(chǎn)沙區(qū)以侵蝕產(chǎn)沙為主；相應(yīng)地，下游河道出現(xiàn)較為嚴(yán)重的淤積，一些重大的河床變形、河道改徙的歷史事件，多發(fā)生在這些豐水多沙與河道加積的時段里。表3黃河豐水時段可能致淤年序列15341595年豐水時段153436，154044，154649，155154，156267，156972，157880，158891，15949916431782年豐水時段164249，165154，165860，166264，166679，168689，169195，170410，171518，172337，174346，175157，176668，17727617981855年豐水時段17981800，180204，181530，184045，184853表4明清時期可能高含沙洪水年15世紀(jì)：1475，147616世紀(jì)：1503，1508，1515，1534，1535，1540，1542，1553，1557，1562，1564，1567，1569，1570，1575，1593，1594，1595，159817世紀(jì)：1604，1621，1626，1641，1644，1653，1659，1662，1664，1666，1671，1677，1678，1679，1686，1694，1695，169818世紀(jì)：1701，1707，1723，1725，1728，1730，1731，1736，1744，1745，1749，1751，1752，1753，1756，1757，1761，1767，1774，1775，1781，1785，178919世紀(jì)：1800，1819，1820，1822，1823，1838，1843，1844，1855二明清黃河下游的堆積、變徙與水沙變化在明清時期，黃河下游的堆積、河床演變與來水來沙的變化，存在著密切的關(guān)系。14951546年，下游人為地北堵南分，時有決徙，挾沙水流極不穩(wěn)定，在偏枯時段，仍出現(xiàn)嚴(yán)重堆積。進(jìn)入A豐水時段后，出現(xiàn)一系