水利工程论文-明清黄河下游来水来沙与河床演变.doc

水利工程论文-明清黄河下游来水来沙与河床演变本文利用近500年历史水旱资料，分析明清黄河下游来水变化，、水沙组合序列，分析可能导致下游河床淤积的水沙组合样本。认为径梳偏丰时，来沙相对增丰，与来水来沙周期变化相应，存在三个加积阶段，下游河床急速加积，河床演变剧烈。一、明清黄河下游的来水来沙变化黄河下游来水、在超长系列里呈现出丰枯交替的周期变化。下游的来沙，以三门峡站以上流域为主，河口至龙门区间、泾洛渭汾流域产沙量，占全河的90以上。：故利用三门峡站的多年天然径流2，粗估来水来沙的变化趋势和量级。以三门峡以上41站在中国近五百年旱涝图集中逐年的旱涝等级，对三门峡站天然年径流计算分析，重建了近500年径流序列。采用该序列作低通滤波处理，：认为50年滑动平均成果具有清晰的周期变化特征：分析来水变化趋势，认为明清黄河下游具有三个长周期(14791595年、15961782年、17831908年)，成果如图。从B、C丰水时段图象看，似可进步划分为四个准丰水段，其间还有两次短暂相对偏枯振动。对复原的历史天然径流序列采用最大熵谱分析，成果显示存在23年的主周期、73年的次主周期，可能与天文一大气变化有关联。研究认为明清时期的3次加积高潮，与A、B、C三个丰水时段大致同步(15341595、1643-1782、1798-1908年)，下游河道的堆积低谷又与枯水时段大致同步，定性地认识到丰水时期的来水，与挟带而来较多的泥沙及下游河床的堆积存在密切关联的特性。造成下游河道堆积的泥沙，主要由大于0.05mm的粗颗粒所组成，主要来源于陕北黄土丘陵沟壑地区，来自河口镇至清涧河口之间两岸支流与无定河河口以下白宇山区的支流河源区。利用500年水旱资料，以主要产沙区的榆林、延安二站资料，适当参考中游其它站区，认为榆林、延安的水旱等级，相应也显示了水力侵蚀产沙程度，定性地判别主要产沙区在中游地的相对侵蚀(粗沙)产沙程度，粗分为丰、中、少三中情况。三门峡站以上来水，以已复原的径流序列，划分为偏丰、平水、偏枯三种情况，与产沙情况组合，获得九种组合形式，从而逐一确定各组合的下列大水年。又以三花间径流序列(王云璋，1989)作为下游水情的一维，进一步用三门峡以上的水沙组合与三花间水情(大水、平水、枯水)作为另一维，构成二次组合。将原中游来水来沙组合序列酌情置入；取得系列一：中游大水、大沙，下游大水，有样本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。三门峡以上来水一般与三花间洪水错峰，这里的估算从年径流总体来看；考虑到三花间来水含沙极少，致淤效果小，认为上述的二、三、四系列的水沙组合，产生淤积的可能较大，探讨称为可能致淤组合。以上四系列包含样本年数217年，占研究段14701855年样本总数的56.2。将样本年按原序置人丰枯周期之中,统计得到以下成果：表1三门峡天然径流丰枯时段与可能致淤年数的比率周期丰枯时段（1）年数（2）可能致淤年数（2）/（1）%A偏枯偏丰14701533153415956462233635.958.0B偏枯偏丰159616421643178247140239148.965.0C偏枯偏丰1783179717981855155844025.068.9可见，在来水偏丰时段，中游来水来沙与三花间来水再组合，可能导致淤积的比率为58.0-68.9%；而偏枯时段，这一可能致淤年数的比重在50%以下。1534-1595年丰水段，常出现连续2-3年，多达6年的连续可能致淤年，连续年区段间隔多为1-2年；1643-1595年丰水段，可能致淤年多为2-3年，也有长到7-8年的。1798-1855年，这种情况的连续段多为2-3年，多到6年，也有10余年的。分析认为正是处于丰水时段中的这些连续可能致淤年，下游河道产生严重淤积的几率较大。连续的淤积决溢淤积，加重了整个下游河道以及决口口门以下河段的糜烂、壅阻淤积的恶性循环，使河道状况进一步恶化。进一步看，在研究时期的386年之中，有72年暴雨中心在榆林、延安地区，洪水通过各支河汇入黄河北干流后，河谷开阔，由于河槽的巨大调蓄作用，黄河中游出现的洪峰量级大减；而同时洪峰来沙系数大，就可能产生高含沙量洪水，这种年次占了可能致淤年的1/3以上，在可能致淤的年次里，对下游河道的塑造起到重要作用。高含沙水流在宽浅的游荡型河段，很难维持平衡输沙，粗沙排沙比很低，对下游河道的冲淤极为不利。钱宁等将黄河水沙组合分为6种型式，将本文的分析与其对比如下：表2黄河水沙组合类型对比统计钱宁来沙淤积下游淤积量占全部类似典型三门峡站输全下游水情本文的概括的水沙组合类型系数kg.s/m6强度104t/d洪峰淤积量%年沙距平%淤积108t类型类似系列（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验证了在明清天然径流分析中获得的印象，即从黄河的长历时看，从统计的角度看，导致黄河下游全河床淤积的来沙（特别是淤积滩地）状况，在丰水时段中大量地出现。说明在偏丰时段，中游的主要产沙区以侵蚀产沙为主；相应地，下游河道出现较为严重的淤积，一些重大的河床变形、河道改徙的历史事件，多发生在这些丰水多沙与河道加积的时段里。表3黄河丰水时段可能致淤年序列15341595年丰水时段153436，154044，154649，155154，156267，156972，157880，158891，15949916431782年丰水时段164249，165154，165860，166264，166679，168689，169195，170410，171518，172337，174346，175157，176668，17727617981855年丰水时段17981800，180204，181530，184045，184853表4明清时期可能高含沙洪水年15世纪：1475，147616世纪：1503，1508，1515，1534，1535，1540，1542，1553，1557，1562，1564，1567，1569，1570，1575，1593，1594，1595，159817世纪：1604，1621，1626，1641，1644，1653，1659，1662，1664，1666，1671，1677，1678，1679，1686，1694，1695，169818世纪：1701，1707，1723，1725，1728，1730，1731，1736，1744，1745，1749，1751，1752，1753，1756，1757，1761，1767，1774，1775，1781，1785，178919世纪：1800，1819，1820，1822，1823，1838，1843，1844，1855二明清黄河下游的堆积、变徙与水沙变化在明清时期，黄河下游的堆积、河床演变与来水来沙的变化，存在着密切的关系。14951546年，下游人为地北堵南分，时有决徙，挟沙水流极不稳定，在偏枯时段，仍出现严重堆积。进入A丰水时段后，出现一系