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1、基于空間尺度的黃河調水調沙摘要：黃河下游河道之所以發(fā)生嚴重淤積，主要是因為進入下游河道的天然水沙關系不協(xié)調。所謂調水調沙，就是按照黃河下游河道沖淤規(guī)律，通過人工干預把進入黃河下游河道的不協(xié)調的水沙關系塑造為相協(xié)調的水沙關系，從而達到使下游河道減淤或沖刷的目的。關鍵詞：空間尺度黃河調水調沙黃河下游河道之所以發(fā)生嚴重淤積，主要是因為進入下游河道的天然水沙關系不協(xié)調。所謂調水調沙，就是按照黃河下游河道沖淤規(guī)律，通過人工干預把進入黃河下游河道的不協(xié)調的水沙關系塑造為相協(xié)調的水沙關系，從而達到使下游河道減淤或沖刷的目的
2、。何為協(xié)調的水沙關系呢？分析１９６０～１９９９年進入黃河下游河道的４２２場實測洪水資料，發(fā)現(xiàn)使下游河道不淤積的水沙關系為：Ｓ＝０．０３０８ＱＰ１．５５１４（１）式中，Ｓ為花園口站含沙量，單位為公斤每立方米；Ｑ為花園口站流量，單位為立方米每秒，Ｑ＜３０００立方米；Ｐ為細沙占全沙比例，范圍為２０～９２％。按實施的途徑不同，黃河調水調沙可分為兩種類型，一種是基于小浪底水庫單庫運行的調水調沙方式，另一種就是本文將要詳述的基于空間尺度的調水調沙方式。一、基于小浪底水庫單庫運行的黃河調水調沙過去研究黃河調水調沙，是基于小
3、浪底水庫單庫運行的水沙調節(jié)，如２００２年７月４日至１５日進行的黃河首次調水調沙試驗。這種調水調沙方式是根據(jù)黃河下游河道輸沙能力，充分發(fā)揮水庫自身的調節(jié)功能，利用調節(jié)庫容適時蓄存或泄放水沙，將天然的入庫水沙過程調整為協(xié)調的出庫水沙過程。在２００２年７月開展的黃河首次調水調沙試驗中，伊洛河的黑石關站和沁河的武陟站流量均較小，小浪底～花園口區(qū)間流量僅有５８立方米，僅占花園口站流量的２％，花園口站的水沙基本上為小浪底出庫水沙演進而來。由于小浪底水庫運用初期排沙以異重流運動為主，含沙量較低出庫平均含沙量為１２．２公斤
4、每立方米并且以排細泥沙為主，細顆粒泥沙（ｄ＜０．０２５毫米）、中顆粒泥沙（０．０２５＜ｄ＜０．０５毫米）、粗顆粒泥沙（ｄ＞０．０５毫米）的排沙比分別為４５．５％、４．８％、１．６％，水沙演進至花園口站時含沙量為１３．３公斤每立方米細沙占全沙的比例為５１％，平均流量２６４９立方米每秒，若按公式（１）計算，花園口站流量２６４９立方米每秒可攜帶這種泥沙（細沙占５１％）２９公斤每立方米而實際的花園口站含沙量僅為１３．３公斤每立方米因此黃河下游河道沖刷了０．３６２億噸。二、基于空間尺度的黃河調水調沙利用小浪底水
5、庫不同泄水孔洞組合塑造一定歷時和大小的流量、含沙量及泥沙顆粒級配過程，加載于小浪底水庫下游伊洛河、沁河的“清水”之上，并使其在花園口站準確對接，形成花園口站協(xié)調的水沙關系，實現(xiàn)既排出小浪底水庫的淤積泥沙，又使小浪底～花園口區(qū)間“清水”不空載運行，同時使黃河下游河道不淤積的目標。這就是基于空間尺度的黃河調水調沙。實施基于空間尺度的黃河調水調沙要重點解決三大關鍵問題，一是確定小浪底水庫不同泄水孔洞組合，二是小浪底～花園口區(qū)間洪水、泥沙的準確預報，三是準確對接（黃河干流）小浪底、（伊洛河）黑石關、（沁河）武陟三站在
6、花園口站的水沙過程。（一）小浪底水庫不同泄水孔洞的出流水沙特性小浪底水庫排泄水沙的孔洞有：３條排沙洞，３條孔板洞，３條明流洞，６條發(fā)電洞。其中，明流洞一般是清水，發(fā)電洞下泄水流含沙量較低，一般不超過５０～６０公斤每立方米，排沙洞下泄水流含沙量較大，一般達３００～４００公斤每立方米，控制這些泄水孔洞的不同組合可塑造不同流量和含沙量的水沙過程。（二）小浪底～花園口區(qū)間洪水的水沙統(tǒng)計小浪底～花園口區(qū)間的水沙主要來源于伊洛河和沁河，兩者均為“清水”河流。據(jù)１９６０～１９９６年實測資料統(tǒng)計，沁河武陟站多年平均水量７．６
7、８億立方米（汛期占７１％），沙量０．０３９億噸（汛期占９０％），汛期平均含沙量僅為６．４８公斤每立方米。伊洛河黑石關站多年平均水量２６．２８億立方米（汛期占５７％），沙量０．０９２億噸（汛期占８４％），汛期平均含沙量僅為５．１１公斤每立方米。小浪底～花園口區(qū)間的“清水”演進至花園口站時水流能量明顯過剩，水流含沙量遠小于其挾沙能力，致使黃河下游河道發(fā)生沖刷。根據(jù)１９６０～１９９６年該區(qū)間發(fā)生超過１０００立方米每秒（日平均流量）的洪水資料，分別統(tǒng)計沙偏多情況（Ｓ／Ｑ＞０．０１１）、水沙平衡情況（Ｓ／Ｑ＝０．００９
8、～０．０１１）和沙少水多情況（Ｓ／Ｑ＜０．００９），結果是：演進到花園口站沙偏多情況占２２．１％，水沙平衡情況僅有８．７％，其余６９．２％屬于沙少水多，為水流含沙量小于水流挾沙能力情況。進一步分析１９６０～１９９６年小浪底～花園口區(qū)間的場次洪水，發(fā)現(xiàn)發(fā)生一定歷時的較大洪水共有１０次，其中８次洪水的水流能量過剩，使黃河下游河道發(fā)生了沖刷。分析以上１０場小浪底～花園口區(qū)間洪水的特點，該區(qū)間平均流量１０８
