多泥沙河流水文测验问题探讨

多泥沙河流水文测验问题探讨

段雯1,李月2

1.黄委水利委员会水文局 河南郑州 450004  2.黄委水利委员会三门峡库区水文水资源局 河南三门峡 472000

摘要：多泥沙河流的治理是一个困难和复杂的问题，已有研究相关成果需要梳理和甄别，研究内容、手段等方面要突破常规。保障河流健康生命，有效实施河道整治，既要有先进的研究工具，更离不开足量的基本资料。加强水位、泥沙观测，实施在线监测，收集相关数据，检测不同水沙条件下控导作用及整治效果，为泥沙河流的整治提供科学依据。

关键词：多沙河流；河道整治；横比降；在线监测；新技术

1泥沙河流整治问题

多泥沙河流的治理是一个困难和复杂的问题，长期以来科研生产部门一直在进行着治理方略的讨论，得出的结论也各异，甚至相反的看法。随着来水量、洪水量及泥沙量的变化，以往研究相关成果需要梳理和甄别，研究内容、手段等方面要突破常规，治理策略也都要做相应的调整。

黄河是举世闻名的多沙河流，也是世界上河势演变最为复杂的河流。发展是人类的根本要求，也是制定黄河下游治理方略的基本原则，科学发展观意味着既要以人为本，以人类现实拥有的能力和手段为出发点，实现效益的最大化；又要兼顾自然的需求，以保持人与自然关系的和谐与平衡，实现可持续发展。加强洪水和水资源的预测预报、防洪和水资源调度，提高快速反应能力和决策水平及抢险、查险的技术水平。

2河流泥沙及河床演变研究回顾与展望

近代河流泥沙理论及河床演变理论始于19世纪末，并于20世纪得到蓬勃发展，主要进展是：在河流输沙机理方面，基于流体力学和水力学理论，通过物理模型试验和对天然河流的泥沙测验，揭示了泥沙颗粒在河水中沉降与悬浮的规律及影响因素，分析了河流泥沙颗粒的作用力及定量方法，提出了适用于不同水流、泥沙条件的泥沙沉降速度、起动流速、河流输沙率公式等。在河床演变理论方面，揭示了天然河流的河相关系，提出了造床流量概念；对河型进行了分类，并探讨了它们之间的相互转换条件。泥沙运动理论与计算机技术相结合，促进了河流泥沙数学模型的大力发展，目前已在解决工程泥沙问题和河床演变预测中得到比较成功的应用。

中国许多河流都存在不同程度的泥沙问题，黄河的含沙量为世界之最，因此，中国学者在20世纪，在河流泥沙研究中有特殊的贡献，例如，提出了非平衡输沙理论，初步揭示了高含沙水流运动的特性，成功地解决了长江三峡工程和黄河小浪底工程的工程泥沙问题，以及黄河泥沙来源和下游游荡性河流的整治问题。

在目前河流泥沙和河床演变研究取得丰硕成果的基础上，今后需要着重研究的主要问题是：挟沙水流紊动结构及输沙机理；大水深条件下泥沙起动、扬动及泥沙与床面的交换规律；非均匀、非恒定输沙规律；粘性泥沙的物理化学特性及沉降规律；泥沙物理模型相似理论及试验技术；三维河流泥沙数学模型的完善与应用；不同类型河道的河床演变规律；平原河道崩岸机理及防治技术等。

3水文测验现状

3.1水位观测

水位直接应用于河堤工程的设防标准，并据此进行水文预报工作。水位还是衡量河床升降变迁的主要依据，通常是用同流量下的水位变化来判断河床的变化。在没有横比降的情况下，任何一岸的水位都能满足上述应用要求，但当存在横比降时，上述作用和意义对水位的要求就不尽相同。目前水位观测一般以某一岸的水尺水位代表断面水位的。

3.2流量测验

黄河水少沙多、水沙异源、时空分布不均，大洪水时下游河道宽浅、主流摆动频繁、冲淤变化剧烈，漫滩严重、水流复杂、流向不定，中游洪水陡涨陡落、来猛去速、预见期短、流急沙大，测验难度极大。黄河下游大部分干流站位于不具备设站条件的游荡河道，主流游荡多变，漫滩、串沟严重。断面宽浅、河势及冲淤变化大、测船定位困难、流向偏角测量靠目测或制作简易仪器观测；漫滩洪水水面宽可达数千米，且常有村庄、树林、田地、沙丘等横串断面，通视条件差。这决定了黄河水文测报方法、测报手段的复杂性多变。黄委水文局在2016年启动新一轮水文测报能力提升工作，六年来水文流量测验技术自动化、智能化水平有很大提高。如：RG-30等雷达在线测流系统在青铜峡、潼关等54站应用；走航式ADCP在42站投产应用，实现干流站全覆盖；水平ADCP在小川等13站安装应用，其中4站已投产；RG-30等雷达在线测流系统在青铜峡、潼关等54站应用等，大大提高了水文工作效率和质量，为新阶段黄河水利高质量发展提供坚实支撑。

3.3泥沙测验

黄河泥沙含量高，且行沙量时空变化大，非汛期大部分测站含沙量只有几到十几kg/m3，个别站含沙量更小甚至为零，但汛洪水期含沙量有时在几百kg/m3以上。目前黄河部分测站仍在使用横式采样器取样，直接影响着测验精度的进一步提高。加强对黄河水沙变化规律、泥沙运动规律的研究，成为黄河治理开发的基础课题。

4水文测验技术改进问题

4.1存在的问题

黄河水文基本的测验项目有降水、蒸发、水温、气温、水位、流量、水质、冰情、泥沙、库区河道冲淤变化等。因黄河水文现象复杂、测验条件困难，影响着先进应用，仪器设备的许多在其他河流使用效果很好的仪器设备，不能在黄河上直接使用。河流摆动阻碍着水位观测的自动化，水位流量关系的不稳定影响巡测技术推广应用，特别是泥沙测验至今仍是影响水文现代化进程的重要绊脚石。利用新技术、新仪器，探讨解决水文在线监测问题任重道远。

4.2横比降及观测意义与措施

20世纪80年代以来黄河下游来水偏枯，随着水沙条件的变化，黄河下游河槽萎缩严重、二级悬河态势加剧，河道方案在调整，以往的成果需要深化。对于水位横比降的观测，越来越显得迫切和重要。

横比降在水力学中又称为横向水面超高，分为两种：离心力作用而形成的离心力超高和顶冲作用而形成的顶冲超高。一般情况下测到的横比降是二者共同作用的结果。结合河道整治工程，应用现代新技术、新设备，在关键河段左或右岸即已经布设遥测站点的对岸设立监测点，监测水位，收集水位横比降数据，填补水位横比降的观测空白、积累横比降的资料，为研究河床演变提供建模参数具有重要意义。

5结语

掌握河势演变规律，预估未来河势的发展变化，为下一步的河道整治提供依据，是提高治河水平的基础措施之一。

黄河因泥沙多而闻名，完全可以说解决了黄河的水文测验，也就解决了多泥沙河流的水文测验难题。多泥沙河流上已做的整治工程实践和经验说明，对某一河段的整治将影响到上下游流态及流路，如黄河上有“一弯变，弯弯变”的现象，这种对临近河段带来的变化，是利是弊，采取什么补救措施等问题，必须经现场观测、模型试验与分析研究相结合的办法，才能做出正确判断。

多泥沙河流水文测验问题，在研究内容、研究手段等方面都需要突破常规，通过多种渠道，利用现代技术，引进和研发适合黄河水文特性的先进设备，加强有关地区基本资料的观测、试验和采集，为保障河流健康生命，有效实施河道整治提供科学依据。

参考文献：

[1]赵新生，付光锋，罗战伟.河床演变研究中水位横比降观测的意义及措施,第六届全国泥沙基本理论研究学术讨论会论文集,2005-11.

[2]朱庆平，千析.黄河下游治理方略思辨[EB/OL].http://www.yellowriver.gov.cn/.

[3]张留柱.黄河水文测验技术的发展与展望.[EB/OL].http://www.yellowriver.gov.cn/.