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水 利 学 报

２０２２年 １０月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５３卷 第 １０期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２２）１０ － １２１８ － １２

黄河下游河槽泥沙扬动与输移特性

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蔡蓉蓉 ，张红武 ，张 宇 ，张罗号 ２
（１．水利部 国际经济技术合作交流中心，北京 １０００３８；２．清华大学 黄河研究中心，北京 １０００８４；
３．清华大学 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京 １０００８４）

摘要：本文利用大量水文资料，在前人研究的基础上，分析研究了黄河下游河槽泥沙扬动与输移特性。首先根据
水文测验尤其是泥沙级配实测资料，间接分析各家公式的合理性，从而选择出物理概念清晰、符合黄河下游实际
的扬动流速计算公式。对于粒径较小的泥沙，沙玉清、窦国仁等现有扬动流速计算公式都适用于黄河；随着泥沙
粒径增加，几家公式差异变大，张罗号和罗诗琦公式同实测资料更为符合。在此基础上分析了黄河下游河槽不同
粒径泥沙的扬动特性，认为 “粗颗粒” 泥沙在黄河下游河槽中水流量下亦能扬动。然后，选取黄河下游花园口、
高村和利津站为下游代表水文站，采用汛期非漫滩情况下的实测数据，分别绘制了三站流量与泥沙以悬移形式运
动的百分比关系图。引入扬动临界流量的概念后，各站泥沙输移特性变化规律基本遵循统一表达形式。进一步定
量分析了各水文站泥沙输移特性，给出了扬动临界流量、扬动概率系数、输沙指数同泥沙粒径等因子的关系式，
从而建立了泥沙以悬移形式运动的百分比与水沙因子的计算公式。结合未来 ３０年内年均沙量减小的预测结果进
３
行计算，表明黄河下游汛期日平均流量只要大于 ９７１ｍ ?ｓ，悬移质泥沙组成中的粗颗粒能保持悬移运动状态，同
时表明加大流量是直接提升水流输沙能力的有效手段。
关键词：黄河下游；泥沙；扬动流速；输移特性；水沙因子
中图分类号：ＴＶ１４３
文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２１０９５５
１ 引言

冲积河流的水流与泥沙运动是相互影响的 ［１ － ２］ ，挟沙水流运动塑造冲积河流床面形态，后者又约
束挟沙水流的运动 ［３ － ４］ 。泥沙起动与扬动条件是研究泥沙运动的基础 ［５ － ６］ ，前者有助于把握河床上泥
沙静止与运动的临界条件，后者则有助于把握泥沙能否进入悬移运动的行列 ［７］ ，甚至有学者认为有助
于预先判断沙质河床的冲淤状态 ［８］ ，与进一步研究泥沙输移规律也有密切联系。因此，研究泥沙扬动
与输移特性是了解河床演变规律与制定河道治理方案的基础内容 ［９］ ，其意义重大。为提高黄河中水河
槽输沙潜力，更需要研究河槽泥沙扬动与输移特性。
［１２］
国外学者在泥沙扬动特性方面的研究成果不多 ［１０］ 。较有代表性的研究有 Ｂａｇｎｏｌｄ ［１１］ 和 ＶａｎＲｉｊｎ
［１１］
的成果。例如，Ｂａｇｎｏｌｄ 提出泥沙颗粒的悬浮临界条件为泥沙颗粒的沉速与紊动漩涡的上升速度相
等，据此推导出泥沙扬动的临界条件为：
ω ＝ １ ．２５ｕ  （１）
式中：ω为沉速；ｕ 为摩阻流速。ＶａｎＲｉｊｎ ［１２］ 假定泥沙颗粒的悬浮临界条件是泥沙颗粒瞬时跳跃上升

距离为泥沙颗粒直径的 １００倍，通过实验得出泥沙悬浮的临界条件为：

收稿日期：２０２１?１０?２６；网络首发日期：２０２２ － ０８ － ２２
网络首发地址：ｈｔｔｐ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２２０８２２．０８０３．００１．ｈｔｍｌ
基金项目：国家重点研发计划项目（２０１６ＹＦＣ０４０２５００）
作者简介：蔡蓉蓉（ １９９２—），博士，工程师，主要从事水文泥沙研究。Ｅ － ｍａｉｌ：３４６３５５４３６＠ｑｑ．ｃｏｍ
通讯作者：张红武（１９５８—），博士，教授，主要从事治河防洪及河流模拟研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｚｈｈｗ＠ｍａｉｌ．ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ
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