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３ 黄河中游河道的冲刷预测

当前，黄河水沙调控体系的主体框架尚未形成 ［２９ － ３０］ ，中游段修建古贤水利枢纽，对黄河治理与国
家能源、粮食与生态安全保障意义重大 ［３０］ 。文献［３０］从多方面探讨了古贤水利枢纽对黄河流域保护
与发展的战略作用，指出其可有效促进工程下游河道过流能力恢复，同时减轻渭河防洪压力等 ［３０ － ３１］ ，
对于中下游河道防洪减淤等具有重要的工程价值。此外，在入库来沙量大为减少的现状下 ［３２］ ，三门峡
水库运用方式应该优化调整，使这一黄河明珠重放光芒 ［３１］ 。
本节将运用趋衡响应模型，对古贤水库修建后引起的下游河段的沿程冲刷深度尤其是潼关高程变
化进行预测，并对潼关高程下降引起的渭河下游河道的溯源冲刷深度进行模拟计算。
３．１ 古贤水库下游沿程冲刷预测 考虑到三门峡水库下游的铁谢至桃花峪河段与古贤水库下游的禹门
口至潼关河段均位于黄河中游段，两者沿程趋衡响应特性相近，故而将依据三门峡水库下游河床冲刷
实测资料率定所得式（ １０）中的系数 ｋ和 ｂ的取值作为古贤水库下游河道趋衡响应模型的系数值并进行
计算。古贤水库下游河道的河流动力学参数见表 ５。此外，因古贤水库下游河道和三门峡水库下游河
道河床组成、水深、糙率等存在可类比性但又不完全相同，两座水库下游河道的河床冲刷潜力存在一
定差别。鉴于对河床冲刷影响最直接的是床沙的起动输移，床沙越难起动，河床最大冲刷深度越小，
对于古贤水库下游计算起点（这里以禹门口为计算起点）河床冲刷深度的确定，可以假定起动流速与冲
刷深度呈反比，利用三门峡水库下游裴峪断面累计冲刷深度、床沙起动流速和古贤水库下游禹门口断
面床沙起动流速资料，推算禹门口河床冲刷深度。亦即，裴峪床沙中值粒径 Ｄ 约为 ０．１９ｍｍ，水深约
５０
为 ２．５ｍ，糙率 ｎ约为 ０．０１３５，以式（９）计算得到起动流速 Ｕ ＝ ０．２１ｍ?ｓ；禹门口床沙中值粒径 Ｄ 约为
Ｃ ５０
０．４２ｍｍ，水深约为 ３．９ｍ，糙率 ｎ约为 ０．０２２，以式（９）计算得到起动流速 Ｕ ＝ ０．３３ｍ?ｓ ，由此根据裴
Ｃ
峪冲刷深度为 ３．０４ｍ（选用上文依据冲淤量反算所得河床冲刷深度）确定禹门口冲刷深度约为１．９０ｍ。
据此即可对古贤水库运用后下游代表站点的冲刷深度进行初步预测，结果见表 ６。

表 ５ 古贤水库下游河道典型断面的河流动力学参数 ［３３ － ３４］
站名 中值粒径 Ｄ ５０ ?ｍ 水深 ｈ?ｍ 河宽 Ｂ?ｍ 平均流速 Ｕ?（ｍ?ｓ） 造床流量 Ｑ?（ｍ ?ｓ） 起动流速 Ｕ Ｃ ?Ｆｒ
３
龙门 ０．０００３０ ３．８０ ２７７ ３．８０ ４０００ ０．４２
潼关 ０．００００８ ２．５０ ５００ ３．２０ ４０００ ０．３８

３．２ 渭河下游河道溯源冲刷预测 渭河是黄河最 表 ６ 古贤水库下游河道冲刷深度初步预测结果
大的支流，于潼关注入黄河 ［３５ － ３６］ 。由于黄河干流 站名 距古贤水库距离?ｋｍ 河床冲刷深度初步预测值?ｍ
在位于黄河和渭河交汇口的潼关处流向急转，河
龙门 ７２ １．８４
宽骤缩，形成天然卡口，潼关高程对渭河下游段
潼关 １９２ １．４３
起到了局部侵蚀基准面的作用 ［３７ － ３９］ 。三门峡水库
蓄水运用后，库区泥沙大量淤积使得潼关高程不断抬升。受潼关高程居高不下及渭河不利的来水来沙
条件影响，渭河下游段呈严重淤积状态 ［４０ － ４３］ 。黄河中游古贤水库修建运行后，其下游河道的沿程冲刷
将使潼关高程下降，并进而在渭河下游段内引发自下而上的溯源冲刷过程。
（ １）溯源冲刷深度预测与特性分析。基于修正的趋衡响应模型式（１０）及古贤水库下游河道冲刷预
测得到的潼关高程下降值对潼关高程下降在渭河下游段内引起的溯源冲刷过程进行预测。渭河下游段
典型断面的河流动力学参数见表 ７。
计算时将潼关修正后的河床冲刷深度作为初始条件〈 Ｉ（ｘ）〉，考虑到本文计算的渭河下游段的溯
０
源冲刷过程为设想情景，缺乏用于模型系数率定的完全吻合情景的河床冲淤实测资料，因而以潼关高
程变化在渭河下游段内引起的典型溯源冲淤过程的实测数据为基础，大致估计其溯源冲淤的时间衰减
系数 α 和传播速率 ｖ取值，进而确定系数 ｋ和 ｂ值。图 ４（ａ）为潼关高程变化过程，图 ４（ｂ）为潼关高程

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