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水 利 学 报

2025 年 9 月 SHUILI XUEBAO 第 56 卷 第 9 期

文章编号：0559-9350（2025）09-1178-11

黄河下游宽河段最优输沙断面参量研究

侯 琳 1，2 ，张红武 1
（1. 国网新源控股有限公司 抽水蓄能技术经济研究院，北京 100053；
2. 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：预测多沙河流河床自动调整形成的稳定水力几何形态，对河道防洪、航道整治等工程规划均有重要意义。
本文在回顾现有最优河宽求解方法的基础上，探究输沙能力最大的河槽形态，将水流连续方程、水流挟沙力公
式、河床综合稳定性指标及基于摩阻曲线的动床阻力公式联立，求解河宽、水深、流速、比降、糙率等参量，揭
示了主槽最大输沙能力与输沙河宽的变化规律。计算给出不同流量下的河宽与悬移质输沙能力曲线均呈先增大后
减小的趋势，每一级流量下都出现一个输沙能力最大的极值点，相对应的河宽即为最优输沙河宽，视为可将其现
代治导线宽度。从这些曲线看出，最优河宽与输沙流量成正比，与由河床综合稳定性指标表征的整治期望指标成
反比。按照小浪底水库进入正常运用期下游河床条件和河道整治约束情况，整治期望指标设定为 4 时，计算得输
沙流量为 3000、4000 和 5000 m³/s 所对应的最优输沙河宽为 654、754 和 838 m，随着整治要求的提高，对应的最优
输沙宽度不断减少。此外，本文还建立了糙率与 P、Fr 等水力泥沙因子之间的关系，从而能够在一定整治流量及
A
河道整治期望下，求解黄河下游宽河段水流阻力最小对应的河槽输沙断面参量。
关键词：最优输沙断面；输沙河宽；黄河下游；水流阻力；河道整治期望指标
中图分类号：TV85 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20240349

1 研究背景

在一定水沙条件下，多沙河流受河床自动调整作用和“趋衡响应原理” ［1］ 影响会形成稳定的水力
几何参量。从长期来看，河流总是不断向着形成稳定河槽形态的方向调整。预测一定水沙条件下的河
道稳定几何形态参量，不仅可以优化河道形态来提升输水输沙能力，减少甚至遏制河道淤积，还在治
河防洪、河道整治及航道规划等方面有着重要的意义。
关于河道稳定参量的计算方法可以归纳为经验方法和理论方法两大类。一部分经验关系式 ［2-4］ 将
河宽、水深以及平均流速以流量的指数形式表示，通常结构简单，但系数和指数要针对不同河流或河
段的资料进行率定。而理论方法是通过引入一个独立条件，联立求解连续方程、动量方程、输沙方
程，得出稳定河宽 B 、稳定水深 h 和稳定河床比降 J 。国内外学者通常引入不同类型的极值假说作为
* * *
独立条件：Millar 等 、Nanson 等 学者依据最小河流功率假说，建立了稳定河道几何形态关系式。
［5］
［6］
Ackers 等 ［7］ 考虑了泥沙输移与水流运动的关系，提出了最大输沙效率假说。马睿 在给定流量及床沙
［8］
粒径的条件下计算分析，证实了最大输沙效率假说和最小水流功率假说是等价的。不同的是最大输沙
效率假说是以河道比降 J 为已知常数，令河宽 B 和输沙率 Q 可变，而最小水流功率假说则是已知输沙
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收稿日期：2024-03-23；网络首发日期：2025-09-16
网络首发地址：https：/link.cnki.net/urlid/11.1882.TV.20250915.1739.001
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基金项目：国家重点研发计划项目（2016YFC0402500）；国家自然科学基金青年科学基金项目（52009145）；鄂尔多斯水利科技重
点项目（20232000090）
作者简介：侯琳（1995—），博士，主要从事治河防洪研究。E-mail：houl20@mails.tsinghua.edu.cn
通信作者：张红武（1958—），教授，博士生导师，主要从事水力学及河流动力学研究。E-mail：zhhw@mail.tsinghua.edu.cn
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