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　　《黄河泥沙粗细分治的理论与实践》的分析研究方法有新颖独到之处，机理阐述清晰，可供泥沙、地理、环境、水文等方面的科技人员、大专院校师生和河流管理部门相关人员参考。

内容简介

　　《黄河泥沙粗细分治的理论与实践》是论述黄河治理决策方面的专著，共11章，两个附录。在分析研究黄河来水来沙特性、低温输沙特性和粗泥沙运动特性的基础上，阐明黄河冲积平原河段纵横断面变化的趋向、河道游荡的成因以及不游荡的缘由，进而提出黄河中游河道对粗泥沙进行时空调节的机理。通过研究自排沙廊道输沙特性及螺旋流流场特征，认识到自排沙廊道具有高效排粗沙的能力。从而提出以自排沙廊道系统工程对黄河泥沙进行粗细分治的治理方案，以解决黄河四个冲积平原河段的游荡问题。

目　　录

序一
序二
前言
第1章与时俱进治粗沙
1.1治黄认识上的突破
1.2粗细泥沙分治
1.2.1分治的必要性
1.2.2分治的技术系统
1.3三门峡基岩天然落差的利用
1.3.1三门峡基岩的溢流坝功能
1.3.2根治渭河下游洪涝盐碱灾害
第2章黄河来水来沙特性
2.1流域概况
2.2径流、洪水特征

序一 
序二 
前言 
第1章与时俱进治粗沙 
1.1治黄认识上的突破 
1.2粗细泥沙分治 
1.2.1分治的必要性 
1.2.2分治的技术系统 
1.3三门峡基岩天然落差的利用 
1.3.1三门峡基岩的溢流坝功能 
1.3.2根治渭河下游洪涝盐碱灾害


	 
第2章黄河来水来沙特性 
2.1流域概况 
2.2径流、洪水特征 
2.2.1年径流量 
2.2.2洪峰流量 
2.3泥沙特征 
2.3.1沙量大，含沙量高 
2.3.2水沙异源 
2.3.3泥沙粒径组成 
2.4水沙协调性问题 
2.4.1黄河上游水沙协调性分析 
2.4.2黄河中游水沙协调性分析 
2.4.3黄河下游水沙协调性分析 
2.5近期来水来沙减少原因分析 
2.5.1自然因素影响 
2.5.2人为活动影响


	 
第3章黄河低温输沙特性研究 
3.1黄河上、中、下游凌情概况 
3.1.1黄河上游宁蒙河段 
3.1.2黄河中游河段 
3.1.3黄河下游河段 
3.2低温期河道输沙特征 
3.2.1已有成果简介 
3.2.2黄河上、中、下游低温时空分布 
3.2.3宁蒙河段低温期输沙特性 
3.2.4北干流低温期冲淤特性 
3.2.5小北干流低温期的冲刷特性 
3.2.6黄河下游低温期输沙特性 
3.3塑就低温输沙特性的机理 
3.3.1低温效应 
3.3.2沿程增能效应 
3.3.3冻融效应 
3.4影响低温输沙的次要因素


	 
第4章粗泥沙运动 
4.1粗泥沙的粒径界定 
4.1.1河道淤积物含量界定法 
4.1.2河流动力学界定法 
4.1.3泥沙运动形态界定法 
4.2粗泥沙运动的基本规律 
4.2.1推移质与悬移质的区别 
4.2.2粗泥沙的运动特性 
4.3来沙组成及含量对河道冲淤的影响 
4.3.1不同水沙条件下游冲淤量变化 
4.3.2粗、中、细沙淤积的相互影响分析 
4.3.3各级流量下不同粒径泥沙冲淤变化 
4.3.4高含沙洪水不同粒径泥沙沿程冲淤量 
4.3.5粗泥沙是淤积主体


	 
第5章黄河输沙特性 
5.1影响水流输沙的因素 
5.1.1来水来沙对输沙率的影响 
5.1.2边界条件对输沙率的影响 
5.2不平衡输沙理论 
5.2.1含沙量沿程变化 
5.2.2水流挟沙力 
5.3高含沙水流挟沙力 
5.3.1浑水的沉降特性 
5.3.2高含沙浑水的流变特性和静态极限切应力 
5.3.3高含沙浑水的沉速 
5.3.4挟沙力双值关系 
5.4高含沙水流的输沙特性 
5.4.1细沙高含沙水流的输沙特性 
5.4.2粗沙高含沙水流的输沙特性 
5.5高含沙洪水演进中的异常现象 
5.5.1洪水位创新高机理 
5.5.2流量沿程增加机理 
5.5.3“驼峰”现象


	 
第6章黄河下游纵横断面变化基本规律 
6.1影响纵横剖面变化的主要因素 
6.1.1来水来沙条件的影响 
6.1.2侵蚀基准面的影响 
6.1.3河道周界条件 
6.2黄河下游纵剖面形态 
6.2.1黄河下游纵剖面形态特征 
6.2.2黄河下游纵剖面沿程调整分析 
6.3黄河下游横断面形态 
6.3.1黄河下游横断面形态特征 
6.3.2三门峡水库运用方式对下游横断面形态的影响 
6.4黄河下游河相关系 
6.4.1造床流量 
6.4.2纵剖面河相关系 
6.4.3横断面河相关系 
6.5河道游荡成因 
6.5.1已有成果简介 
6.5.2悬推转换集中迅速且两岸无约束是河流游荡的根源 
6.5.3冲积平原河流不游荡的成因分析


	 
第7章黄河中游对粗沙的时空调节 
7.1北干流是粗沙的转运调节通道 
7.1.1北干流概况 
7.1.2支流的水沙 
7.1.3粗沙转运调节机理 
7.2小北干流是黄河粗沙的时空调节通道 
7.2.1小北干流概况 
7.2.2低温期冲淤特性 
7.2.3高温期冲淤特性 
7.3潼关至三门峡河段对粗沙的调节 
7.3.1潼三河段概况 
7.3.2河段冲淤特性 
7.4渭河下游对粗沙的调节 
7.4.1渭河下游概况 
7.4.2天然情况下渭河下游冲淤特性 
7.4.3三门峡建库后渭河下游的冲淤演变 
7.5中游泥沙时空调节对下游的影响


	 
第8章利用三门峡基岩天然落差降低潼关高程 
8.1重新认识天然情况下的潼关高程问题 
8.1.1地理位置的独特性 
8.1.2天然情况下影响潼关高程的因素 
8.1.3天然情况下潼关河床处于动态冲淤平衡微淤状态 
8.2重新认识建库后潼关高程问题 
8.2.1潼关高程演变特性 
8.2.2潼关高程居高不下的原因 
8.3潼关高程成为问题的原因及影响 
8.3.1小北干流演变加剧 
8.3.2渭河下游洪涝盐碱灾害严重 
8.4降低潼关高程的方案 
8.4.1敞泄排沙降低潼关高程 
8.4.2黄河下游输沙特性对水库蓄清排浑运用的制约 
8.4.3自排沙廊道排沙


	 
第9章黄河宁蒙河段的产沙、输沙特性 
9.1宁蒙河段概况 
9.1.1自然地理 
9.1.2河流环境 
9.2粗沙来源 
9.2.1水沙异源特征 
9.2.2粗泥沙进入宁蒙河段的形式 
9.3粗沙的输移与河床演变 
9.3.1天然情况下粗沙的输移与河床变化 
9.3.2人类活动影响下粗沙的输移 
9.4近期河床演变趋势分析 
9.4.1径流量减少 
9.4.2区间来沙增加 
9.4.3用水量增加 
9.4.4河床的演变趋势 
9.5宁蒙河道治理方案分析 
9.5.1下泄大流量冲刷方案 
9.5.2自排沙廊道治理方案


	 
第10章一种新型的排粗沙建筑物——自排沙廊道 
10.1廊道中三维水流的数值模拟 
10.2廊道的功能演变 
10.2.1第一代廊道 
10.2.2第二代廊道 
10.2.3自排沙廊道 
10.2.4自排沙廊道在沉沙池中的应用 
10.2.5自排沙廊道排粗沙效率高的机理 
10.3自排沙廊道的优化设计 
10.4应用前景 
10.4.1游荡河道变窄的“希望工程” 
10.4.2有利于环境保护 
10.4.3增大城市下水道排水能力 
第11章高含沙水流长距离输送 
11.1明渠高含沙输送 
11.1.1输送浓度的选择 
11.1.2明渠设计 
11.2管道高含沙输送 
11.2.1管道高含沙输送的能量损失 
11.2.2管道高含沙输沙的临界流速 
11.2.3管道输送设计步骤 
11.2.4高浓度长距离输送需研究的问题 
11.3结论


	 
参考文献 
附录1东雷抽黄灌区自排沙廊道技术应用十年回眸 
附录21967~1968年渭河淤塞、归流纪实 
彩图

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在线试读部分章节

　　第1章与时俱进治粗沙
　　1.1治黄认识上的突破
　　黄河下游是一条强烈的堆积性河流，黄河的泥沙主要来源于中游黄土地区，历史上黄河下游灾害频繁，泥沙问题是治黄的一个重要问题，已形成共识。钱宁等（1980）分析实测资料，探索黄河中游多沙粗泥沙来源区洪水对下游河道冲淤的影响，将洪水来源分成四个区域：
　　1区：河口镇以上，来沙较少，是少沙来源区。
　　2区：河口镇至龙门区间，马莲河、北洛河属于多沙粗泥沙来源区。
　　3区：除去马莲河以外的泾河干支流，渭河上游、汾河属于多沙细泥沙来源区，渭河南山支流则为少沙来源区。
　　4区：伊洛河、沁河是少沙来源区。
　　此外，还根据洪峰来水地区的分布情况，将下游洪水来源分为六种不同的组合：
　　（1）各地区普遍有雨，强度不大；
　　（2）多沙粗泥沙来源区有较大洪水，少沙区未发生洪水或洪水较小；
　　（3）多沙粗泥沙来源区有中等洪水，少沙区也有补给；
　　（4）多沙粗、细泥沙来源区与少沙区较大洪水相遇；
　　（5）洪水主要来自少沙区，多沙粗泥沙来源区雨量不大；
　　（6）洪水主要来自多沙细泥沙来源区。

第1章与时俱进治粗沙 
　　1.1治黄认识上的突破 
　　黄河下游是一条强烈的堆积性河流，黄河的泥沙主要来源于中游黄土地区，历史上黄河下游灾害频繁，泥沙问题是治黄的一个重要问题，已形成共识。钱宁等（1980）分析实测资料，探索黄河中游多沙粗泥沙来源区洪水对下游河道冲淤的影响，将洪水来源分成四个区域： 
　　1区：河口镇以上，来沙较少，是少沙来源区。 
　　2区：河口镇至龙门区间，马莲河、北洛河属于多沙粗泥沙来源区。 
　　3区：除去马莲河以外的泾河干支流，渭河上游、汾河属于多沙细泥沙来源区，渭河南山支流则为少沙来源区。 
　　4区：伊洛河、沁河是少沙来源区。 
　　此外，还根据洪峰来水地区的分布情况，将下游洪水来源分为六种不同的组合： 
　　（1）各地区普遍有雨，强度不大； 
　　（2）多沙粗泥沙来源区有较大洪水，少沙区未发生洪水或洪水较小； 
　　（3）多沙粗泥沙来源区有中等洪水，少沙区也有补给； 
　　（4）多沙粗、细泥沙来源区与少沙区较大洪水相遇； 
　　（5）洪水主要来自少沙区，多沙粗泥沙来源区雨量不大； 
　　（6）洪水主要来自多沙细泥沙来源区。 
　　统计分析了代表天然状态的1952～1960年以及代表有水库调节的1969～1978年两个时段中，103次不同洪水组合的下游淤积强度资料，见表1-1。分析表明，下游的严重淤积主要是多沙粗泥沙来源区的洪水造成的。第（1）种组合多地普遍降雨，但强度小，来沙系数平均为0.0216kg    s/m6，淤积强度341万t/d，出现机遇仅为6.8%，淤积量仅占总量4%。第（2）种组合的洪水多系暴雨产生，峰型尖瘦，汇入干流后不漫滩或小漫滩，来沙系数最大，平均0.0516kg    s/m6，故下游淤积严重，平均淤积强度达到3100万t/d。第（2）种组合的13次洪水淤积量占全部103次洪水淤积量的59.8%，对下游危害性最大。第（3）种组合洪水因有少沙区来水的补给，平均来沙系数降为0.036kg    s/m6，淤积强度平均为545万t/d，这种组合洪水出现次数最多，出现22次，占总数的21.4%，淤积量占总量的13.6%。第（4）种组合的最大特征是洪峰流量大，花 园口最大洪峰流量的平均值达到11742m3/s，水流多漫滩，来沙系数0.0131kg    s/m6，因洪水漫滩，下游河道淤积强度达到1898万t/d，10次洪水的淤积量占总量的28.2%。这种组合洪水多为淤滩刷槽，大水出好河，流量大，挟沙力大，山东河段一般都出现冲刷，冲刷强度271万t/d，对山东河段保持稳定的深槽起了很大作用。第（5）种组合洪水花园口来沙系数为0.0074～0.0119kg    s/m6，下游发生长距离冲刷。第（6）种组合虽然洪水来自细泥沙源区，但含沙量变幅大，含沙量高时，仍含一定量的粗泥沙造成下游河道淤积，含沙量小时，河槽冲刷。 
　　钱宁等分析了来沙系数S/Q下游河道冲淤强度的关系，发现点群有明显的分区性。第（2）种组合的洪水产生的淤积强度最大，充分说明多沙粗泥沙来源区的洪水对下游的危害严重。d＞0.05mm的粗泥沙主要集中在两个区域内，一为黄甫川至秃尾河等各条支流的中下游地区，粗泥沙输沙模数达10000t/（km2    a），另一区域为粗泥沙输沙模数在6000～8000t/（km2    a）的无定河中下游及粗泥沙输沙模数约6000t/（km2    a）的广义的白于山河源区。 
　　钱宁（1980）正是从这些分析中提出了“集中治理粗泥沙来源区，对减少黄河下游的淤积具有重要意义”的著名论断。钱正英称钱宁的集中治理黄河中游粗沙来源区的成果是治黄认识上的一个重大突破，并且十分关心治理粗沙区的落实情况。1989年9月15日她在听取了黄河水利委员会关于窟野河、秃尾河、孤山川规划汇报时指出：“钱宁同志关于治理多沙粗沙区的论文得奖已10年，去世已几年了，但多沙粗沙区的治理仍停留在纸面上。”她进一步指出：“对于黄河减沙问题，可能有三种结论：一种是只靠面上加快水土保持治理进度，不需要布设拦泥工程措施；第二种是除了面上水土保持措施外，再搞些治沟骨干工程，这些工程水保经费又不能解决，从黄河大局出发，水利部可以考虑列入基建，治沟骨干工程标准可以高一些，按基建补助；第三种是除上述二种措施外，在三条河干流下游可以考虑设大型拦泥库，黄委设计院要研究一下，如果没有可能，也要做一个结论”（张胜利，1995）。 
　　近20年来，粗沙区治理已初见成效，窟野河等支流经治理后，1997～2006年与1970～1996年相比，来沙减少了70.9%～88.4%（姚文艺等，2011）。当然，减沙这么多，除治理的成效外，近期降雨少、没有大洪水也是减沙的主要原因。 徐建华等（2000）的研究提出了多沙粗泥沙区域界定原则、方法和指标体系。界定方法采用输沙模数指标法，多沙区指全沙输沙模数M全≥5000t/（km2    a）的地区，粗沙区指d＞0.05mm粗泥沙输沙模数M粗≥1300t/（km2    a）的地区，多沙粗泥沙区为M全≥5000t/（km2    a）并且M粗≥1300t/（km2    a）的地区。根据内业分析、外业勘查和卫星地貌影像，确定了黄河中游多沙区面积11.92万km2，粗沙区面积为7.86万km2，多沙粗沙区面积为7.86万km2，占河口镇至桃花峪区间总面积的22.8%，产沙11.82亿t，占中游输沙量的69.2%，产生的粗泥沙量3.19亿t，占中游总粗泥沙量的77.2%。 
　　徐建华等还研究了粗沙产沙输沙规律，得出黄土产沙、基岩产沙、风沙产沙是粗沙区产沙的主要成因，提出了加强多沙粗沙区的水土流失治理是减少黄河下游河道淤积的关键。 
　　潘贤娣等（2006）统计分析了黄河下游1965～1990年198次洪水资料，并按洪水来源区的不同分成多沙粗泥沙来源区洪水14次，多沙细泥沙来源区洪水108次，少沙来源区洪水76次。分别统计d＜0.025mm的细泥沙、0.025～0.05mm的中泥沙、0.05～0.1mm的粗泥沙、d＞0.1mm的更粗泥沙及全沙在下游的冲淤量及分布。表1-2~表1-4为三门峡至利津四个分河段、分粒径组泥沙的冲淤量和淤积比、排沙比。表中数据全面地反映了三个不同泥沙来源区洪水中，各粒径组泥沙沿程冲淤调整和输移特性，揭示了无论洪水来自何方，粗泥沙及更粗泥沙的淤积比均最大，少沙来源区的洪水0.05mm＜d＜0.1mm的粗泥沙沿程有两个河段冲，但排沙比最小，而d＞0.1mm的更粗泥沙仍是全程淤积的，淤积比达78.9%，这表明d＞0.1mm的泥沙多来多淤不多排。此外，不论洪水来源如何，粗泥沙都集中淤积在高村以上的游荡河段，反映了粗细泥沙运动规律的不同，提示了粗泥沙何以是下游淤积的症结所在。 
　　表1-2多沙粗泥沙来源区洪水下游河道各粒径组泥沙冲淤量 
　　表1-3多沙细泥沙来源区洪水下游河道各粒径组泥沙冲淤量 
　　表1-4少沙来源区洪水下游河道各粒径组泥沙冲淤量〖HT〗〖STBZ〗[WT] 
　　表1-5是根据表1-2～表1-4的基本数据汇总的198场洪水水文泥沙综合表，由表可以综合出一些基本的客观现象。多沙粗沙来源区洪水出现的概率不大，但含沙量大、泥沙粗，所以d＞0.05mm粗沙淤积量几乎占总淤积量的一半。应当指出，粗沙区的洪水对黄河干流的影响远非1960年7月到1990年12月的30年内造成下游淤积31.18亿t泥沙，而且造成北干流的淤积和小北干流的削峰滞沙淤积。非汛期以低温效应为动力，北干流和小北干流龙门河段发生冲刷，引起潼关河段淤积，潼关高程抬升，造成小北干流全程游荡，又造成下游游荡河段年均淤积0.7亿t粗沙。粗沙区进入干流的泥沙就这样经北干流、小北干流的时空调节最终进入下游，使下游近300km的游荡河段达不到输沙平衡，总体上造成水库蓄清排浑下游河道集中淤积这样的无法解决的障碍。多沙细沙来源区洪水出现概率大，所以全沙、d＞0.05mm泥沙的淤积量均超过一半，分别为66%和65%。少沙来源区洪水出现概率也较大，因含沙量较低，全沙是冲刷的，但d＞0.1mm的泥沙仍是淤积的。 
　　表1-5198场洪水水文泥沙综合情况 
　　由表1-5分析说明，无论洪水来自哪个地区，都挟带d＞0.05mm的粗沙进入下游河道。在集中治理粗沙来源区的同时，采取粗细泥沙分治是根本之策，是水库调水调沙长期兴利不可或缺的。 
　　毕慈芬（2001）研究了砒砂岩地区土壤侵蚀基本规律，得出该地区产沙是由水蚀、冻融、风力综合作用产生的。每年10月至翌年5月，为非径流产沙，即在顶坡面、谷坡面和沟谷坡脚，冻融、风蚀把泥沙短距离搬运至沟谷坡脚，形成裙状堆积体，构成高含沙水流的前期储备物质。每年6月至9月，侵蚀以暴雨径流为主，形成高含沙水流把前期储备的泥沙输入黄河。黄河上游内蒙古河段孔兑来沙也如此，非汛期中冻融、风蚀将泥沙搬运至孔兑，汛期暴雨把非汛期存储在孔兑中的泥沙以粗沙高含沙水流输入黄河。黄甫川、窟野河等粗沙支流水流〖JP2〗挟带的泥沙特别粗，含沙量很高，既有如上所述产沙过程的特殊性，又受地质特性差异的影响。钱善琪等（1993）、曹如轩等（1995）分析研究了窟野河的输沙特性和粗沙高含沙异重流，发现粗沙高含沙水流中的泥沙主要由d＞0.05mm的粗沙组成，这就引起水沙关系、流变特性、沉降特性等均与细沙高含沙水流有诸多差别。 
　　1.2粗细泥沙分治 
　　1.2.1分治的必要性集中治理粗沙产区对减少进入下游的沙量特别是粗泥沙量是有效的，20世纪90年代以来黄河来水来沙量大幅减少，粒径细化，除自然因素降雨量减少外，水土流失区的治理取得成效也起了不小的作用。来水来沙减少只是缓解了下游河道、水库的淤积，水库如小浪底水库的库容总是有限的，当调沙库容淤满水库转为“蓄清排浑、调水调沙”运用后，下游河道又将回淤，这是由下游河道没有富余挟沙力这一输沙特性决定的。 
　　1.水库减淤和下游减淤不可兼得 
　　费祥俊、傅旭东、张仁分析了黄河下游1960～1996年非漫滩洪水中下游河道冲淤资料，得出三门峡—艾山及三门峡—利津河段排沙比η与来沙系数S/Q的关系 
　　表明无论是分段排沙比还是下游全河段排沙比均与来沙系数成反比，其内在机理仍是粗沙影响。 
　　费祥俊等（2009）根据式（1-1）、式（1-2）进一步得出入海沙量Ws入海、下游淤积量Ws下游与来沙系数S/Q的关系式

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