北洛河下游河槽形成与输沙特性（发表于1995年<地理学报>2期）

齐  璞  孙赞盈

（黄河水利委员会水利科学研究院，郑州  450003）

提   要 北洛河发源于黄河粗沙来源区，年平均含沙量达128kg/m³,年平均流量仅25m³/s，是典型的多沙河流，但由于泥沙主要由高含沙洪水输送，平水流量小，含沙量低，经常保持窄深稳定河槽，使高含沙洪水挟带的泥沙能顺利输送而不淤，并形成弯曲性河流。

关键词 北洛河  高含沙洪水  河道调整

北洛河的悬沙组成与黄河下游相近，D₅₀=0.036mm，河道比降小于黄河北干流及下游上段河道的比降，与渭河下游河道的比降相近。

北洛河的形成与其演变虽然有自己的特性^[1]，但也遵循冲积河流形成与演变的普遍规律。文献^[2]对黄河中游地区的30多条河流的统计资料表明，年平均含沙量大于100kg/m³的河流，均形成弯曲性河流，北洛河也在其内。因此，详细研究河道形成与来水来沙条件间的关系，有助于加深对黄河下游河道的认识，为黄河治理提供了科学依据。

1.河道概况

北洛河是黄河中游地区的多沙支流，发源于白于山地区，流经黄河高原，在状头站以下流入黄河渭河汇流区，在华阴附近注入渭河。

    图1给出北洛河状头以下河道纵剖面与河道特性的沿程变化。北洛河纵剖面上陡下缓。由状头至洛淤17号断面属于山区性河流，河段长16.9km，纵比降为5.4，河床由沙卵石组成，河谷内几乎没有滩地。自17号断面以下，河谷逐渐开阔，滩地宽度由几百米扩展到1000-3000m，比降由5.4变缓到1.62。17号断面到南荣华校顺直，河道长46.7km。南荣华至朝邑为弯曲性河流，河道长39.7km，弯曲系数为1.5，河槽比降1.881.62。主槽宽约100m，平摊槽深6-10m，宽深比B/H为10-20，具有较窄深的断面形态，一般洪水不漫滩。

北洛河下游河道的床沙与滩地淤积物组成基本相同。D₅₀为0.05—0.06mm，其中粒径小于0.01mm的细颗粒含量约占10%，属于细粉沙，d＜0.064mm的粉沙与粘土含量一般在50—60%，个别时期的个别断面主槽河床的D₅₀达0.3mm。

2  来水来沙特点

    北洛河下游河道的来沙虽然较多，但主要集中在汛期，非汛期的含沙量较低。表1给出状头站1964年至1988年的月平均流量、含沙量，表明非汛期的含沙量一般在0.1-- 20kg/m³,11月至4月的月平均含沙量仅0.04—1.71kg/m³，汛期的含沙量很高，平均含沙量为161kg/m³。汛期月平均流量一般在30—50m³/s。非汛期月平均流量仅6—20m³/s。由此可见，北洛河的泥沙主要由汛期洪水输送。

 

图1 北洛河下游河道概况

Fig.1 General sketch of the lower reachee of beiluohe River

 

表1状头站1964—1988年平均各月来水来沙与河道沖淤情况

Tab.1 monthly average inflow and sediments and channel aggradation and degradation at Zhangtou station from 1964 to 1988

表2给出状头站各级含沙量水流挟带的沙量占总沙量的百分数。有72%的沙量以大于300kg/m³高含沙洪水输送。如表中给出的1967、1974和1977年，大于300kg/m³含沙量水流输送的泥沙分别占90%、86%和89%，大于800kg/m³含沙量水流输送的沙量分别占15.7%、46%和21.9%。1954年9月26日曾经测到最大含沙量1340kg/m³。在近40年内，低含沙量典型年仅出现两次，即1976和1983年，汛期平均流量较大，为65m³/s和56.6m³/s，教多年平均偏大50%左右。

    由于北洛河流域自然地理条件，使洪水挟带的泥沙组成变化不大。从含沙量与D₅₀的关系可知，随着含沙量的增加，D₅₀逐渐变粗，当含沙量大于300—400kg/m³以后，D₅₀变化在0.03—0.06mm之间，当含沙量小于100kg/m³时，D₅₀在0.01—0.03mm之间，D₅₀＜0.01mm的含沙量随着含沙量的增加而逐渐变小，含沙量大于300—400kg/m³以后，d＜0.01mm的含量均占10%—15%。D＞0.1mm的泥沙量最大为30%，悬沙组成较均匀，没有很粗的颗粒。

表2 1960 1988年各级含沙量水流挟带的沙量占总沙量的百分比

Tab.2 Distribution of sediment concentration from 1960 to 1988 in the beiluohe River

年  份		大于某级含沙量（kg/m3）的%									汛  期
		100	200	300	400	500	600	700	800	900	Smax (kg/m3)	Scp (kg/m3)	Qcp m3/s
1960-1988平均		86.8	80.5	72.2	64.6	52	35.3	15.3	8.5	0.1	1340	156	42.5
高 含 沙 低含 沙	1967	94.6	93	90	89.3	80.8	69.2	41.1	15.7	8.5	933	296	39.2
	1974	93	87	86	84	78.3	62	46.8	46.8	37.5	915	188	14.7
	1977	93.3	90.1	89	87.3	86.6	66.6	28	21.9		812	419	35.7
	1976	52.5	16.5	7.1	7.1						440	55	67
	1983	35.8	29.3	24.5							367	29.7	36.6

  
 

图2  北洛河、渭河、黄河S~Q关系（1950 1960）

Fig.2 Relationships between sediment concentration and discharge

in beiluohe River, Weihe River,Huanghe River

    冲积河道的特性，是由来水来沙决定的。来水来沙条件可用输沙率与流量间的关系Q=kQ^m表示，式中m值得大小表示水沙搭配情况。图2给出了进入北洛河、渭河、黄河北干流和黄河下游的月平均流量与含沙量的关系曲线最陡，最大月平均含沙量可达500kg/m³，而低水期的含沙量却很低，含沙量与流量间的方次m’ =m-1）。由于北洛河m、值最大，泥沙主要由高含沙洪水输送，枯水时含沙量最低，河槽不仅不淤还会产生一定的冲刷，由表1可知，从9月至次年4月，河道发生冲刷，5月至8月河道发生淤积，即枯水期冲刷，洪水期淤积。形成北洛河特有的演变特性。

3  河床演变的特性与冲淤特性

  北洛河河床调整变化与来水来沙之间的关系极为密切。图3给出北洛河1958—1988年的来水来沙及朝邑典型断面河槽形态变化过程，可大致划分为三个时段分析。

图3  北洛河来水来沙与河床调整

Fig.3 Incoming runoff  and the adjustment of the river bed of Beiluohe River

(1)1960-1965年，基本上属于丰水枯沙年，除1964年水量特丰达19.2×10⁸m³外，其他年份洪峰流量一般不超过200 m³/s，高含沙洪水出现机会较少，大于300kg/ m³洪水挟带的沙只占年总沙量的40%，1964年虽然为丰水丰沙年，汛期洪峰出现次数较多，但含沙量并不太高，大于300kg/m³洪水挟带的沙量只占总沙量的60%。1965年属枯水枯沙年，没有出现大于300kg/m³高含沙洪水。在此期间，由于三门峡水库蓄水运用，使潼关1000kg/m³水位抬高近5m，回水淤积影响渭河与北洛河下游河道。在不利的来水来沙条件与三门峡水库蓄水的影响下，北洛河下游河道发生严重淤积。从图4给出的历年总剖面变化可知，从1960年到1964年汛前河床抬高4—6m。由图3可知，朝邑站主槽过流面积急剧减少，由1960年的730m²减少到1966年汛前的128m²。若按平均流速1.5 m/s  估算，平滩流量以1960年的1100 m³/s减至 190m³/s。随着主槽的淤积，河床最深点抬高4.7m，平槽的B/H值，从1960年的80逐渐增加到1964年的200,1964年后，B/H值又开始减少，到1965年将至50左右。

(2)1966—1977年，基本上属枯水丰沙年，除1976年外，其余各年的含沙量较高，洪峰流量大小适中，高含沙洪水频频发生，有80%的沙量以大于300kg/m³洪水挟带，其中包括年沙量达1.6×10⁸t 的1977年。

  由于三门峡水库改建，潼关高程基本稳定并略有下降，因此，回水对北洛河下游河道的影响在年际间变化不大。

  从图4给出的1966年10月—1977年10月纵剖面变化可知，河槽平均下切3—4m，1977年10月的河床为1960年以来的最低者。朝邑站平滩时的过流面积由1967年汛前的166 m²，逐渐上升到1977年汛后的700 m²，平滩流量由200—300 m³/s增加到1000m³/s。在此时段内滩唇高程有所升高，主槽最深点高程逐年下降，平滩时B/H值逐年减小，河槽逐渐变窄深。平滩时B/H值甚至小于10。1976年8月，北洛河曾发生一场总水量4.2×10⁸ m³，最大平均流量570 m³的低含沙洪水，河槽发生较强冲刷，滩地大量坍塌，使主槽面积有所增加，其中朝邑断面由405 m²扩大到700m²。

 
图4  北洛河纵剖面历年变化过程（枯水位）

Fig.4  Development of the longitudinal profile of the Beiluohe River

(Lower water stage)

(3)1978—1978年属于枯水少沙年，除个别年份，如1978年和1988年洪峰流量分别为1250 m³/s和1590 m³/s外，一般最大日平均流量为100—400 m³/s，含沙量大于300kg/m³洪水挟带沙量一般只占总沙量的40%—60%，有些年份如1982年和1983年没有高含沙量洪水出现。

  在1982年以前，河槽严重淤积，河槽面积明显减少，由1978年5月的703 m²减少到621m²，主槽最深点升高了2m多。1983年为丰水少沙年，汛期水量6×10⁸m³较多年平均4.5×10⁸m³偏丰32%，而汛期的沙量仅0.178×10⁸t，偏少75%，汛期平均含沙量仅29.7kg/ m³。其中10月份来水3×10⁸m³，最大流量仅220 m³/s，状头至朝邑河段冲刷量达0.06×10⁸t，河槽因坍塌展宽，朝邑站主槽的过流面积由汛期的631 m²增加搭配890m²，但河床最深点高度并没有降低。随着河槽逐年展宽，B/H值有所增大，由50—60逐渐增加到100以上。1988年发生的洪峰流量为1590 m³/s，年均含沙量238 kg/ m³的大洪水又使河床产生较为强烈的刷宽与冲深，河槽冲深1m 多，河槽形态趋向1960年上宽下窄的特征。

  北洛河下游河道河槽形态的变化，1960—1966年期间，既受三门峡水库蓄水运用基准面抬高的影响，又受来水来沙条件不利的影响，河槽严重淤积，断面变宽浅。而在1966年以来，河道形态的调整过程主要受控于流域来水来沙条件的变化。其中高含沙洪水频频出现时，河床明显下切，形成窄深规顺河槽。80年代低沙洪水与枯水枯沙系列出现时，造成河槽淤高并展宽，过流能力减小，河槽相对变宽浅，输沙能力降低。

4  河道输沙特性

  河道输沙特性与河槽形态关系极为密切。当河槽宽浅时，河道输沙“多来多排多淤”，河槽窄深时，河道输沙主要取决于流量的大小。

4.1 漫滩洪水

  北洛河近30年来共发生8场洪水，除1978、1988年洪峰流量1250 m³/s和1590 m³/s没有漫滩外，其余6场洪水的来水来沙与河道冲淤输沙情况见表3

表3 漫滩洪水来水来沙与冲淤输沙情况

Tab.1 Inflow and sediment condiment during overbank floods

在表3给出的6场洪水中，除1965年最大日平均含沙量（213 kg/ m³）较低外，其余5场洪水均属高含沙洪水。其中1966年7月与1977年7月的洪水，洪峰流量、含沙量基本相同，由于河道前期平台流量不同，洪水漫滩程度差别较大，河道的输沙情况很大。前者因平滩流量仅170 m³/s，引起洪水漫滩，造成滩地强烈淤积，河段的排沙比仅61%，淤积量达0.457×10⁸t；而后者因平滩流量达1250 m³/s，洪峰略有漫滩，滩地淤积量仅0.055×10⁸m³，河段冲刷量达0.11×10⁸t，河段排沙比达112%。漫滩指标K（日最大流量与漫滩流量之比）反映出这两场合洪水漫滩程度的不同。河段的排沙比，随着漫滩程度的增大而减小，在漫滩不严重的情况下，河段的排沙比仍可达到100%以上。

  用断面法测得主槽和滩地的冲淤分布情况，冲淤主要集中在17号断面以下河段。一场高含沙洪水之后，主槽的冲刷面积可达100—300，冲深可达2—3m。主槽强烈冲刷与滩地严重淤积往往分布相反，在全断面呈现淤积状态时，一般是滩地的淤积面积大于主槽的冲刷面积。但是滩地的淤积与主槽的冲刷并没有必然的联系，高含沙洪水漫滩后，由于流态进入层流，阻力迅速增加，泥沙发生浆滞性淤积，而主槽的冲刷与流量大小有关。

4.2 不漫滩洪水

4.2.1 高含沙洪水

在平均流量150—200 m³/s，平均含沙量300—800 kg/ m³情况下，洪水排沙比均在100%左右，表明河道在高含沙洪水时不仅不淤还会发生一定的冲刷（表4）。

  对于平均流量在100 m³/s左右和以下的洪水，河道输沙情况变化较大，有时河道排沙比只有20%—30%，有时达到100%以上，主要与当时的河槽形态有关。河道排沙比低时，B/H值均较大（表4）。如1966年和1967年的3场小流量高含沙洪水，河段的排沙比只有16%—59%，B/H值在40—100之间。1968、1979年间，小流量高含沙洪水在最大含沙量400kg /m³至900 kg/ m³范围内河段的排沙比均在100%左右，此时的B/H值较小，一般在15—20之间。1979年以后，小流量高含沙洪水排沙比下降，主要是河槽的宽深比增大，由15—20增加到30—50。需要说明的是，年内首场小流量高含沙洪水的排沙比较低，而第二、三场洪水的排沙比则会提高，主要是前期洪水塑造了新河槽，为后来的洪水输送创造了条件，使河道的排沙比增加。1967年的3场洪水，其河段的排沙比由第一场洪水的59%增加到第三场洪水的114%就是如此。

表4中小流量高含沙洪水来水来沙与冲淤情况

Tab.4 Income flow and sediment conditions and aggradation and degradation of hyper-concertration floods with medium and low discharges

4.2.2中含沙洪水

中含沙洪水输沙时河道一般发生冲刷，河道排沙比绝大多数大于100%，沙量一般可增加20%（表5）。

表5 中、低含沙洪水（100—300kg/ m³）输沙情况

Tab.5 Sediment discharge of medium and low concentrated floods(100—300kg/ m³)

4.2.3低含沙洪水

低含沙量洪水在窄深河槽中输送时，一般发生较强烈的冲刷，河段排沙比大于100%，最大可达288%（表5）。具有含沙量越低，流量越大，冲刷越强烈，河段的排沙比越大的特性。如表5中的5场洪水平均含沙量都在30kg/ m³以下，河段排沙比在170%以上，其中1983 09 28—1983 10 31那场洪水，平均含沙量仅10.8 kg/ m³，平均流量106 m³/s，由于河岸大量坍塌，河槽展宽，河段排沙比288%，冲刷量达0.063×10⁸t，占汛期冲刷量0.096×10⁸m³的一半以上。又如1976 08 23—1976 09 10 那场洪水，河道排沙比达157%，冲刷量达0.137×10⁸t，为历年洪水中冲刷最强烈的一次。

5  结束语

（1）河道弯曲形成的原因，由于泥沙主要由高含沙洪水输送，其结果一方面使枯水的含沙量大幅度降低，河道在此时不仅不淤积反而发生冲刷坐弯；另一方面形成较大滩槽高差，窄深河槽限制了洪水期河势的变化，使得多年塌滩坐弯得意累积，形成现在的弯曲性河流。前者是形成弯曲性河流的来水来沙条件，后者是形成弯曲性河流的边界条件。

（2）北洛河泥沙主要由高含沙洪水输送，平水期流量小，含沙量低，河槽不仅不淤还会产生一定程度的冲刷，如果用Q=kQm中m值表示大小水的水沙搭配情况，则进入北洛河的m值达5，在黄河中下游主要干支流中是最大的，这是形成弯曲性河流的重要条件。

（3）河槽形态变化与来水来沙之间关系密切，当高含沙洪水顺利输送时，塑造出的河槽窄深规顺，河道输水能力高，可使流量仅100 m3/s的高含沙洪水树立输送而不淤。而当低含沙洪水与小流量高含沙洪水经常发生时，河槽趋向宽浅，河槽输沙能力降低，不淤流量增加。

（4） 北洛河下游河道输送的含沙量一般在1000 kg/ m3以内。其河道排沙比，不仅与洪水漫滩程度有关，还与流量，含沙量等因素有关。在严重漫滩时，河道的排沙能力较低。在流量等因素相同时，低含沙量的排沙比较高，可达200%以上，高含沙洪水的排沙比一般在100%左右。

参考文献

1齐璞，黄河高含沙洪水的输移特性及其河床的形成。见齐璞，赵文林，杨美卿编。黄河高含沙水流运动规律及应用前景。北京：科学出版社，1993.150  166.

2许炯心，高含沙型曲流河床形成机理的初步研究。地理学报，1992.47（1）。

3齐璞，黄河下游游荡性河流的形成与改造途径。见：齐璞，赵文林，杨美卿编。黄河高含沙水流运动规律及应用前景。北京：科学出版社，1993.

作者简介

齐璞，1942年生，1963年毕业于北京水利发电学校，长期从事黄河泥沙输移与河床演变研究，发表“黄河高含沙洪水输移特性及其河床形成”等论文近20篇。

THE FORMATION OF RIVER CHANNEL AND

THE CHARACTERISTICS OF SEDIMENT TRANSPORT

IN THE LOWER BEILUOHE RIVER

QI Pu SUN Zanying

(Institute of Hydrauhc Research YRCC)

Key words: Lower beiluohe River. Hyperconcentrated floods. River channel adjustment

Abstract: Beiluohe River. A tributary of the Huanghe River (Yellow River).is lacated in the middle region of the Yellow River basin. This branch is characterized by its high sediment yield.Its annual mean discharge is 25 m³/s and its sediment concentration is measured at 128 kg/ m³.The river has a bed alope of 2‰.The mean diameter of the suspended sediment is 0.036mm .Borh of the bed slop and the sediment composition are similar to those at the lower reaches of the Yellow River.

Since most of the sediment (72% of the sediments are produced annually in long term average)are transported by floods with a concentration of higher than 300 kg/ m³(sometime it can be as hige as 800—900kg/ m³).bank slumping as sociated with lower sediment concentration flow occurs rarely.In contrary, the sediment concentration is very low during non-flood season.However.if the sediment transport is described by the empirial equation Q=kQ^m for all situations the value of for this river can be as high as 5.0. which is the condition for meander river to form.Since he hyperconcentrated flow occurs during flood season.sediments are mainly deposited on the flood plain and the channel is usually deepened in this period. This character is in favor of not onle the sediment transport during flood season but also the formation of a meander river. In summary.having narrow and deep channel is a necessary condition for a river to becom a meander one.