黄河下游河道疏浚挖槽效果的概化模型试验研究
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摘要
1997年《黄河治理开发规划纲要》基于几十年的治黄实践提出了“拦、排、调、放、挖”的综合治理措施，把“挖”作为处理黄河泥沙问题的基本措施之一。本文对“如何挖”最为有利作了初步的试验研究。
通过对黄河疏浚的历史以及现代疏浚工程学的发展进行了回顾和总结，认为已有的疏浚研究大多基于航道疏浚工程，对于防洪疏浚特别是在黄河这种多沙型河流上进行防洪疏浚的研究极为欠缺，本文基于黄河下游河道概化模型试验，对疏浚挖槽后水沙运动机理及效果等进行了研究，得到以下认识。
1．在评述疏浚挖槽效果指标的基础上，提出了挖槽效率减淤指标等概念，为科学的判断挖槽效果奠定了基础。
2．挖槽长度对挖槽效果的影响的试验研究结果表明，河道相对减淤量的增加与挖河长度的增加并不成等比例线性关系，即挖河长度超过一定值后，虽然河道相对减淤量还有缓慢增加，但减淤效率开始减小。据此，挖槽长度的优化值约为10km。
3．基于实测试验资料，就挖槽断面尺寸及挖槽槽底坡降对水流流速、含沙量、河段冲淤量、河段水面线及挖槽效率的影响进行了研究，指出在维持一定疏浚规模的情况下，挖槽断面宜窄深，不宜宽浅，并提出了挖槽断面河相关系B~(1／2)／H的优化值约为5—8，如果要使全河段获得较好的减淤效果，挖槽坡降的取1／10000为宜。
4．采用合理的挖槽尺寸，有利于提高挖槽效率，在本试验范围内，挖槽效率最高可以达到0.95，即挖1m~3泥沙可以减少河道内泥沙0.95m~3。相应的挖槽尺寸近似宽200—300m，深2—3m，长10km左右，槽底坡降为1／10000。
5．概括总结出了河段疏浚挖槽后，疏浚挖槽河段及其上下影响河段的河床演变及水面线变化的模式，即挖槽段逐渐回淤，挖槽上游段逐渐冲刷，并且其回淤及冲刷的强度随时间的推移由大变小。通过对各挖槽影响因素的综合分析，得到了式7-1、7-2、7-3等疏浚挖槽尺寸与挖槽效果的关系。
According to many years practice in the Yellow-river harnessing, the comprehensive regulation measures such as "holding, drainage, adjustment, discharging and excavation" has been proposed in the book of << the compendium for the Yellow River management exploitation planning>>in 1997. Being one of these strategies, the "excavation" has been recognized as the basis measure to deal with sedimentation of the Yellow River. Based on relevant experiment, the best way of how to excavate will be given in this paper.
First the author memorized the Yellow River excavation history and concluded development of modern dredging science, and found that most researches of dredging are related to navigation regulation, little used to flood control especially in the Yellow River with silty.
Based on the experiment of generalized physical model of the lower reach of the Yellow River, and the study of the loaden flow mechanism and the dredging efficiency, the author get some new ideas as follows:
1. Based on the appraisal of three kinds of means that reflect the effect of dredging, proposed several judging indexes (such as dredging efficiency) to estimate excavating results.
2. Through studying the effect of the dredging length, found that it is not a linear relationship between the dredging length and the relatively reduced deposition, for example when dredging exceed a certain length, though the relatively reduced deposition still increase slowly, the depositing volumes begin to decrease. Therefore the optimized dredging length is about 10km.
3. According to the experimental datum, studied the dredging dimensions and the dredging slope that give influence on flow velocity, sediment concentration, scouring and depositing volumes, water level and dredging efficiency etc., indicated that in a certain circumstance, the dredging cross-section is narrower-deeper is better. And give the range of B/H for 5-8, the optimized dredging slope is 1/1000.
4. Using rational dredging dimensions can improve the excavation efficiency. For this generalized physical model, the excavation efficiency can up to 0.95, the relevant dredging dimensions are 200-300width, 2-3deepth,
10km length and 1/1000 slope.
5. Based on the physical model, summarized the general mode of river development in excavated segment with its up and lower influence reach after dredging, it means that gradually deposit in dredging segment while wash out in up reach, and the change intensities are weakening as the time goes on. The author also synthetically analyzed each effect factor on dredging, concluded several relationships between dredging dimensions and efficiency as formulae 7-1. 7-2 and 7-3.
通过对黄河疏浚的历史以及现代疏浚工程学的发展进行了回顾和总结，认为已有的疏浚研究大多基于航道疏浚工程，对于防洪疏浚特别是在黄河这种多沙型河流上进行防洪疏浚的研究极为欠缺，本文基于黄河下游河道概化模型试验，对疏浚挖槽后水沙运动机理及效果等进行了研究，得到以下认识。
1．在评述疏浚挖槽效果指标的基础上，提出了挖槽效率减淤指标等概念，为科学的判断挖槽效果奠定了基础。
2．挖槽长度对挖槽效果的影响的试验研究结果表明，河道相对减淤量的增加与挖河长度的增加并不成等比例线性关系，即挖河长度超过一定值后，虽然河道相对减淤量还有缓慢增加，但减淤效率开始减小。据此，挖槽长度的优化值约为10km。
3．基于实测试验资料，就挖槽断面尺寸及挖槽槽底坡降对水流流速、含沙量、河段冲淤量、河段水面线及挖槽效率的影响进行了研究，指出在维持一定疏浚规模的情况下，挖槽断面宜窄深，不宜宽浅，并提出了挖槽断面河相关系B~(1／2)／H的优化值约为5—8，如果要使全河段获得较好的减淤效果，挖槽坡降的取1／10000为宜。
4．采用合理的挖槽尺寸，有利于提高挖槽效率，在本试验范围内，挖槽效率最高可以达到0.95，即挖1m~3泥沙可以减少河道内泥沙0.95m~3。相应的挖槽尺寸近似宽200—300m，深2—3m，长10km左右，槽底坡降为1／10000。
5．概括总结出了河段疏浚挖槽后，疏浚挖槽河段及其上下影响河段的河床演变及水面线变化的模式，即挖槽段逐渐回淤，挖槽上游段逐渐冲刷，并且其回淤及冲刷的强度随时间的推移由大变小。通过对各挖槽影响因素的综合分析，得到了式7-1、7-2、7-3等疏浚挖槽尺寸与挖槽效果的关系。
According to many years practice in the Yellow-river harnessing, the comprehensive regulation measures such as "holding, drainage, adjustment, discharging and excavation" has been proposed in the book of << the compendium for the Yellow River management exploitation planning>>in 1997. Being one of these strategies, the "excavation" has been recognized as the basis measure to deal with sedimentation of the Yellow River. Based on relevant experiment, the best way of how to excavate will be given in this paper.
First the author memorized the Yellow River excavation history and concluded development of modern dredging science, and found that most researches of dredging are related to navigation regulation, little used to flood control especially in the Yellow River with silty.
Based on the experiment of generalized physical model of the lower reach of the Yellow River, and the study of the loaden flow mechanism and the dredging efficiency, the author get some new ideas as follows:
1. Based on the appraisal of three kinds of means that reflect the effect of dredging, proposed several judging indexes (such as dredging efficiency) to estimate excavating results.
2. Through studying the effect of the dredging length, found that it is not a linear relationship between the dredging length and the relatively reduced deposition, for example when dredging exceed a certain length, though the relatively reduced deposition still increase slowly, the depositing volumes begin to decrease. Therefore the optimized dredging length is about 10km.
3. According to the experimental datum, studied the dredging dimensions and the dredging slope that give influence on flow velocity, sediment concentration, scouring and depositing volumes, water level and dredging efficiency etc., indicated that in a certain circumstance, the dredging cross-section is narrower-deeper is better. And give the range of B/H for 5-8, the optimized dredging slope is 1/1000.
4. Using rational dredging dimensions can improve the excavation efficiency. For this generalized physical model, the excavation efficiency can up to 0.95, the relevant dredging dimensions are 200-300width, 2-3deepth,
10km length and 1/1000 slope.
5. Based on the physical model, summarized the general mode of river development in excavated segment with its up and lower influence reach after dredging, it means that gradually deposit in dredging segment while wash out in up reach, and the change intensities are weakening as the time goes on. The author also synthetically analyzed each effect factor on dredging, concluded several relationships between dredging dimensions and efficiency as formulae 7-1. 7-2 and 7-3.
引文
[1] 张永昌、王恺忱．从历史上看黄河浚淤问题．人民黄河，1979，(4)
[2] 《中国水利史稿》编写组．中国水利史稿(上册)．水利电力出版社，1979
[3] 张幸农、孙波．冲积河流航道整治线宽度研究述评．南科院河港所，1998
[4] Kennedy, R. G.. The Prevention of silting in Irrigation Canals. Proc. NO.2826 Proc. ICE(London).Vol. 119, 1895
[5] 1, 1954
[6] 1934
[7] 1949
[8] B．A．培什金，C．B．鲁萨科夫．挖槽设计问题．人民交通出版社，1964
[9] 1956
[10] 明宗富．疏浚工程学．武汉水利电力大学，1993
[11] 曹鍨．航道疏浚．人民交通出版社，1997
[12] 联合国亚太经社会《提高疏浚能力讲习班》文集．交通部水工程科技情报网，1989
[13] 《中国河流泥沙公报》．(长江、黄河)泥沙公报编委会
[14] 钱宁，张仁． 河床演变学．科学出版社，1987
[15] Mackin, J. H. Concept of the Graded River. Geol. soc. Amer. Bull., Vol. 59, 1948
[16] 王卫红等．黄河长江河道挖沙疏浚对防洪减淤可行性初步分析．第十一届全国水动力学研究计会暨第四届全国水动力学术会议文集．海洋出版社，1997
[17] 刘月兰．关于山东黄河疏浚清淤几个问题的研究．第四届全国泥沙基本理论研究学术讨论会论文集．四川大学出版社，2000
[18] 孙本轩．黄河口实施疏浚拖淤治理的试验研究．第十次疏浚与吹填施工技术经验交流会论文集．机械疏浚专业委员会．1995
[19] 罗肇森．河口航道开挖后的回淤计算．泥沙研究，1997，(4)
[20] 王延贵，吉祖稳等．官厅水库妫水河口疏浚整治方案泥沙物理模型试验研究．中国水科院，1999
[21] 李旺生．挖槽稳定断面计算方法．水道港口．1991，(1)
[22] 姚文艺．黄河下游窄河段挖河后水位变化规律初步研究．第四届全国泥沙基本理论研究学术讲座会论文集．四川大学出版社，2000
[23] 姚文艺等．黄河下游窄河道冲淤特性及挖河减淤关键技术研究试验报告．黄河水利科学研究院，2001
[24] 赵业安等．艾山以下河道冲淤演变与发展趋势．“八五”国家重点科技攻关项目，子专题编号85-926-02-03-01．黄委会水利科学研究所，1995
[25] 疏浚工程手册．交通部上海航道局
[26] 胡春宏，吉祖稳．我国江河湖库清淤疏浚实践与分析．泥沙研究，1998，(4)
[27] 陈东等．河床枯萎疏浚浅论．泥沙研究，2000，(1)
[28] 钱宁，万兆惠．泥沙运动力学．科学出版社，1986
[29] 曹民雄，应强，孔祥柏．崖门口航道挖槽水力学概化模型试验．南京水利科学研究院水利水运科学研究，1997．3，(1)
[30] 谢鉴衡等．河床演变及整治．水利电力出版社，1990
[31] 刘月兰，张明德，刘景国，杨明．山东黄河挖河试验河段冲淤演变分析．泥沙研究，2000，(6)
[32] 黄永键．长江口挖槽回淤计算的探讨．中国水科院，1986．12
[33] 黄胜等．长江口北槽挖槽回淤研究．南京水利科学研究院，1986．5
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[41] 朱贵祥．挖泥与挖泥船．人民交通出版社，1959
[42] 钱意颖等．黄河干流水沙变化与河床演变．中国建材工业出版社，1993
[43] 张仁，谢树楠．试论黄河现行河道的寿命．人民黄河．1987(4)
[44] 周文浩，范昭．黄河下游河床近代纵剖面变化．泥沙研究，1983(4)
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[46]徐福龄．黄河下游明清时代河道与现行河道演变的对比研究．人民黄河，1979，(1)
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[51]尹学良，陈金荣．黄河下游的河性．地理学报，1992(3)
[52]钱宁．高含沙水流运动．清华大学出版社，1989
[53]刘月兰，韩少发，吴知．黄河下游河道冲淤计算方法．泥沙研究，1987(3)
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[59]黎昔春，徐贵．洪道整治设计中的回淤量估算．湖南水利，1998，(1)
[60]李安中．海区河口挖槽中流速变化及回淤预报．两岸港口及海岸开发研讨会论文集．河海大学出版社，1993
[61]辛文杰．珠江崖门口航道潮流，波浪，泥沙数学模型和航道回淤预报及抛泥地选择研究．南京水科院，1995
[62]黄永健．S·，N·电厂取水口挖槽回淤数值计算．中国水科院，1986．
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[87] 胡春宏。王延贵，吉祖稳等．官厅妫水河口清淤疏浚措施及其效果的试验研究．泥沙研究，1999(6)
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