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黃河小北干流（禹門口至潼關）河段全長132.5km,河寬為3—18公里,平面形態呈啞鈴狀，河床縱比降上陡下緩,為3—6%00,彎曲系數為1.12，灘槽高差1.25—1.85m，寬深比達40以上，穩定系數0.38—0.78。河道總面積為1107.67km2,河床寬淺，水流散亂，沙洲密布，叉流叢生，沖淤變化劇烈，主槽擺動不定，為典型的堆積游蕩型河道。

1、“揭河底”沖刷情況

“揭河底”沖刷是黃河小北干流河段獨特之奇觀，它是在一定的河床邊界條件下，遇到高含沙量的大洪水時，對河床產生劇烈的集中沖刷，一般發生在洪峰之后的落水期。

“揭河底”發生前數小時，龍門河段洪水中一般會漂浮大量的樹枝、雜草等物，并發出很濃的臭泥腥味，水流渾濁，水面平靜，很快就出現滾滾惡浪，河床大泥塊被水流掀起露出水面，面積幾平方米甚至十幾平方米，有的泥塊像墻一樣直立起來與水流方向垂直，而后“撲通”一下倒進水中，很快被洪水吞沒。河面上大量泥塊此起彼伏，順水流翻騰而下，滿河開花，洶涌澎湃，水聲震耳欲聾。“揭河底”沖刷持續一段時間，會沖出一條數米深數百米寬的河槽，一般沿水流方向成帶狀分布。

據統計，1950年以來，黃河小北干流河段共發生了9次“揭河底”沖刷(見下表)，黃河龍門站的沖刷時間一般為17—22h，最短僅6h，最長達68h。沖刷深度沿程遞減，一般為2—4m，最深達9m（1970年8月）。沖刷距離最近至安昌（黃淤59斷面）,距龍門49.4km，最遠達潼關（黃淤41斷面）,距龍門132km。發生“揭河底”沖刷時，河道在平面上大幅度擺動，主槽強烈沖刷，灘地大量淤積，河勢趨于歸順，形成相對窄深河槽。爾后，在一般水沙條件下，河床又回淤抬高，短則當年就回淤，長則需2—3年，當河床調整達到臨界狀態時，在適宜的來水來沙情況下，再次發生揭河底沖刷現象。河道這一往復性演變過程，孕育了該河段由淤積—強烈沖刷—淤積的周期性變化，但河床總的趨勢是淤積抬高的。

黃河小北干流河段1950年以來“揭河底”情況統計表

時間

年.月.日

最大流量

（m3/s）

最大含沙量

（kg/m3）

沖刷深度（m）

沖刷長度（km）

間隔時間（年）

河槽擺

動情況

1951.8.15

13700

542

2.19

132

1954.8.31～9.6

17500

605

1.69

132

2

有大擺動

1964.7.6～7.7

10200

695

3.60

90

9

有大擺動

1966.7.16～7.20

7460

933

7.50

73

1

無大擺動

1969.7.26～7.29

8860

740

2.85

49

2

有大擺動

1970.8.1～8.5

13800

826

9.00

90

有大擺動

1977.7.6

14500

690

4.00

71

6

有大擺動

1977.8.6

12700

821

2.00

71

有大擺動

2002.7.5

4600

790

1.5

24

2、“揭河底”沖刷條件及機理分析

2.1“揭河底”沖刷條件分析

“揭河底”沖刷是高含沙洪水與河床邊界矛盾對立急劇轉化的必然結果，是該河段河床演變的特有規律所決定的，是河床自然調整演變的過程，也與該河段的河道特性密切相關。

黃河禹門口以上河道縱比降為8.4%00,而禹門口以下縱比降為3—6%00,黃河出禹門口后，由92米的峽谷河槽驟然展寬為4公里以上的河漫灘，縱比降變緩,河道展寬,使流速減小,泥沙不斷淤積,當河床淤積到一定程度時,將不適應高含沙洪水的排泄,通過“揭河底”沖刷使來水來沙與河床邊界相協調。

根據對1950年以來“揭河底”沖刷現象的實測資料分析，產生“揭河底”沖刷一般應具備以下四個條件：

2.1.1洪峰流量大，流速大，大流量持續時間長。黃河龍門站最大瞬時流量大于7400m3/s，流量大于5000m3/s的洪峰持續歷時在8h以上，或最大日平均流量大于3100m3/s，流速達5m/s以上時，即可產生大范圍的“揭河底”沖刷。當黃河龍門站發生中小流量的高含沙洪水時，也可引發局部“揭河底”沖刷。

2.1.2洪峰與沙峰過程基本相應，或沙峰略滯后于洪峰，這將使高含沙洪水仍保持為紊流狀態。

2.1.3水流含沙量大，持續時間長。龍門站瞬時最大含沙量大于542kg/m3，含沙量大于400kg/m3的沙峰應持續16小時以上，或最大日平均含沙量大于400—500kg/m3。

“揭河底”沖刷時，高含沙洪水的泥沙中值粒徑一般為0.04—0.085mm,最大可達0.35mm,且粒徑小于0.01mm的含量一般占泥沙的11%—20.1%。隨著含沙量和細顆粒含量的增加，其粘滯性增大，極限剪應力也增大，而泥沙沉速則減小，當達到一定程度時,泥沙粗細顆粒已不再分選，基本以集合體的形式流動。

2.1.4河床調整達到臨界狀態。即當河床橫斷面形態和縱比降調整達到一定程度，而且河床淤積物具有一定厚度、固結程度較高時，才有可能發生“揭河底”沖刷。歷次發生“揭河底”沖刷前，龍門站700m3/s流量的相應水位為376.16—382.13m。

2.2“揭河底”沖刷機理分析

2.2.1從河流動力學等方面分析

在高含沙水流中，由于大尺度渦漩具有不穩定性，因此在混摻過程中，會不斷分解成中尺度渦漩即載能渦漩，渦漩使紊動增強，流速略有降低，水深有所加大，水體能量向底部傳遞和轉移。由于床面流層內低頻大中尺度紊動的增強，使得脈動流速和壓強增強，產生雙方面的結果，即一方面脈動壓力滿足了起動的邊界條件，使得淤積物塊體被掀起；另一方面，紊動增強后提高了水流挾沙能力，使得掀起的淤積物塊體被沖散帶走，這將使“揭河底”過程持續下去。由此可知，低頻大中尺度紊動能量增加是引起“揭河底”現象的主要原因。在高含沙水流條件下，“揭河底”時的泥沙群體組合（片體、塊體）起動方式為脈動壓力起動。因此，初步認為：當河床不斷淤積使縱比降和橫斷面形態調整到一定程度并發生“晾河底”等現象后，為河床成層成塊淤積物的形成以及塊體邊界剪應力及層間黏合力的消弱或消失創造了條件。高含沙洪水出現后，使水流可能掀起或懸浮的成塊淤積物有效重力減小，懸浮功變小。若受河床邊界條件影響出現大中尺度渦漩，水體動能向底層傳遞，底層紊動、脈動特性增強，底層切應力加大,在忽略層間黏合力和塊體間的邊界垂向剪應力條件下，水體可能掀動的河床淤積物塊體最大厚度，與淤積物密度γs、渾水體密度γm、糙率系數、底層流速或平均流速等有關。當河床淤積物塊體厚度小于這一最大厚度時，渦漩引起的垂向脈動增強即可促發“揭河底”現象發生。

2.2.2從水流含沙量對沖蝕的影響方面分析

泥沙含量對沖蝕的影響是非常復雜的，特別是高速含沙水流，空化空蝕和沖蝕常相伴發生并相互影響、相互作用。泥沙的存在，改變了清潔水流的物化特性和流動性，泥沙挾帶的氣泡增加了水中的氣核，隨著水流含沙量的增加，當含沙量較小時，沙粒所帶氣核對空化空蝕的影響大于沙粒對脈動壓力的影響，此時促進空化空蝕；而當含沙量較大時則制約空化空蝕作用。隨著水流含沙量的增大，由湍流猝發現象而引起的掃蕩沖蝕、切削破壞作用都將不斷增強，從而引發“揭河底”沖刷。

2.2.3從能量平衡的觀點分析

由于高含沙洪水具有與一般洪水截然不同的特性，其容重大、浮力大、河底切應力大，沖刷力強。而黃河龍門以下河道比降較陡，遇高含沙大流量洪水時，水流能量大，在前期河床淤積的情況下，床面切應力增大以及由于高含沙水流有較大的容重，增加了作用在河床泥沙的浮力，從而帶動和掀起淤積物，產生“揭河底”沖刷。

3、“揭河底”沖刷的影響

“揭河底”現象是河床的自然調整，有其有利的一面，也有不利的一面，“揭河底”沖刷后，淤灘刷槽，形成高灘深槽，河槽過洪能力增大，對穩定河勢、降低河道洪水位和減少河槽淤積作用顯著，對灘區農業生產也是有利的。但是，“揭河底”沖刷也會產生不利影響，由于河槽大幅度沖刷，大河水位下降，將造成機電灌站引水困難。可使河勢在平面上產生大的擺動，且淘刷劇烈，嚴重危及工程安全，甚至造成工程毀滅性破壞。特別是在該河段的上段，對工程的危害尤為嚴重，如1977年8月6日發生的“揭河底”沖刷，僅兩個小時就沖毀了原橋南工程1—4號壩和原下峪口工程4—17號壩。2002年7月5日發生的局部“揭河底”沖刷，使左岸小石咀工程1號壩坍塌垮壩達33米，經全力搶護，才化險為夷。

4、“揭河底”沖刷對策

由于“揭河底”沖刷的強度是沿程遞減的，因此，應以黃河小北干流上段為重點,全面做好防御工作。防治“揭河底”沖刷關鍵在于改善河床邊界條件和水沙條件，弄清“揭河底”發展演變的整個過程，掌握其發生的機理，提高認知能力，以便采取強有力的應對措施，進行科學有效的主動防范。因此,設想建造一種機動調流壩，調整理順河勢，控制穩定主槽，實施束水攻沙。同時采用大型柔性塑料水袋等搶堵垮壩決口等險情，試用塑料管或空心鋼筋混凝土管注水筑壩等新技術、新方法來防治“揭河底”沖刷。

4.1加強防范，認真做好監測預報工作

在邊界條件基本具備的情況下，“揭河底”沖刷主要取決于高含沙洪水，因此，水文測報是關鍵，具有舉足輕重的作用，應及時建立完善相應的日常監測機制和應急監測機制，以監測獲取“揭河底”前河床淤積沖刷的演變情況、河床基本地質結構及床沙組成，捕獲“揭河底”沖刷發生的全過程及其水沙條件、河床與河勢演變等情況。

因此，水文部門要不斷改善測報條件，提高測報自動化水平，加速構建黃河水文監測、報汛通信、黃河氣象水文預測預報、黃河水文信息服務等體系，不斷完善水文信息管理系統，充分運用衛星遙感、雷達等水文空間數據采集技術，聲學多普勒流速剖面儀、GPS、振動式測沙儀等水文在線監測技術和常規監測技術，大力提高氣象水文監測預報能力，及時進行洪水泥沙監測預報，增長預見期，為領導決策提供可靠的依據，為防守搶險贏得寶貴的時間。

河務部門要在河道上沿程布設監測控制斷面,完善監測設施,采用先進的監測手段，加強對工情、河勢、水情的監測巡查，及時掌握各種汛情動態。發現異常情況，立即采取有力措施。發生“揭河底”沖刷后,要充分利用水尺、攝像、錄像等現代化的技術手段，及時跟蹤監測攝錄洪水、河勢、流速和“揭河底”變化的全過程，并采集水樣、分析含沙量及泥沙顆粒級配，實地調查出險受災等情況，為進一步研究探索“揭河底”沖刷的規律提供依據。

4.2加強組織領導,完善落實防汛責任體系

防治“揭河底”沖刷，必須切實加強組織領導，建立完善現代化的防汛指揮決策系統，層層落實以行政首長負責制為核心、分級分部門負責的防汛責任體系，真正做到職責到位，思想到位，指揮到位，措施到位。逐級簽訂防汛目標責任書，明確任務,責任到人,各司其職，各負其責、各盡其力，分工協作，密切配合,團結奮戰，奪取勝利。

4.3加強工程維修加固，提高工程抗洪強度

“揭河底”沖刷流量較大，含沙量較高，沖刷力強，最大沖深達9m，而現有河道工程，大多是在臨時搶險中修建的，設防標準低，根石基礎淺，斷面單薄，穩定性差。因此，一定要加強工程維修管理，切實做好根石探摸工作，查清根石分布和壩體基礎情況，及時進行工程整修和加高加固，使各工程根石深度大于歷次“揭河底”沖刷在該工程處的最大沖深1m以上，且達到穩定坡度，并研究采用新結構、新材料、新工藝，以提高工程強度和抗沖能力，確保工程安全。

4.4強化措施，扎實準備，全力搶險

“揭河底”沖刷對工程威脅之大，甚至會造成嚴重毀壞。因此，要以該河段的上段為重點，加強防守，特別是險工險段、重要壩段及新建工程，更要嚴加防范，認真制定切實可行的工程搶險預案，強化落實各項防御措施，扎實做好搶大險的各種準備：一是備足搶險料物，保證落實到位。二是改善通訊照明、交通道路條件，保證完好暢通。三是組建落實強有力的搶險隊伍。切實做到思想認識、人員組織、工具料物、搶險技術、責任制“五落實”，充分發揮專業機動搶險隊和解放軍的突擊骨干作用，加強搶險合成演練，大力提高機械化搶險技術水平和搶險戰斗力。特別要加強對重點工程的防守，在洪水到來之前，準備好必要的裝載機、自卸汽車和一定數量的梢料、鉛絲石籠或土工布袋等物料設備，一旦出險，搶早搶小，全力搶護，務求必勝。

4.5加速河道治理，改善邊界條件

黃河小北干流全長132.5km，而右岸現有河道工程總長僅63.917km，由于工程布設長度不足，未形成整體防御能力，尚不能有效的控制河勢，主流游蕩擺動不定，洪水災害仍很嚴重。因而，要明確治理目標，堅持全面規劃，統籌兼顧，統一治理，標本兼治，除害與興利相結合，治理與開發并舉的原則。加快河道治理步伐，進一步控導理順河勢，維持中水基本流路，沖灘刷槽，塑造相對穩定的微灣式窄深河槽，改善河道形態，以有效的防止“揭河底”沖刷的發生，避免各種災害損失。

4.6大力開展放淤拖淤，減少河道泥沙淤積

河道淤積是導致“揭河底”沖刷的關鍵所在，黃河小北干流兩岸灘區寬闊，具有引洪放淤的良好條件。因此，應加強對小北干流放淤區的研究，切實搞好放淤試驗，抓緊編制報批放淤規劃，盡快付諸實施。同時，要充分利用拖淤等機械設備，大力開展河道拖淤清淤，淤填低洼灘地，減少河道淤積，有效的控制減免“揭河底”沖刷的發生。

4.7完善“上攔”體系，加強調水調沙

水沙條件是影響“揭河底”沖刷的主要因素，調水調沙是防止“揭河底”沖刷的重要舉措。因此，要加快南水北調工程的建設，以解決黃河水少沙多的問題。并結合“攔、排、放、挖”等措施，不斷建設完善黃河上、中游及各大支流的水庫網絡調控體系，盡快興建大柳樹、古賢、磧口等水庫，加強黃河水資源的統一管理，實行群庫聯合統一調度，實時調控高含沙洪水，塑造協調的水沙關系，減少河道淤積。

4.8加大水土保持力度，建設山川秀美工程

黃河中游的黃土高原，植被很差，水土流失嚴重，生態環境惡化，是黃河泥沙和高含沙洪水的主要來源區，特別是黃河中游的多沙粗沙區面積7.86萬km2，僅占黃土高原地區水土流失面積的17％，但年輸沙量卻占全河的63％，粗沙量占全河粗沙總量的73％。據統計，河口鎮—龍門區間多年平均水量僅占龍門站的20％，而沙量卻占85.3％。使龍門站最大含沙量高達933kg/m3，造成河道嚴重淤積，河床不斷抬高，“揭河底”沖刷多次發生。因此，要以產沙相對集中的多沙粗沙區為重點，以小流域為單元，認真制訂治理規劃,采取工程、生物和耕作等綜合措施，利用法律、行政、經濟、技術等有效手段，大力開展水土保持工作，加強治溝骨干工程和淤地壩系建設，特別要抓好皇甫川、孤山川、窟野河、無定河、三川河、昕水河、渾河等重點支流的水土保持生態工程建設。積極退耕還林，植樹種草，建設山川秀美工程，改善生態環境，減少水土流失，以從根本上防止高含沙洪水的發生。

4.9采取有效措施，降低潼關高程

潼關高程的升降直接關系到黃河小北干流河段的沖淤。因此,應采取有效措施，調整三門峽水庫的運用方式，實施射流清淤、裁彎和小北干流放淤，加強河道整治，進一步理順河勢，改善黃河小北干流下段河床寬淺散亂的狀況，并將渭河口入黃下移至潼關港口附近，增大河道動力比降，并結合調水調沙，降低潼關高程。

4.10認真做好救護工作，確保人員安全

“揭河底”沖刷，流量一般在7400m3/s以上，不但影響工程安全，而且會造成大面積漫灘，如果工程失守，后果將更為嚴重。因此，要認真制定落實灘區遷安救護方案，建立完善預警報警系統，強化各項遷安救護措施，準備好各種救生器材設備，在各級防汛指揮部的統一領導和指揮下，在洪水來臨之前，將灘區可能被淹的所有人員全部撤離安置到安全地帶，加強自護和應急救護，確保人民生命財產安全。

當河道工程出現重大險情進行現場搶險時，由于險情發展極為迅速，搶險人員和機械設備都須注意安全，所有一線參加搶險的人員都要穿上救生衣，同時，現場要準備好沖鋒舟等應急救生設備，險情危急時，搶險人員和機械設備一般不要靠近出險部位，宜采用長臂裝載機或吊車拋籠石或大型土工布包進行搶護，以免發生不必要的人員傷亡。

“揭河底”沖刷的邊界條件已基本具備，如遇適宜的高含沙洪水，將可能再次發生“揭河底”沖刷。因此，要大力加強原型黃河、模型黃河和數字黃河建設，進一步研究探索“揭河底”沖刷的規律，全力做好防御“揭河底”沖刷的一切準備，認真落實各項具體措施，嚴加防范，搶早搶小，全力搶護，確保人民生命財產安全，盡力減少災害損失。

參考文獻：

1、張金良等.黃河高含沙洪水“揭河底”機理探討

2、鄧軍，楊永全，沈煥榮等.水流含沙量對磨蝕的影響