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中美学者联合在顶级期刊撰文揭示黄河下游高效输沙内在机理

  本站讯  日前,以美国莱斯大学伊利诺伊大学、黄河水利科学研究院、清华大学四家学者联合发表的文章The exceptional sediment load of fine-grained dispersal systems: Example of the Yellow River, China细颗粒耗散系统的特殊泥沙输送能力——以中国黄河为例国际顶级学术期刊Science Advances科学进展)刊出揭示了黄河下游举世瞩目的高效输沙能力的内在机理美国知名科普杂志Scientific American(科学美国人)对其进行了视频新闻报道,新华网腾讯网、澎湃新闻等多家国内知名媒体进行了专题报道。 

  实测资料表明,黄河流经中游的黄土高原后,天然情况下,进入下游的年输沙量多年平均为16亿吨,其中约12亿吨左右泥沙输送到河口地区。这比世界上其他大江大河的输沙效率要高效多。美国的密西西比河拥有黄河10倍的水量,但只能把3.5亿吨泥沙输运到墨西哥湾。 

  目前国内外有代表性的输沙公式对粒径大于0.15毫米的粗泥沙具有较好的适用性,但应用在黄河输沙计算中却相差12数量级。对泥沙级配的进一步分析表明,与其他河流不同,黄河泥沙经过长途跋涉,沿程分选,携带大量粒径小于0.025毫米的细颗粒泥沙。这种细颗粒泥沙的运动规律十分复杂,现有的研究还不充分。 

  此次研究根据中方参与人员多年积累的高质量水沙输移数据,并结合过去3年在黄河口现场专门观测获得的床面形态资料,从经典的Engelund-Hansen泥沙输送公式出发,分析得到了既适用于传统粗泥沙,又适用于细泥输送的普适输沙公式,并初步解释了公式背后的物理机制。 

  研究团队指出细泥沙输沙率较高可能与河床床面形态有关。通过3D水下地形扫描仪,研究人员发现,黄河口区垦利河段,河床床面比较平整,没有发育沙垄,河床就像一条输送细泥沙的高速公路,多于95%的水体能量都被用来输送泥沙。而其他一些典型的平原沙质河流,比如亚马河、密西西比河等粗沙质河流,都会形成沙垄河床,沙床造成了巨大的水流阻力,耗费了大量水流能量,只有大约40%60%的能量被用来向下游输沙。 

  该研究得出的具有普适性的输沙公式,不但可以用来分析径流变化和其他人工活动对黄河下游河道、河口三角洲演变的影响,还有望用于研究包括细泥沙河流和海岸线在内的其他细泥沙环境,甚至用于研究火星上古河流等环境的地貌演变过程。 

  该工作黄河水利科学研究院自2015与美国自然科学基金课题组(基金名称“人类活动影响下的海岸三角洲的地貌、社会经济与工程的可持续研究:以黄河为例”)签订合作备忘录以来的一项重要联合学术成果得到了中国国家自然科学基金委员会与美国国家科学基金会项目的资助,并得到了水利部黄河水利委员会的大力支持,黄河水利科学研究院泥沙所教授级高级工程师张原锋、小浪底研究中心高级工程师王远见为本篇文章的共同作者张向萍 


发布时间:2017年05月18日   责任编辑:郭旭帆  来源:
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