王 平，張?jiān)h，魏 歡，胡 恬，賴瑞勛

（黃河水利委員會(huì)黃河水利科學(xué)研究院，河南 鄭州 450003）

沖積河流床面形態(tài)是水流、泥沙運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，同時(shí)又通過(guò)床面阻力對(duì)水流、泥沙運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生反饋影響。 床面形態(tài)變化與河床沖淤和泥沙輸移密切相關(guān)，研究床面形態(tài)可加深對(duì)床面阻力和泥沙輸移規(guī)律的認(rèn)識(shí)。 以往大量研究中床面形態(tài)相關(guān)數(shù)據(jù)主要來(lái)自室內(nèi)試驗(yàn)，研究者利用試驗(yàn)獲得的沙粒雷諾數(shù)、弗勞德數(shù)、水流強(qiáng)度等參數(shù)的組合關(guān)系，繪制不同床面形態(tài)的分布區(qū)域圖并對(duì)床面形態(tài)進(jìn)行判別［1-5］。 在一定水流和床沙組成情況下，沙質(zhì)河床會(huì)表現(xiàn)出特定的床面形態(tài)，如沙紋、沙壟、沙浪等。 也有不少研究者通過(guò)試驗(yàn)得到沙壟波長(zhǎng)、波高、背水面傾角等幾何特征參數(shù)，并研究此類參數(shù)與水流條件的關(guān)系［6-10］。 近年來(lái)，隨著觀測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，淺地層剖面儀、旁側(cè)聲納系統(tǒng)、聲學(xué)多普勒流速剖面儀、多波束測(cè)深儀等設(shè)備被應(yīng)用于床面形態(tài)觀測(cè)，可以高效、大范圍地獲得河床二維或三維床面形態(tài)。 如郭興杰等［11］利用多波束測(cè)深系統(tǒng)對(duì)長(zhǎng)江口河道沙波幾何形態(tài)進(jìn)行了觀測(cè)和研究，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)江口河道沙波大都為大型沙波，沙波大小與其所在區(qū)域沉積物粒徑成正比關(guān)系。

在眾多河流中，黃河下游水流含沙量高、河床沖淤變化劇烈、地形復(fù)雜，對(duì)其床面形態(tài)觀測(cè)十分困難。 花園口河床演變測(cè)驗(yàn)隊(duì)于1959年4—9月在花園口水文站附近河段利用小船、測(cè)深桿等進(jìn)行了主槽縱剖面觀測(cè)［12］，測(cè)點(diǎn)間距約20 m，發(fā)現(xiàn)其床面形態(tài)為沙壟，波高為1.3～2.9 m，波長(zhǎng)為200 ～1 600 m，此后沒(méi)有專門(mén)開(kāi)展黃河床面形態(tài)的觀測(cè)工作。 多數(shù)研究者通過(guò)分析動(dòng)床阻力與水沙因子的關(guān)系來(lái)判斷床面形態(tài)類型［13-14］，并不考慮黃河下游河段具體的床面形態(tài)幾何特征。 如張?jiān)h等［15］基于床面形態(tài)控制數(shù)理論分析了黃河下游床面形態(tài)控制數(shù)與床面形態(tài)水力參數(shù)的關(guān)系，從而判別黃河下游低能態(tài)區(qū)、過(guò)渡區(qū)及高能態(tài)區(qū)的床面形態(tài)類型。 顯然，目前對(duì)黃河下游床面形態(tài)幾何特征及演化規(guī)律的認(rèn)識(shí)仍十分有限，這在很大程度上限制了對(duì)黃河下游動(dòng)床阻力規(guī)律的深入研究。

小浪底水庫(kù)已投入運(yùn)用超20 a，累計(jì)攔沙32.86億m3［16］，黃河下游河道由持續(xù)淤積轉(zhuǎn)為持續(xù)沖刷，河槽過(guò)流能力提高，河床粗化。 為獲得此情況下黃河下游床面形態(tài)的特征及變化規(guī)律，筆者以花園口河段為研究對(duì)象，采用多波束測(cè)深系統(tǒng)對(duì)其床面形態(tài)開(kāi)展了深入研究。

1 黃河下游花園口河段概況

黃河下游白鶴鎮(zhèn)至高村河段是典型的游蕩型河段，河長(zhǎng) 299 km，河道比降為 0.017% ～0.026%，河槽寬1.5～3.5 km，兩岸堤距為5～20 km。 該河段河道寬淺，沙洲密布，主流擺動(dòng)頻繁，易產(chǎn)生泥沙淤積，是歷年汛期重點(diǎn)防守河段。 本次觀測(cè)河段位于鄭州市北郊花園口水文站現(xiàn)狀測(cè)流斷面至上游約4 km 河長(zhǎng)范圍內(nèi)，屬游蕩型河段中段。 1950—1999年花園口水文站實(shí)測(cè)多年平均徑流量為406.9 億m3，多年平均輸沙量為10.635億t，多年平均含沙量為26.1 kg／m3。 小浪底水庫(kù)投入運(yùn)用后蓄水?dāng)r沙，大部分時(shí)段以下泄清水和低含沙水流為主。 2000—2018年花園口水文站實(shí)測(cè)多年平均徑流量為257.5 億m3，多年平均輸沙量為0.981 億t，較1950—2000年分別減少了36.7%、90.8%，多年平均含沙量?jī)H為 3.8 kg／m3。

小浪底水庫(kù)運(yùn)用以來(lái)黃河下游河道持續(xù)沖刷［17-18］，2000—2018年黃河下游利津以上河段累計(jì)沖刷量為21.015 億m3，其中高村以上游蕩型河段沖刷量為14.983 億 m3，占利津以上河段累計(jì)沖刷量的71.3%。 河段持續(xù)沖刷使主槽過(guò)流能力提高，黃河下游主槽最小平灘流量由2002年汛前1 800 m3／s 增大至2022年4 700 m3／s。 花園口河段平灘流量由1999年 3 450 m3／s 增大至 2022年 7 200 m3／s，多年平均床沙中值粒徑由 0.094 mm 增大至 0.200 mm［12］。 此外，小浪底水庫(kù)運(yùn)用后游蕩型河段河勢(shì)變化較大，河寬增大、心灘增多、河勢(shì)散亂等現(xiàn)象突出［19］。

2 觀測(cè)設(shè)備及原理

采用R2 Sonic 2024 多波束測(cè)深系統(tǒng)對(duì)花園口河段床面形態(tài)進(jìn)行觀測(cè)，該系統(tǒng)主要包含多波束聲學(xué)系統(tǒng)、輔助設(shè)備和工作站3 個(gè)子系統(tǒng)，其中：多波束聲學(xué)系統(tǒng)包含多波束發(fā)射接收換能器陣（聲吶探頭）和信號(hào)控制處理電子系統(tǒng)；輔助設(shè)備包含GPS 衛(wèi)星定位系統(tǒng)、姿態(tài)傳感器、聲速剖面儀等；工作站包含數(shù)據(jù)顯示、輸出、采集、控制以及后期數(shù)據(jù)處理設(shè)備和軟件等［20-21］。 多波束測(cè)深系統(tǒng)基于回聲測(cè)深原理，通過(guò)換能器的發(fā)射波束模塊在水中發(fā)射聲波，接收波束模塊獲取相應(yīng)的回波，再根據(jù)發(fā)射聲波到接收回波的時(shí)間來(lái)計(jì)算水深。 發(fā)射波束以船為中軸線，垂直船航行方向左右對(duì)稱呈扇形發(fā)射，接收波束平行船航行方向，同樣左右對(duì)稱。 在QINSY 軟件中完成多波束數(shù)據(jù)采集，包括水深數(shù)據(jù)、定位數(shù)據(jù)、姿態(tài)數(shù)據(jù)、水下聲速數(shù)據(jù)等。多波束測(cè)深系統(tǒng)的坐標(biāo)系統(tǒng)分為測(cè)船坐標(biāo)系統(tǒng)和地理坐標(biāo)系統(tǒng)，測(cè)船坐標(biāo)系統(tǒng)將各個(gè)子系統(tǒng)的相對(duì)位置信息歸算在一起，測(cè)船坐標(biāo)系與地理坐標(biāo)系可以相互轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)測(cè)船坐標(biāo)系下相應(yīng)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)及高程的計(jì)算。通過(guò)Caris 軟件對(duì)多波束數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、濾波、合并，再生成水底地形曲面圖，得到完整的水深或河底高程數(shù)據(jù)，之后輸出多種數(shù)據(jù)格式的數(shù)字地形圖。

3 觀測(cè)時(shí)間及水沙條件

利用R2 Sonic 2024 多波束測(cè)深系統(tǒng)對(duì)2016—2018年6—8月花園口水文站測(cè)流斷面以上河段主槽范圍內(nèi)進(jìn)行床面形態(tài)觀測(cè)。 為觀測(cè)到不同流量條件下的床面形態(tài)，觀測(cè)時(shí)間選擇6月下旬—7月上旬的調(diào)水調(diào)沙期和7—8月主汛期。 調(diào)水調(diào)沙期上游小浪底水庫(kù)利用汛限水位以上蓄水量塑造洪峰過(guò)程，7—8月上游來(lái)洪水概率較大，小浪底水庫(kù)將開(kāi)展防汛調(diào)度，不會(huì)對(duì)洪水進(jìn)行攔蓄。 因此，這2 個(gè)時(shí)段具有改變床面形態(tài)的變幅較大的流量條件。

2016年和2017年黃河流域偏干旱，取消了小浪底水庫(kù)汛前調(diào)水調(diào)沙，沒(méi)有塑造洪峰過(guò)程，汛期小浪底水庫(kù)以上也沒(méi)有出現(xiàn)較大的洪水，下泄流量偏小，因此這2 a 只觀測(cè)到小流量條件下的花園口河段床面形態(tài)。 鑒于2016年與2017年花園口水文站水沙過(guò)程較相似，在此僅展示2016年花園口水文站水沙過(guò)程（見(jiàn)圖 1）。 于 2016年 7月 2 日、7月 4 日、7月 7 日對(duì)床面形態(tài)進(jìn)行了3 次觀測(cè)，各觀測(cè)日日均流量分別為692、1 010、1 160 m3／s，日均含沙量分別為 0.34、0.66、0.50 kg／m3；于 2017年 7月 31 日、8月 2 日進(jìn)行了 2次床面形態(tài)觀測(cè)，各觀測(cè)日日均流量分別為876、1 020 m3／s，日均含沙量分別為 0.62、0.59 kg／m3。

圖1 2016年花園口水文站日均流量、日均含沙量變化過(guò)程

2018年黃河流域來(lái)水偏豐，自2月起逐步加大小浪底水庫(kù)下泄流量，使得花園口水文站非汛期流量逐步增大（見(jiàn)圖2），明顯大于2016年和2017年同期流量，特別是6月份流量基本維持在2 000 m3／s 左右。進(jìn)入7月后，上游洪水入庫(kù)，小浪底水庫(kù)進(jìn)行防洪調(diào)度，基本沒(méi)改變洪水過(guò)程，使得花園口水文站形成日洪峰流量超過(guò) 4 000 m3／s 的洪水過(guò)程。 于 2018年 6月22 日、6月 24 日、7月 5 日、7月 6 日進(jìn)行了 4 次床面形態(tài)觀測(cè)，各觀測(cè)日日均流量分別為1 890、1 760、3 820、3 050 m3／s，日均含沙量分別為 0.46、0.51、2.40、7.18 kg／m3。

圖2 2018年花園口水文站日均流量、日均含沙量變化過(guò)程

河床沖淤變化、主流擺動(dòng)及其對(duì)搭載設(shè)備船只行船安全的影響造成各年度觀測(cè)的河床位置并不完全重合，河床長(zhǎng)度和寬度也各不相同。 2016年觀測(cè)的有效床面長(zhǎng)度約3.7 km、平均寬度約100 m；2017年觀測(cè)的有效床面長(zhǎng)度約2.4 km、平均寬度約65 m；2018年6月觀測(cè)的有效床面長(zhǎng)度約2.9 km、平均寬度約120 m，7月觀測(cè)的有效床面長(zhǎng)度約2.9 km、平均寬度約89 m。

4 床面形態(tài)基本特征

4.1 平面形態(tài)

2016年 7月 7 日、2017年 8月 2 日、2018年 6月24 日和2018年7月6 日觀測(cè)的河床平面形態(tài)見(jiàn)圖3（圖中左下方是各測(cè)次觀測(cè)范圍內(nèi)的完整主槽河床，將黑色方框A 中局部河床進(jìn)行放大，置于圖中右上方，以更清楚顯示床面形態(tài)）。

圖3 觀測(cè)河段河床平面形態(tài)

由圖3 可以看出，河床沿主流方向存在較大的高低起伏變化。 從橫向來(lái)看，河床地形存在明顯高差，這主要與主流位置有關(guān)，主流處往往流速大、水深大、河床高程低，遠(yuǎn)離主流則水深小、流速小、河床高程高。河床表面為沙壟形態(tài)，其分布具有一定的規(guī)律，波峰連線呈不規(guī)則曲線，與水流方向大體垂直或斜交，但在橫向上受水流條件差異的影響，波峰連線并不連續(xù)，沙波尺度也有差異。 總體上，主流處沙波尺度小于兩側(cè)非主流處沙波尺度。

4.2 縱向形態(tài)

對(duì)觀測(cè)得到的河床地形自上而下沿中心線進(jìn)行切割，得到河床地形縱剖面，鑒于各測(cè)次得到的河床縱向形態(tài)整體較相似，以2016年7月4 日、7月7 日觀測(cè)的結(jié)果為典型進(jìn)行展示（見(jiàn)圖4）。 可以看出，觀測(cè)河床由若干個(gè)較發(fā)育的、波長(zhǎng)在數(shù)百米甚至上千米的大尺度沙壟組成，使河床地形產(chǎn)生較大尺度的起伏現(xiàn)象。這些大尺度沙壟表面并不平整，存在較小尺度的起伏變化，把大尺度沙壟稱為一級(jí)沙壟，其上覆蓋的小尺度沙壟稱為二級(jí)沙壟，兩級(jí)沙壟疊加而成的沙壟稱為復(fù)合沙壟。 本次觀測(cè)到的花園口河段床面均表現(xiàn)為復(fù)合沙壟形態(tài)。

圖4 觀測(cè)河段河床縱向形態(tài)

5 沙壟幾何特征

沙壟幾何特征參數(shù)主要有波長(zhǎng)、波高、迎水面波長(zhǎng)占比、背水面傾角等。 各參數(shù)定義分別如下：各波谷之間的水平距離為波長(zhǎng)；波谷與下游臨近波峰之間的水平距離為迎水面長(zhǎng)度；迎水面長(zhǎng)度與波長(zhǎng)的比值為迎水面波長(zhǎng)占比；波峰與下游臨近波谷之間的水平距離為背水面長(zhǎng)度；由波高與背水面長(zhǎng)度換算的角度為背水面傾角；波峰與波谷的高程差為波高，由于波峰前后波谷高程一般不同，因此采用波峰與前后波谷高程差的平均值作為波高。

5.1 一級(jí)沙壟幾何特征

一級(jí)沙壟幾何特征值見(jiàn)表1。 各測(cè)次一級(jí)沙壟提取個(gè)數(shù)為 2 ～5 個(gè)，波長(zhǎng)最小值為194 m，最大值為1 167 m，各測(cè)次均值范圍為388～955 m；波高最小值為0.79 m，最大值為4.29 m，各測(cè)次均值范圍為1.47 ～3.03 m；迎水面波長(zhǎng)占比最小值為0.30，最大值為0.78，各測(cè)次均值范圍為0.43～0.68；背水面傾角最小值為0.11°，最大值為1.45°，各測(cè)次均值范圍為0.26°～0.77°。

表1 一級(jí)沙壟幾何特征值

一級(jí)沙壟波高、迎水面波長(zhǎng)占比、背水面傾角與波長(zhǎng)的關(guān)系見(jiàn)圖5，可以看出，一級(jí)沙壟波高與波長(zhǎng)呈明顯的正相關(guān)關(guān)系，而迎水面波長(zhǎng)占比與波長(zhǎng)的相關(guān)關(guān)系不明顯。 在一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)背水面傾角與波長(zhǎng)有趨勢(shì)性關(guān)系，背水面傾角隨波長(zhǎng)增大而減小，但當(dāng)波長(zhǎng)大于500 m時(shí)背水面傾角隨波長(zhǎng)增大不再有趨勢(shì)性變化。

迎水面波長(zhǎng)占比是沙壟幾何形態(tài)的重要因素。Haque 等［22］認(rèn)為沙壟迎水面波長(zhǎng)占比可以表征沙壟的發(fā)育程度，迎水面波長(zhǎng)占比小于2／3 時(shí)沙壟處于發(fā)育中；迎水面波長(zhǎng)占比等于2／3 時(shí)沙壟發(fā)育成熟；迎水面波長(zhǎng)占比大于2／3 時(shí)沙壟處于蝕退狀態(tài)。 從表1 和圖5（b）可以看出，大部分一級(jí)沙壟迎水面波長(zhǎng)占比小于2／3，也就是說(shuō)一級(jí)沙壟仍處于發(fā)育中。 背水面是沙壟產(chǎn)生渦旋和水流阻力損失的主要區(qū)域，背水面傾角越大水流阻力損失越大。 從表1 和圖5（c）可以看出，一級(jí)沙壟背水面傾角很小，大多在1°以下。 Best等［23］認(rèn)為背水面傾角小于10°時(shí)水流在一級(jí)沙壟波峰處難以分離，僅產(chǎn)生間歇性回流。

圖5 一級(jí)沙壟幾何特征參數(shù)間的關(guān)系

5.2 二級(jí)沙壟幾何特征

二級(jí)沙壟幾何特征值見(jiàn)表2，考慮到可能存在的測(cè)量誤差影響，對(duì)波高小于0.1 m 的沙壟不納入統(tǒng)計(jì)范圍，各測(cè)次統(tǒng)計(jì)得到的二級(jí)沙壟數(shù)目為296 ～564個(gè)。 在觀測(cè)范圍內(nèi)二級(jí)沙壟波長(zhǎng)變化范圍較大，最小值為0.39 m，最大值為56.15 m，大部分二級(jí)沙壟波長(zhǎng)集中在數(shù)米范圍內(nèi)使各測(cè)次波長(zhǎng)均值較小，均值范圍為4.71～9.18 m。 波高變化范圍同樣較大，最小值為0.10 m，最大值為2.73 m，大多數(shù)二級(jí)沙壟波高不足1 m，各測(cè)次均值范圍為0.24 ～0.55 m。 迎水面波長(zhǎng)占比最小值為0.10，最大值為0.89，各測(cè)次均值范圍為0.51～ 0.57。 背水面傾角最小值為 0.10°，最大值為72.08°，各測(cè)次均值范圍為 7.51°～14.59°。

表2 二級(jí)沙壟幾何特征值

二級(jí)沙壟波高、迎水面波長(zhǎng)占比、背水面傾角與波長(zhǎng)的關(guān)系見(jiàn)圖6，可以看出，二級(jí)沙壟波高大體上表現(xiàn)出隨波長(zhǎng)增大而增大的趨勢(shì)，迎水面波長(zhǎng)占比與波長(zhǎng)沒(méi)有明顯的相關(guān)關(guān)系。 波長(zhǎng)很小時(shí)背水面傾角分布范圍較大（為0°～75°），隨著波長(zhǎng)增大，背水面傾角范圍逐步收窄，波長(zhǎng)大于20 m 時(shí)背水面傾角基本在20°以下。 此外，各測(cè)次迎水面波長(zhǎng)占比變化范圍較大，這說(shuō)明在相同水流條件的同一測(cè)次中，處于發(fā)育中、成熟和蝕退的二級(jí)沙壟并存，這顯然與天然河道水流和邊界條件的復(fù)雜性有關(guān)。 二級(jí)沙壟背水面傾角大部分在10°以上，遠(yuǎn)大于一級(jí)沙壟背水面傾角，說(shuō)明多數(shù)二級(jí)沙壟波峰處水流分離，形成渦旋，引起阻力損失。

圖6 二級(jí)沙壟幾何特征參數(shù)間的關(guān)系

王哲等［24］對(duì)長(zhǎng)江中下游河床形態(tài)進(jìn)行觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)安慶至蕪湖河段床面表現(xiàn)為復(fù)合沙壟形態(tài)，下部大沙壟波高為5～7 m、波長(zhǎng)為154～267 m，上部小沙壟波高為 2.0 ～ 2.5 m、波長(zhǎng)為 10 ～ 20 m。 Toniolo［25］、Dinehart［26］、Julien 等［27］分別研究的阿拉斯加 Tanana 河、加拿大Sacramento 河以及荷蘭境內(nèi)的萊茵河河道床面均表現(xiàn)為復(fù)合沙壟形態(tài)。 本次研究獲得的黃河下游三維床面形態(tài)在不同流量條件下均表現(xiàn)為復(fù)合沙壟形態(tài)，這表明復(fù)合沙壟是沖積河流常見(jiàn)的床面形態(tài)。 相較于其他河流，黃河下游河床一級(jí)沙壟波長(zhǎng)更大、波高更小，即一級(jí)沙壟更平緩；二級(jí)沙壟波長(zhǎng)和波高也都明顯偏小。

6 沙壟幾何特征與水流條件的關(guān)系

在沙壟發(fā)育、成熟、蝕退過(guò)程中其波高、波長(zhǎng)等幾何特征值不斷變化，變化過(guò)程與水流強(qiáng)度具有緊密關(guān)系。 以測(cè)量當(dāng)日花園口水文站日均流量代表水流強(qiáng)度，建立各測(cè)次沙壟幾何特征平均值與流量的關(guān)系。一級(jí)沙壟幾何特征平均值與流量的關(guān)系見(jiàn)圖7，可以看出，一級(jí)沙壟波長(zhǎng)、波高、迎水面波長(zhǎng)占比以及背水面傾角隨流量增大表現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢(shì)，拐點(diǎn)大概出現(xiàn)在流量為1 500 m3／s時(shí)。 波高與波長(zhǎng)之比也是沙波形態(tài)的重要幾何特征值，可以看出，一級(jí)沙壟波高與波長(zhǎng)之比隨流量增大而增大，當(dāng)流量超過(guò)1 500 m3／s時(shí)波高與波長(zhǎng)之比基本維持不變。 由于這一階段波高、波長(zhǎng)均隨流量增大表現(xiàn)出減小趨勢(shì)，因此波高與波長(zhǎng)之比基本維持不變則表明波高與波長(zhǎng)減小基本同步。

圖7 一級(jí)沙壟幾何特征平均值與流量的關(guān)系

二級(jí)沙壟幾何特征平均值與流量的關(guān)系見(jiàn)圖8，可以看出，一定流量范圍內(nèi)二級(jí)沙壟波長(zhǎng)、波高、波高與波長(zhǎng)之比、迎水面波長(zhǎng)占比以及背水面傾角隨流量增大表現(xiàn)出增大趨勢(shì)，當(dāng)流量大于1 500 m3／s 時(shí)波長(zhǎng)、波高、波高與波長(zhǎng)之比以及背水面傾角維持在一定范圍內(nèi)，不再有趨勢(shì)性變化，迎水面波長(zhǎng)占比則隨流量增大表現(xiàn)出緩慢減小趨勢(shì)。

圖8 二級(jí)沙壟幾何特征平均值與流量的關(guān)系

顯然，二級(jí)沙壟與一級(jí)沙壟幾何特征值隨流量的變化規(guī)律有所不同，主要差別在于各幾何特征值隨流量增大而增大的變化趨勢(shì)出現(xiàn)拐點(diǎn)之后，一級(jí)沙壟波長(zhǎng)、波高、迎水面波長(zhǎng)占比和背水面傾角隨流量增大呈減小趨勢(shì)，而二級(jí)沙壟除迎水面波長(zhǎng)占比有緩慢減小趨勢(shì)外，波長(zhǎng)、波高和背水面傾角都維持在一定范圍內(nèi)，不再有趨勢(shì)性變化。

秦榮昱等［13］研究認(rèn)為黃河下游流量大于2 000 m3／s時(shí)床沙顆粒無(wú)論大小都可以懸浮，沙波消失，輸沙能力很強(qiáng)。 齊璞等［14］研究發(fā)現(xiàn)黃河下游艾山以下河段流量大于1 500 m3／s 時(shí)河道輸沙特性為“多來(lái)多排”，排沙比很高，床面進(jìn)入動(dòng)平整狀態(tài)。 1959年黃河下游床面形態(tài)觀測(cè)結(jié)果表明流量小于1 500 m3／s 時(shí)床面形態(tài)主要表現(xiàn)為沙壟，流量大于2 000 m3／s 時(shí)沙壟開(kāi)始消失，床面進(jìn)入過(guò)渡及動(dòng)平整狀態(tài)［12］。 2000年小浪底水庫(kù)開(kāi)始蓄水運(yùn)用，黃河下游河道持續(xù)沖刷、粗化，床面形態(tài)主要表現(xiàn)為雙尺度沙壟特征，即使在流量達(dá)到4 000 m3／s 時(shí)雙尺度沙壟的特征依然顯著，尚未出現(xiàn)動(dòng)平整狀態(tài)。 這顯然與前述流量大于1 500 m3／s 或2 000 m3／s后河床進(jìn)入動(dòng)平整狀態(tài)的結(jié)論是不一致的，說(shuō)明在高含沙和低含沙條件下，床面形態(tài)演化規(guī)律有所不同，其蘊(yùn)含的不同水沙動(dòng)力機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

7 結(jié) 論

（1）長(zhǎng)期低含沙條件下黃河花園口河段床面為復(fù)合沙壟形態(tài)，即在一級(jí)沙壟表面疊加了二級(jí)沙壟。一級(jí)沙壟波長(zhǎng)均值范圍為388 ～955 m，波高均值范圍為1.47 ～3.03 m，迎水面波長(zhǎng)占比均值范圍為0.43 ～0.68，背水面傾角均值范圍為 0.26°～0.77°。 二級(jí)沙壟波長(zhǎng)均值范圍為4.71～9.18 m，波高均值范圍為0.24 ～0.55 m，迎水面波長(zhǎng)占比均值范圍為0.51 ～0.57，背水面傾角均值范圍為7.51°～14.59°。

（2）一級(jí)沙壟波高與波長(zhǎng)呈明顯的正相關(guān)關(guān)系；迎水面波長(zhǎng)占比與波長(zhǎng)相關(guān)關(guān)系不明顯；當(dāng)波長(zhǎng)小于500 m 時(shí)背水面傾角與波長(zhǎng)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，當(dāng)波長(zhǎng)大于500 m 時(shí)二者不再有趨勢(shì)性關(guān)系。 二級(jí)沙壟波高與波長(zhǎng)呈正相關(guān)關(guān)系，迎水面波長(zhǎng)占比與波長(zhǎng)沒(méi)有明顯的趨勢(shì)性關(guān)系，背水面傾角隨波長(zhǎng)增大逐步減小。

（3）在觀測(cè)流量范圍內(nèi)一級(jí)沙壟波長(zhǎng)、波高、迎水面波長(zhǎng)占比和背水面傾角隨流量增大先增大后減小，拐點(diǎn)出現(xiàn)在流量為1 500 m3／s 時(shí)；二級(jí)沙壟波長(zhǎng)、波高和背水面傾角隨流量增大而增大，流量超過(guò)1 500 m3／s時(shí)不再有趨勢(shì)性變化，這與高含沙條件下的床面形態(tài)變化規(guī)律不同。