中美研究初步揭秘黃河輸沙有望助力減災：洪水頻發因為沙太多

黃河是中華民族的母親河，但由於水少沙多，歷史上也是水災不斷的一條河流。中美研究人員12日報告說，他們初步揭示了黃河高效輸沙的內在原因，獲得的輸沙公式將有助於預測和防止黃河洪澇災害的發生，並為相關科學決策提供依據。

論文第一作者、美國賴斯大學博士後馬宏博對新華社記者介紹說，黃河輸沙非常高效，中游的黃土高原曾經每年給黃河下游補給16億噸泥沙，其中10億噸輸運到渤海。相比之下，美國密西西比河水量是黃河的10倍，但只能把3.5億噸泥沙輸運到墨西哥灣。「只是黃河沙太多了，即使黃河如此高效輸沙，也沒辦法把泥沙完全帶走，導致黃河河床抬高、洪水頻發」。

此前，泥沙運動規律研究主要是針對粒徑大於0.15毫米的較粗泥沙，相關輸沙公式也較適用於較粗泥沙環境。但黃河與一般河流不同，它攜帶有大量的極細顆粒泥沙，粒徑小於0.15毫米，這種極細沙的運動規律十分複雜，所以研究還不充分。

在發表於美國《科學進展》雜誌上的最新研究中，賴斯大學與黃河水利科學研究院、清華大學等機構合作，利用中方參與人員多年積累的高質量水沙數據，並結合過去３年在黃河現場專門觀測獲得的床面形態資料，分析得到了具有普適性的黃河細沙輸沙公式，並初步解釋了這個現象背後的物理機制。

研究結果顯示，細沙輸沙特徵與粗沙輸沙顯著不同，細沙輸沙量在同樣的水力學條件下是粗沙輸沙量的10到100倍。細沙輸沙率較高，可能與黃河河床無法形成規則的沙壟床面形態有關係。沙壟類似於沙漠沙丘，一般粗沙質河流的河床都會形成沙壟，從而造成巨大的水流阻力，大量耗費水流能量，導致輸沙率降低。

「沙壟對泥沙運動的影響可以想像成我們在一個顛簸的路段開車，車是沒法開快的，」馬宏博說，「黃河床面由於沒有沙壟，接近平床，所以近乎所有的水流能量都能被用來輸沙，使得輸沙效率急劇增加，就像我們在高速公路上可以開快車一樣。」

研究人員還猜想，黃河無法形成沙壟，可能是因為細沙在運動時多以懸浮為主，很少在床面附近運動，所以無法構造床面形態結構。

馬宏博說，他們提出的公式可以用來分析徑流變化和其他人工活動對黃河下遊河道、三角洲演變的影響，為科學決策提供依據。例如，他們的公式可分析建壩如何影響輸沙效率和洪水風險，而「這些情況之前是沒有一個很好的估算的」。

除黃河外，這個輸沙公式也有望用於研究包括細沙河流和海岸線在內的其他細沙環境，甚至用於研究火星上古河流等環境的地貌演變過程。

該研究工作獲得了中國國家自然科學基金委員會與美國國家科學基金會的資助，並得到黃河水利委員會的大力支持。

（原題為《中美研究初步揭示黃河輸沙原因　有望助力防洪減災》）

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