数十米到数百米宽的胶泥块被黄河水掀出水面，露出一到两米，然后坍落、破碎，被水流冲散、带走。这一现象被称为“揭河底”。然而，数十年来，其发生机理始终困扰着中外科学家。近日，黄河科研人却在破解这一谜题的道路上前进了一大步。
■史俊庭
这是一种曾经在黄河较常见，但现在较为少见的自然奇观：河水将数十米到数百米宽的胶泥块从黄河河底掀出水面。同时，这又是一种破坏性巨大的黄河特有现象，它在冲刷河床的同时，还能冲垮河堤，严重威胁黄河上的各种工程。
这种奇观有个很形象的名字——“揭河底”。
为了揭秘这种奇特现象的机理，中外专家进行了数十年深入的研究。遗憾的是，结果并不理想。然而，近日，黄河科研人却一步步揭开了这种神秘现象的本来面目。
壮哉，揭河底
2002年7月，黄河中游普降暴雨，洪水带着大量泥沙汹涌而下，在小北干流山西河津段，引发了几十年来罕见的揭河底奇观。河务工作者赵国勤蹲守三天，拍下了弥足珍贵的镜头。该视频和消息经各大电视台和新闻媒体报道后，引起了强烈的社会反响。
据统计，1950年以来，黄河小北干流共发生了12次揭河底现象，赵国勤所拍摄的是最近一次出现的揭河底现象。
长期从事泥沙治理研究的黄河水利科学研究院副院长江恩慧教授告诉记者，揭河底是黄河上独有的一种高含沙洪水期河床剧烈演变现象，主要发生在黄河小北干流及支流渭河河段。
江恩慧说，揭河底现象发生时，河床在短时间内遭受强烈冲刷，河底成块、成片的淤积物（俗称“胶泥块”）被从河床上掀起，有的露出水面，然后坍落、破碎，被水流冲散、带走。这样强烈的冲刷，在几小时到几十小时内，能使河床降低一两米以至近十米。
据老船工介绍，揭河底现象在解放前更为壮观。那个年代发生揭河底时，经常是一两百米宽、半米厚的胶泥块从黄河河底被掀起来，露出水面一到两米，持续数分钟到数十分钟。
然而，由于揭河底形成条件比较特殊，包括长年工作在黄河岸边的水利工作者和沿黄群众，能亲眼目睹这一现象的人很少。因此，揭河底现象素有黄河百年奇观之称。
奇观是把双刃剑
黄河水利科学研究院的博士李军华是江恩慧研究团队的主力，他告诉记者，团队通过走访与调查，已经对揭河底有了一定的认识。
“这是自然界最壮观的一种水流现象，也是河床演变最轰轰烈烈的一种表现形式。”李军华告诉记者，在水流作用下，河床泥沙以块体的形式被水流揭起，脱离河底的现象，都称为揭河底现象，又叫揭河底冲刷。
江恩慧介绍说，揭河底冲刷后，淤滩刷槽，形成高滩深槽，有利于河道泄洪排沙，对河床调整起着重要作用，这是揭河底现象有利的一面。但揭河底过程中，河道急剧冲刷和摆动，往往引起河道主槽的迁徙，造成工程着流部位不断变化，极易造成河道工程沉蛰、坍塌，增加防汛抢险的复杂性。
1977年7月6日，河津清涧湾工程河段发生的揭河底，造成清涧湾工程垮坝2097米，大荔县在河滩生产的群众因来不及撤离被洪水冲走41人。同年8月6日发生在渭河临潼一带的揭河底，使东方红抽水站的进水口出露水面，在盛夏酷暑期间，百余万亩的灌区竟无水可引。
“揭河底还常造成下游河道的粗沙量剧增。”李军华说，1966年7月18日至19日，小北干流河段发生揭河底后，大量粗沙输往下游，加大了下游河床淤积，增大了下游的防洪压力。
机理基本明晰
多年的积累，让江恩慧团队掌握了很多揭河底的第一手资料，通过在模型黄河进行验证，他们逐渐了解了揭河底现象的基本形成机理。
江恩慧介绍说，发生揭河底时，黄河及其支流特殊水沙过程形成的特殊的河床层理淤积结构，是必备的前期边界条件，特殊的洪水过程则提供了动力条件。
在高含沙水流中，不稳定的大尺度涡漩会不断分解成中尺度涡漩，并传递到床面区以及胶泥层下面的薄弱层次，使其紊动增强。
此时，下部已经被掏空的胶泥块表面、底面存在传播速度不同的脉动压力波，表面与底面的脉动压力波传播会出现一个最大一个最小的情况。
“当水流作用于胶泥块的动力大于胶泥块的有效重力时，巨大的瞬时上举力就把失稳的胶泥块从河底揭起。”江恩慧说。
李军华告诉记者，尽管通过研究，他们已经搞清了揭河底过程中的很多机理，然而，受制于仪器的发展水平，目前胶泥块底部紊动能传递规律、上举力的成因及作用机理尚不完全清楚。
为此，2012年10月，李军华专门申请了“揭河底冲刷期胶泥层底部紊动能传递规律实验研究”，并获得了国家自然科学基金项目的资助，为更深入地揭秘这一自然现象的机理提供了支撑。
《中国科学报》 (2013-04-10 第4版 综合)
