浅谈黄河调水调沙

黄河下游河槽淤积的主要原因在于“水少沙多,水沙不平衡”。利用调水调沙,将不协调的水沙关系调节为相协调的水沙关系,是有利于输沙入海、减轻下游河道淤积甚至冲刷的有效途径。本文概述了黄河下游河道淤积情况与黄河水沙不平衡现状,分析了控制下游河道冲刷的控制因素与下游淤积规律,并介绍了前三次调水调沙主要运作方式。     

黄河调水调沙在河南测区的水沙演进初析

调水调沙就是在充分考虑黄河下游河道输沙能力的前提下,利用水库的调节库容,对水沙进行有效的控制和调节．适时蓄存或泄放,调整天然水沙过程,使不适应的水沙过程尽可能协调,以便于输送泥沙,从而减轻下游河道淤积,甚至达到冲刷或不淤的效果,实现下游河床不抬高的目的,同时减缓小浪底水库泥沙淤积。本文主要是对2011年黄河第13次调水调沙试验,在河南测区的水沙演进做初步的分析。     

黄河调水调沙实践

黄河水少沙多,水沙不协调．通过水库联合调度、泥沙扰动和引水控制等手段塑造协调的水沙关系,有利于下游河道减淤甚至冲刷．开展全程原型观测和分析研究,检验调水调沙调控指标的合理性,进一步优化水库调控指标,探索调水调沙生产运用模式,为黄河下游防洪减淤和小浪底水库运行方式提供重要参数和依据．2002-2007年,黄河水利委员会进行了3次黄河调水调沙原型试验和4次调水调沙生产运行,效果显著,成果丰富,取得了巨大社会效益和经济效益．     

调水调沙驯黄河

什么是调水调沙 黄河是世界上含沙量最大的河流,每年它会从黄土高原带走16亿吨的黄沙,但其中有4亿吨泥沙不会流入大海,而在水库和下流河道中沉积下来,下游河床由此以平均每年10厘米的速度抬升。“调水调沙”就是通过调控水库泄水,把淤积在黄河河道和水库中的泥沙尽量多地送入大海,冲刷河床,减缓泥沙的淤积。     

考虑西线引水的黄河上游调水调沙潜力研究

针对黄河上游宁蒙河段泥沙淤积、河道萎缩等问题,在保障黄河上游发电、防洪、防凌、供水等目标的前提下,分析未来南水北调西线工程对梯级水库调水调沙潜力的影响.分析了龙、刘水库调水调沙的关键控制性指标,构建了调水调沙方案集,建立了调水调沙模型,并采用逐步优化嵌套动态规划逐次逼近算法求解.结果表明:(1)龙、刘水库在4月下泄调沙水量,可为汛期预腾防洪库容,既可缓解河道泥沙淤积,又可保障水库及下游河道的防洪安全;(2)各方案均能满足发电及供水的通量要求,但调沙对发电效益产生负面影响;(3)现状年调沙潜力为平均4年1次;远景年西线引水后,调沙潜力将有所提高,最大为平均2年1次.研究成果探明了黄河上游调水调沙的可行空间,阐明了西线引水对多目标的影响,为指导黄河上游水资源利用提供了理论依据.     

论黄河调水调沙

首先从7个方面论述了黄河调水调沙的理论根据和实践基础,包括黄河下游输沙能力表达、堆积性与洪峰期间的巨大输沙能力、河道的游荡多变与平衡趋向性、“多来多排”的根据及利用、“冲河南（段）,淤山东限）”及其相反、第二造床流量与平滩流量、下游排沙比与水库排沙比关系以及拦粗排细等．接着,根据6年来调水调沙的实践,阐述了5个方面的主要效益：加大了入海沙量;降低了洪水位;扩大了主槽和加大了平滩流量;增加了山东河段冲刷比例,没有发生“冲河南（段）,淤山东（段）”;改善了小浪底水库变动回水区淤积部位,促进了异重流和浑水水库排出．尤其是加大了平滩流量,其最小值从1800m^3／s加大到3500m^3／s．利用调水调沙,大幅度改善了900km的河道,这在世界治河史上是创举．最后,分析了黄河调水调沙的巨大潜力,若能充分发挥,有可能利用75％的来水,排走全部来沙．     

黄河调水调沙对下游河道的作用

2002-2008年黄河成功地进行了8次调水调沙,经过运行黄河下游河道主河槽河底高程平均下降约1米,最小行洪能力已由1800m3/s提高到3800m3/s。实践证明,黄河调水调沙起到了卓为显著的成效,调水调沙作为处理黄河泥沙、维持黄河健康生命的措施不仅是可行的,而且是有效的。     

黄河下游河道萎缩过程初步分析

黄河下游河道萎缩与来水来沙条件具有复杂的响应关系，根据黄河下游汛期实测水沙过程及断面形态资料，采用河槽过水面积、来沙系数、同流量水位变化、河相系数变化描述河道萎缩过程。结果表明：20世纪90年代以来，由于来水来沙条件的变化，黄河下游来沙系数增大，同流量的水位进一步抬高，河道过水面积大大减少，河道萎缩进一步加剧，并且河道萎缩与来沙系数有一定的关系，当来沙系数大于某一值后，河道由冲刷转化为淤积，河道过流能力下降；随着河道的萎缩，河床形态会有一定的调整，二者关系密切。     

浅析黄河下游二级悬河的成因及整治措施

虽然小浪底水库已建成投入运用,黄河大堤进行了多次加高,但黄河下游的防洪形势依然严峻。黄河下游“二级悬河”的局面,是不利的水沙条件与边界条件共同作用的结果,不仅能使河道整治工程失去作用,也对防洪和滩区群众生命财产构成了极大威胁。提出了适时进行调水调沙、淤筑相对地下河、主槽疏浚、加强河口治理等综合治理措施。     

浅析黄河下游“二级悬河”成因与治理对策

黄河下游自2002年7月连续八年九次的调水调沙实践成果证明,＂调水调沙＂对于调整下游河道断面形态、扩大下游河道主槽过洪能力、缓解＂二级悬河＂的不利局面等均具有重要的作用,成效显著。但由于黄河水少沙多、水沙不协调的特点未发生根本的改变,主河槽最小过流能力由2002年的1800立方米每秒提高到2009年的3880立方米每秒,过流能力仍然偏小,＂二级悬河＂形势依然严峻。本文从分析和总结＂二级悬河＂成因基础上,提出治理对策。     

黄河下游洪水调控指标研究

依据200余场次洪水观测资料,应用统计分析、实体模型试验和数学模型计算等方法,对洪水按漫滩程度、水流含沙量高低、流量过程线形态特征和洪峰与沙峰相位差进行了分类;分析了塑造主槽的洪水关键因子;研究了黄河下游洪水过程调控关键技术指标。研究表明,黄河下游河槽高效输沙和塑造主槽作用较大的平滩流量约为4000m3/s,流量为4000m3/s条件下的洪水输送的临界含沙量为50kg/m3;对于不漫滩洪水,首选方案应按当时主槽的平滩流量控制,且平滩流量下的洪水流量过程以接近矩形波过程较好,峰前水量占洪水总水量的25%以上,洪水历时不小于7d;对于漫滩洪水,应控制洪峰流量大于平滩流量的1.5倍且大于洪水平均流量的1.2倍,同时应尽量控制洪水涨水期水量与洪水总水量之比不小于0.5,并保持洪峰与沙峰同步运行,洪水历时不小于7d;洪水调控分组含沙量大小主要取决于悬沙及床沙的级配;洪水来沙系数的调控指标视洪水类型而异,不漫滩洪水为0.012kg·s/m6,漫滩洪水为0.015kg·s/m6,同时还应控制分组泥沙的来沙系数。     

黄河下游防洪减淤对洪水水沙搭配的要求

本文总结了以往对黄河下游河道冲淤临界条件的研究情况，分析了下游河道淤积严重的水沙搭配情况；利用1960～1999年422场洪水资料建立了黄河下游4个河段洪水排沙比综合水沙与边界系数的关系，该系数包括流量、含沙量、洪峰流量变幅、洪水沿程衰减系数、洪水历时、早滩流量、前期累积淤特别是等因素；利用4个河段的冲淤临界条件勾画出了4个河段洪水冲淤调整与来水来沙搭配之间的关系；被关系可为小浪底水库调度决策以及黄河下游治理提供参考。     

黄河下游河道对水沙过程变异响应

 近年来黄河下游河道来水来沙量持续减少,河道演变特性发生变化,同时引起黄河下游河道的“小水大灾”、“横河”、“斜河”等问题。针对日趋严重的水灾问题,本文选取黄河下游典型站点分析黄河下游河道对水沙过程变异的响应,得到初步认识：一方面,由于黄河来水量减小,水流挟沙能力降低,致使黄河下游河槽持续淤积抬高、河槽变窄、河道过水断面变小,易引起“小水大灾”;另一方面,由于来水来沙量变异,黄河漫滩概率减小,使黄河下游河型发生缓慢的改变,引起河势变化,原有的部分工程措施因水流流路的改变被迫废弃,甚至产生负作用,形成水灾。     

黄河三门峡建库前后44年下游河道冲淤变化特征分析

对三门峡建库前后44年下游河道的冲淤变化特征作了全面系统地分析研究。黄河下游河道逐年淤高，原因是来水少、来沙多，超过河床输沙能力所致，下游河床只适应于平均含沙量50kg／m3左右的洪水。本研究可为下游防洪、河道整治以及小浪底水库运用方式提供科学依据。     

黄河中下游河道生态需水研究

 根据黄河流域生态需水的特点,将研究重点放在中下游河道,选择黄河中下游及部分支流的主要控制断面研究黄河流域河道内生态需水。以河流水体存在（不断流或干涸）、水生生物完整性以及河流系统的水沙平衡为保护目标,分别计算河道最小生态流量、适宜生态流量和洪水期生态流量,将不同生态流量耦合时间特征计算了全过程生态需水。研究结果表明,黄河中下游河道适宜生态流量、洪水期生态流量和最小生态流量的相对值分别为18%～29%、156%～187%、9%～15%,对应于汛前期（4-6月）、汛期（7-8月）和汛后枯水期（9-3月）的河道生态需水,据此算得黄河中下游流域年生态需水总量占多年平均径流量的35%～43%。从河流生态需水时间特征出发提出的全过程生态需水计算成果,将为黄河流域的水资源合理调度和管理,生态系统保护和恢复提供科学依据。     

三门峡水库对黄河冲淤分析

为了分析多沙河流上水利工程对水沙运动规律的影响。根据三门峡工程的运用实践，实际资料以及以往的研究成果，应用系统工程方法分析了三门峡水库对黄河冲淤的主要原因，结果表明，水利工程对多沙河流水运动特性的影响具有一定的规律。     

紊流消能与泥沙制紊分析

在一次洪水过程中,各时点含沙量随水流紊动及摩阻比降而正变,紊流消能规律占主导;而对于一个洪水过程整体,间歇性的泥沙与水流的滑脱影响积累起来,显示出泥沙制紊作用。在河流多次洪水记录中,取洪水期平均流量大致相等的几次洪水相比较,可看出泥沙制紊作用并与试验室水槽多次稳定流实验结果一致：洪水期平均含沙量较大的洪水,其加权平均流速较大,而加权平均摩阻比降较小。反之亦然。文中用大量实际资料对紊流消能和泥沙制紊进行了论证。     

长江武汉段和黄河花园口段水体中重金属污染物的急性毒性效应

采用Q67发光菌和大型蚤为试验生物,在实验室条件下对长江武汉段、黄河花园口段的河水及表层沉积物和孔隙水及其加标样品(Cu、Pb、Zn、Cd、Ni)进行了毒性测试,通过测定样品对受试生物的EC₅₀和LC₅₀值,评价了2河段水体重金属毒性和对毒性的屏蔽效应。结果表明长江武汉段和黄河花园口段的上覆水和沉积物孔隙水均未对Q67发光菌产生毒性,但是长江沉积物样品在96h内对大型蚤产生明显的急性毒性。加标重金属后,长江孔隙水中观察到的毒性均小于黄河孔隙水;而在上覆水中,加标后毒性增加,其中加入相同质量浓度Zn和Ni,长江表现出的毒性反而大于黄河;对加标的长江沉积物,不同重金属对大型蚤的毒性大小顺序是Cd, Cu, Zn, Pb。