论黄河功能性断流

基于黄河河道径流量与河流基本功能之间关系的认识, 提出了黄河功能性断流的概念. 探讨了能够反映黄河功能性断流严重状况的基本因子. 根据1950~1999年间的实测数据结合聚类分析, 得出了关于黄河功能性断流严重程度的分级参考标准. 分别按照作者和黄河水利委员会提出的最小生态需水量方案计算了黄河功能断流的级别, 并对预测结果进行了比较. 在此基础上, 揭示了黄河功能性断流与零流量断流之间的关系.     

黄河下游河道泥沙数学模型及动力平衡临界阈值探讨

黄河最突出的问题是水少沙多,导致下游河道不断淤积抬高,防洪形势日趋严重.为了深入了解黄河下游河道输沙规律,确定河道泥沙冲淤与来水来沙和区间引水之间的关系,建立了适合黄河下游特点的泥沙数学模型,并利用实测资料对模型进行了率定和验证.然后,利用泥沙数学模型就小浪底水库调水调沙运用对下游河道的减淤作用、区间引水与河道冲淤关系、以及下游河道临界平衡等问题进行了研究.给出了下游河道冲淤临界平衡阈值,指出了通过小浪底水库调水调沙运用和控制下游区间引水可以有效地减轻黄河下游河道淤积,为小浪底水库的运用、区间引水和水土保持等提供了量化指标.     

傍河强采地下水的渗透机理研究

针对强采机理展开研究，首先制作一个砂槽实验模型模拟傍河强采地下水的物理过程，然后应用饱和－非饱和流理论建立其数学模型，通过计算机进行理论模拟。物理实验和理论模拟结果一致，并得到了一些数的认识和发现：剖面上的浸润曲线不是上凸的抛物线形状而是一条下凹曲线，随着傍河抽（排）水强度增大，地下水与河水产生脱节，脱节点不位于河床面而在河床上含水层内部，河床上形成上下两个饱和区。     

黄河溃堤过程数学模型及其模拟方法

溃堤和溃坝都属于非恒定含间断的浅水问题, 但两者既有类似又有不同之处. 溃坝计算侧重于出流过程, 溃堤计算则还需要考察口门水流特征和形态变化过程. 鉴于将现行溃坝计算方法用于溃堤计算时会遇到许多困难, 基于四叉树网格, 采用Godunov型有限体积方法, 联合浅水方程、泥沙输移方程、河床变形方程以及口门横向展宽计算方法, 建立了适用于溃堤过程模拟的数学模型, 并采用黄河典型河段的实际地形和水流、泥沙条件进行了应用研究, 得到了黄河溃堤过程中可能出现的口门水流特征和形态的典型变化过程.     

黄河之势何日复?黄河之水何时清?

本文透过黄河断流及污染现状，系统分析了造成黄河这种局面的原因，并根据黄河流域未来３０－４０年的需水预测和我国水资源分布形势，提出了解决黄河问题的合理途径。     

露天矿经济合理剥采比确定方法的改进

目前露天矿经济合理剥采比是与并工开采成本对比计算得到的,计算时没有考虑井工开采的安全事故、地表沉陷等所造成的巨大经济损失,同时也没考虑露天开采对生态环境破坏和环境治理成本.本文综合考虑上述诸因素,并对露天开采和地下开采所引起的安全事故损失等进行了量化处理,利用概率统计法建立了由上述各因素所构成的成本计算模型,提出了:①浅部露天开采和深部井工开采的资源回收率差异较大；②露天与并工开采资源回收率相同；③浅部露天开采、深部暂不开采的矿床,三种条件下新的经济合理剥采比确定方法.以哈尔乌素露天煤矿为例进行了应用研究,确定其经济合理剥采比为10.06 m3/t,比传统方法所确定的剥采比增大0.06 m3/t,实践证明新结果更加合理.     

黄河下游水资源转化结构及其变化规律

在黄河下游河流生态环境需水量和河流系统功能研究的基础上,结合研究区域的实际情况,针对水资源在河流系统中的不同服务目标,将通过黄河下游各主要水文断面的水资源划分为生态环境水、资源水和灾害水3个组成部分(简称“三水”),并分别对“三水”的概念及其在实践中的意义进行了阐述.通过对1950～2001年逐日水文数据的整理分析,计算了每年的“三水”数量,探讨了50多年来“三水”的相互转化情况及其变化规律.结果表明,自20世纪50年代以来,尽管水资源优先用于满足河流系统功能最基本的需要,但可用生态环境水在比例增加的同时水量却不断减少,与黄河下游河道最小生态环境需水量的差值不断增大;而潜在可利用的资源水无论是数量还是比例均呈明显减少趋势.20世纪90年代以来,沿岸实际需水量已经超过潜在可利用的资源水量而需动用早已不足的生态环境水,使河流系统正常功能进一步受损、河道日益萎缩,进而导致灾害水在总水量大幅减少的情况下其比例及潜在危害仍无明显减小.     

黄河下游洪水输沙效率及其调控

针对黄河下游洪水输沙的复杂性,根据1980～1998年实测洪水资料,以花园口-高村河段为例,建立了洪水输沙用水的人工神经网络模型.在此基础上,以提高洪水输沙用水效率为目标,根据控制原理对洪水输沙过程调控进行了模拟与仿真.根据洪水输沙的实际情况,系统设计中采用了开环控制和反馈控制两种不同的控制结构.开环控制系统中,对不同含沙量条件下洪水平均流量对输沙用水量的控制过程做了数值模拟;结果表明该河段流量对输沙用水量的调控作用明显受到含沙量的影响,当含沙量小于20kg/m3时,流量对输沙用水量减小有很好的调控作用.反馈控制系统中,对给定控制目标下河段入口断面含沙量和流量对输沙用水量的调节过程分别进行了仿真;结果表明如果设定合理的控制目标,花园口-高村河段洪水输沙过程可通过入口断面的含沙量和流量进行调控.最后,根据上述方法,对黄河下游其他河段洪水输沙进行了模拟与仿真.根据综合分析,黄河下游花园口以下河段水流含沙量为20 kg/m3时,适宜的调控流量范围是2390～2900 m3/s.     

黄河流域河水与地下水转化关系研究

从控制黄河流域水资源形成的地质、地貌条件入手,依据地下水位动态、同位素以及地下水流场分析和野外调查等资料,分析研究了黄河流域河水与地下水的转化关系,在此基础上提出了黄河流域河水与地下水补排关系的8种模式.分析了各种模式的水动力特征,从而为定量模拟和评价河水与地下水转化关系以及黄河维持机理和流域地下水可再生能力研究提供了科学依据.     

黄河下游复杂水位过程有效拟合新方法研究

针对黄河下游复杂水位过程的有效拟合, 将多项式回归、逐步回归、参数的岭估计等有机集成, 并引进累进变换, 系统形成了一个新方法. 新方法与同类方法的核心区别, 在于考虑了复杂水位过程中常见的弱影响因素间的强耦合作用; 在于综合采用了多种方法最大限度地降低拟合模型误差; 在于引进了必要的累进变换. 新方法有机集成了多个理论和方法的长处, 且使用方便. 新方法有着充分的理论基础, 有着同类复杂拟合问题下的普遍适用性. 进一步用该方法拟合多组黄河下游复杂水位过程, 拟合精度都较现有其他方法提高显著, 拟合模型各项都有明确的物理意义.     

黄河下游漫滩洪水造床机理与水沙调控指标研究

本文采用实测资料分析和理论探讨相结合的方法,系统研究了黄河下游漫滩洪水的造床机理与水沙调控指标.结果表明:对于多沙的黄河,漫滩洪水最充分的发挥了水流动力的输沙造床作用,其削峰滞洪与淤滩刷槽的功效十分显著且不可替代.漫滩洪水的造床作用随着洪水漫滩程度的变化而明显不同,可分为三个阶段;漫滩初期,主槽输沙能力降低,淤滩刷槽作用尚未得到充分展现;漫滩中期,滩槽水沙交换充分,淤滩刷槽作用良好;漫滩后期,淤滩刷槽作用趋缓.综合考虑提高河道输水输沙能力与保护滩区防洪安全,提出的黄河下游有利漫滩洪水的水沙调控指标为:洪水漫滩参数1.4γ1.5、来沙系数ρ0.028,即按照目前下游河道主槽平滩流量为4000 m3/s,通过小浪底水库水沙调控,控制下泄洪峰流量5600~6000 m3/s、来沙系数小于0.028的漫滩洪水,对于塑造与维持黄河下游合理规模的输水输沙通道最有利.若控制下游河道不漫滩,通过小浪底水库水沙调控,建议下泄洪峰流量3500~4000 m3/s接近主槽平滩流量的洪水,对于塑造与维持黄河下游合理规模的输水输沙通道较为有利.     

煤矿区绿色开采

矿山环境问题一直受到国际社会的广泛关注和重视,为了实现资源开采与环境协调一致,实现”低开采、高效率、低排放”目的。本文介绍了矿山开采和利用过程中的矿山环境问题,以及所引起的各种地质灾害现象。分析了资源开采与环境保护之间相互关系以及矿区可持续发展的重要性。针对典型矿山环境破坏问题提出了治理措施,提出了符合21世纪资源开发的全局性矿区”绿色开采”模式。     

黄河下游河道场次洪水排沙比及其不确定性

根据冲积河流输沙率关系所确定的排沙比公式的结构,通过对黄河下游河道场次洪水表观排沙比资料的还原,回归建立了黄河下游全河段(三黑小至利津)场次洪水的排沙比公式,得到了排沙比95%预测区间,量化了场次洪水排沙比的不确定性.统计分析表明:(1)黄河下游全河段(三黑小至利津)场次洪水的排沙比公式可用进口来沙系数Sin/Qin作为唯一参量,进口来流量Qin不必作为第二参量;(2)回归模型的充分性在Sin/Qin0.003(即排沙比SDR2)和Sin/Qin0.003(即SDR2)时有明显不同,SDR=2和Sin/Qin=0.003可能是区分黄河下游全河段(三黑小至利津)场次洪水尺度上不同输沙率关系的一个阈值条件.本文为分析黄河下游河道其它河段的排沙比关系提供了可用方法,并为黄河下游河道汛期输沙需水量的不确定性分析提供了基础.     

策论以黄河电力资源换取渤海水资源--用渤海之水来改造北方7大沙漠

21世纪制约中国国民经济、人口、资源、环境协调发展的重要因素之一是水资源问题.我国北方水荒严重,黄河中游(甘肃、宁夏、内蒙、陕西、山西)与黄河下游(山东、河南、河北)工农业争水的矛盾日益突出,工业化和城镇化对淡水的需求愈来愈大,黄河流域75万km2的土地,保持和发展绿洲经济已面临水资源不足的威胁.而横亘我国北方的条带状沙漠由于几乎没有水资源,不仅环境无法改造,反而以每年新增2000多km2的速度,在不断扩大沙漠化进程.     

黄河下游河道主河槽萎缩特征及其判别参数研究

采用时间序列分析方法对黄河下游河道断面形态参数变化趋势及其变异点进行了系统分析,结果表明:从20世纪50年代以来,断面形态参数发生了趋势性变化,表现为主河槽呈逐年萎缩的态势,且这种趋势在未来仍将延续;黄河下游主河槽萎缩的主要特征是平滩流量和平滩面积的显著下降,相应的平滩河宽、平均水深、最大水深等出现不同程度的下降,同时还伴随着平滩水位和宽深比的上升.提出了黄河下游河道主河槽萎缩的判别参数与判别标准,分析认为下游河道主河槽在70年代开始初步萎缩,90年代以后进入严重萎缩期;提出了三门峡出库水沙过程不协调指数,表明三门峡水库修建后水沙过程不协调性呈增加的趋势;建立了下游河道主河槽萎缩参数与三门峡水库出库水沙过程的响应关系,指出通过水库调控进入下游的水沙过程,特别是调控出库水沙不协调指数,可以缓解和改善下游河道主河槽的萎缩状况,恢复与维持下游基本的输水输沙通道.     

黄河调水调沙的模式及其效果

黄河调水调沙就是利用干支流水库群对进入下游的水沙关系进行调节和控制,塑造出相对协调的水沙关系,以充分发挥下游河道的输沙能力,遏制河槽萎缩、恢复并维持中水河槽．经多年研究,黄河水利委员会探索出了使下游河道不淤积的水沙关系,基于此种关系和黄河流域来水来沙条件,充分利用干支流水库,创立了基于小浪底水库单库调节为主、空间尺度水沙对接、干流水库群水沙联合调度的黄河调水调沙三种基本模式．按以上三种模式进行了10次调水调沙,结果：黄河下游800km长河道主河槽平均下降1．5m,最小过流能力由1800m3／s提高到4000m3／s．同时,河口三角洲生态系统得以恢复和改善．     

降雨入渗过程中土质边坡的固-液-气三相耦合分析

边坡降雨入渗过程伴随着地下水湿润锋面的推进、孔隙气体的迁移和土体的变形,涉及土体固-液-气三相耦合作用.以往对边坡在降雨入渗条件下的非饱和渗流过程及其对边坡稳定性的影响研究大多基于单相流（Richard方程）模型或水-气两相流模型,而较少从固-液-气三相耦合角度分析孔隙气体迁移和土体变形对降雨入渗过程和稳定性变化过程的影响.本文基于连续介质力学原理和混合体理论,建立了边坡土体固-液-气三相耦合数学模型和有限元数值模拟方法.采用Liakopoulos砂柱排水实验成果验证了耦合模型和计算程序的正确性,深入分析了气体边界条件对排水过程的显著影响.在此基础上,采用固-液-气三相耦合模型,研究了土质边坡在降雨入渗过程中的地下水渗流、气体迁移以及变形和稳定性演化过程,揭示了孔隙气体迁移过程和土体变形过程对边坡湿润锋面的推进以及稳定性变化的阻滞和延缓作用.研究成果对于暴雨诱发滑坡机理与防治研究具有一定参考价值.     

黄河流域地下水资源网络地理信息系统的设计与实现

针对黄河流域地下水资源管理的各项需求,提出构建黄河流域地下水资源网络地理信息系统的设计方案和实现方法.主要解决流域海量数据管理和数据共享问题,为黄河流域地下水资源管理与研究提供强大的地理信息系统技术支持.探讨了为大尺度地学研究对象建立分布式网络地理信息系统的必要性和可能性.提出了此类系统建设的网络部署总体策略,数据的分布存储与管理措施,各省基于三层模型的应用程序构架,跨省市数据交互与协同分析的实现方案.阐明了应用程序部署的MVC结构,系统内各类数据库的协作关系及系统预期实现的功能.     

用混合回归模型预测黄河三门峡站年径流变化的初步研究

年径流形成过程受到很多因素的影响,对其未来的精确描述十分困难,常用的成因预测法和统计预测法都有其一定局限性.以年径流作为自回归因子,降水、气温和用水做为回归因子,建立了年径流预测的混合回归模型,并以黄河三门峡站为例,对黄河三门峡站天然年径流未来变化进行了6种方案下的预测.研究表明,混合回归模型既能较好地模拟气温、降水及耗水变化对年径流量的影响,也能体现年径流自身的演变规律.     

大兴矿N2-203开采保护层卸压瓦斯抽采研究

针对开采保护层时瓦斯容易超限的问题,分析了开采煤层过程中,保护层在采动应力作用下卸压增流效应及卸压瓦斯运移规律,采用了对被保护层瓦斯卸压抽采和分源治理的技术措施,以大兴矿瓦斯治理为例,通过实施"封堵漏风口、浅埋大管路、短抽上隅角"等开采保护层和钻孔抽采瓦斯等关键性治理技术,解决了开采高瓦斯煤层群过程中综采面大面积悬顶上隅角空间和回风流中浓度超限的问题,实现瓦斯资源的回收再利用。