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。     

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。     

黄河调水调沙关键技术

黄河泥沙的不断淤积使其下游近1000km的河道成为"地上悬河",洪水威胁不断增大。要遏制其河道淤积增加趋势,现阶段可采取的有效途径之一是调水调沙,即改变进入下游河道的水沙关系。黄河中游干支流水库的修建为实施调水调沙提供了工程条件。实施调水调沙,必须突破三大关键技术,一是塑造水库异重流,二是确立河道水沙关系,三是遏制洪峰增值。实践证明,掌握了这三大关键技术,可以实现调水调沙的成功运行并取得预期效果。     

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．     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

黄河中下游水库-河道-滩区水沙模拟系统的构建与应用

库区减淤和坝下游河道防洪是黄河中下游洪水管理需要统筹考虑的目标,为此建立了能够实现库区、下游河道和滩区联合模拟的水沙模拟系统.该系统由一维水库、一维河道、二维滩区3个子模型和水库调度模块组成.其中水库模型通过浑水明流与异重流控制方程的交替求解模拟异重流的形成、传播与出库过程.模拟系统中采用的控制方程充分考虑了水沙输移与河床变形之间的耦合作用,数值方法主要采用了具有激波捕捉能力的有限体积法,水库调度模块可以对多种调度模式自定义组合.模拟系统给出的2012年黄河调水调沙过程中小浪底库区水位变化,异重流演进,下游水文断面含沙量变化等计算结果与实测过程符合较好.通过坝下游一维河道模型和二维滩区模型的联合模拟,分析了兰考东明滩区漫滩洪水过程中植被阻力对演进速度和冲淤分布的影响.最后采用该系统模拟了小浪底水库运用条件下"1958"型洪水的演进过程,在防洪调度规则下小浪底水库最大下泄流量约9 000m~3/s,花园口洪峰流量削减了3 982m~3/s,库区及坝下游累计淤积量分别为3. 68×10~8t和1. 33×10~8t.因此该模拟系统可以为黄河中游水库优化调度,下游河道防洪工程建设以及蓄滞洪区运用提供科学依据.     

三峡水库干流典型消落带泥沙沉积过程

 选择三峡水库中游干流典型消落带断面,现场调查泥沙沉积速率随高程分布,探讨三峡水库特定水位调节模式和长江上游泥沙输移的季节性特征对消落带泥沙沉积的影响。结果表明,消落带泥沙净沉积主要发生在145~168 m 高程,2010年累积净沉积厚度为1.1~39.9 cm,随高程增加逐渐减小,145~155 m 平均泥沙沉积厚度为14.9 cm,155~168 m 平均泥沙沉积厚度为2.6 cm;2013年累积净沉积厚度为3~80 cm,表明三峡水库干流消落带泥沙沉积过程迅速。泥沙粒径随高程增加逐渐变粗,体现在砂粒体积分数和中值粒径逐渐增大。消落带下部沉积泥沙颗粒组成与干流悬移质泥沙接近,而消落带上部沉积泥沙明显粗于干流悬浮泥沙。消落带泥沙沉积速率与水库水位调节密切相关,雨季水库低水位运行,长江悬移质输沙量的增加导致了消落带下部大量泥沙沉积;旱季水库高水位运行,长江悬移质输沙量减少导致消落带上部泥沙沉积速率降低,消落带河岸侵蚀对沉积泥沙贡献逐渐增大。消落带淹水时间随高程增加而缩短,长时间淹没有利于消落带下部泥沙沉积。综合推断,三峡水库干流消落带下部泥沙主要来源于雨季河流悬移质泥沙的沉积,而消落带上部沉积泥沙主要来自旱季消落带河岸侵蚀产沙。     

黄河流域水量调度的自校正控制模型

为克服单纯人工调水的局限,满足现代黄河水调工作的需要,建立了黄河流域水量调度的自校正控制模型。以防凌、防断流以及"公平分水"为模型控制目标,以黄河干流骨干水库为调节器,及时跟踪、掌握水调系统控制流量、引水流量、水库泄量、水位等状态参数,调节水库泄流、调整引水计划。运用该模型编制了黄河流域2001至2002水文年的水调方案并与当年实际情况对比。结果显示与实际水调情况下的控制断面流量平均偏差1.05%,小浪底水库下泄流量平均偏差2.77%,各省区耗水量平均偏差4.40%,省区耗水过程偏差14.37%。该模型目前已经在黄河水量调度中心投入运行。     

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。     

航道整治线宽度计算研究——以汉江下游河道为例

在总结现有整治线宽度计算研究成果的基础上,根据汉江来水来沙条件和整治河床演变特点,基于河流输沙平衡及能量耗散原理,建立了适应于汉江下游悬移质造床为主河段的整治线宽度新的计算方法,该方法应用于汉江下游航道整治工程中,航行条件获得了显著改善.该研究成果为未来航道整治工程规划设计提供了重要参考.     

黄土丘陵沟壑区降雨产流产沙特性及治理模式

根据径流实验站的实测资料分析了黄土丘陵沟壑区典型沟道小流域的降雨径流特性 :该地区均为短历时的超渗产流 ,次产流降雨历时小于 70 m in,相应的径流量小于5 0 m m。根据极限含沙量的概念 ,在小流域内减少汛期径流就能有效地控制水土流失。通过坡改梯和淤地坝等水土保持措施 ,可以有效地拦蓄汛期径流 ,从而显著减少黄河中游多沙粗沙区进入黄河干流的泥沙 ,减缓来沙量大于水流挟沙力的矛盾 ,使危害黄河的灾害泥沙保留在坡面上和小沟道内而成为资源泥沙     

整治工程影响下大清河航道水流泥沙冲淤分析

基于实测资料对大清河航道的水动力及泥沙特征进行了分析,从水流连续性方程,泥沙运动方程出发,建立了水动力泥沙二维数学模型,在此基础上对典型水沙条件下河道内水流、泥沙运动、航道选线及淤积预测进行了模拟研究。重点分析了工程整治后河道内流态、地形变化对航道冲淤的影响,对航道整治工程进行了评价。研究表明,大清河泥沙运动主要受径流携带的泥沙,河道地形影响,航道工程整治后仍保持上冲下淤的态势,水流归槽效应是航道主槽淤积的主要因素。     

Sources and transportation of suspended matter and sediment in the southern Yellow Sea: Evidence from stable carbon isotopes

The concentrations of total suspended matter (TSM) and the compositions of organic stable carbon iso- topes of TSM and bottom sediments were analyzed to study the sources of TSM and sediments and the transportation processes. For this study, 284 TSM samples and 64 sediment ones taken from 67 stations along 7 transects and in 5 layers were collected in the southern Yellow Sea on the cruise in May, 1998. The main sediment transportation pattern in the southern Yellow Sea was obtained by analyzing the distribu- tion characteristics of TSM concentration and particulate organic carbon δ~(13)C values. It was confirmed from the pat- tern that the bottom layer plays a more important role than the surface one in the transportation processes of terrigenous material to the central deep-water area of the southern Yel- low Sea. The Yellow Sea circulation is an important control factor in determining the sediment transportation pattern in the southern Yellow Sea, The carbon isotope signals of sedi- mentary organic matter confirmed that the main material in sediments with high sedimentation rate in the Shandong subaqueous delta originated from the modern Yellow River. The terrigenous sediments in the deep-water area of the southern Yellow Sea are mainly from the abandoned Yellow River and the modern Yellow River, and a small portion of them are from the modern Yangtze material. The amount of terrigenous material from Korean Peninsula and its influen- ce range are relatively limited. The conclusions derived from TSM and stable carbon isotopes were further confirmed by another independent material source tracer-PAHs.     

长江中下游的河床纵剖面演变分析及预测

为预测长江中下游河床纵剖面的演变趋势,利用最小能耗率理论计算了该江段的平衡河床纵剖面,研究了这些河段河床演变规律及其未来的变化。分析了长江水库拦沙、河道采砂、近期水沙变化、未来引水及需水量增长等因素。结果表明,长江中下游河床纵剖面还未达到动态平衡,大部分江段以淤积为主。在没有人类活动影响下,达到动态平衡还需要很长一段时间。由于引水和需水量的增长,未来长江中下游达到动态平衡需要淤积更多的泥沙。