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。     

汉江上游旬阳段古洪水水文学研究

通过对汉江上游流域的广泛考察,在旬阳县高店铺-构元乡河段发现典型的全新世古洪水滞流沉积剖面.在此基础上,采集样品进行粒度成分和磁化率等分析测试.结果表明这些沉积层是古洪水在高水位滞流环境中的沉积物.根据地层学对比分析,确定由其记录的古洪水事件分别发生于全新世早期大约9 500—8 500aB.P.和全新世晚期3 200—2 800aB.P..根据沉积学和水文学原理恢复其洪峰水位,采用比降法模型,计算出古洪水洪峰流量介于43 290～49 130m3/s之间.利用2010年大洪水洪痕恢复计算洪峰流量,对古洪水洪峰流量计算结果进行了验证,结合历史洪水和观测洪水数据,获得了万年尺度洪水洪峰流量与频率关系.     

东江干流的来水、来沙变化趋势及其非线性分形特征

通过对东江干流博罗站的1954年至2002年的流量、含沙量和输沙率月序列的变化趋势及其非线性分形特征的分析,发现东江干流的流量长期变化趋势是逐渐递增的,而含沙量与输沙率是逐渐递减的;流量的分维数大于含沙量的分维数,表明东江干流的水沙同源性较差,异源差异性较大,这与东江流域水利工程对河道水、沙再分配的调节强度很大有关,这种高强度、大范围的水沙调节,不仅影响这东江干流及其下游三角洲的河床演变,而且对整个流域的航道整治也将产生一定的影响。     

冰湖溃决模式对下游洪水过程的影响

作为西藏地区冰川灾害之一的冰湖溃决洪水,具有范围广、持续时间长、危害大并经常伴随有泥石流等特点。以西藏年楚河流域的典型危险性冰湖——黄湖及其下游区域为研究对象,经过实地调查,获得了相关的水文气象特性和地形、地貌等特征信息。基于数字高程模型(DEM)的地形数据和矩形网格,采用二维溃坝洪水演进数值模型,进行了模型的率定和不同溃决模式下的洪水演进模拟。结果表明:上游近溃口河道,不同溃决模式对洪峰流量、洪水最大水深和洪水最大流速影响较大;中下游河道,不同溃决模式对其影响相对较小。上游近溃口河道,小溃口工况的洪峰流量大于大溃口工况的洪峰流量,逐渐溃决工况的洪峰流量小于瞬时溃决工况的洪峰流量;中下游河道,小溃口逐渐溃坝的洪峰流量最大。一旦洪水发生,最大淹没面积约为88.30km2,溃决洪水到达江孜的时间约为33h,江孜处的洪峰流量约为1 777m3/s,大于江孜地区暴雨洪水万年一遇洪峰流量1 000m3/s。根据预测结果做好预警工作,能一定程度上减小灾害损失。     

洪水频率计算的比较研究

本文以武江流域犁市（二）站的洪水历年为研究对象,详细论证Gumbel-Logistic的计算该流域洪水频率的可行性。并讨论了不同的洪水特征量组合下的洪水重现期,揭示了武江流域洪水的重现期。其中,2006年洪峰流量为8800m3/s的洪水,其重现期为131年。并与与P-III型分布模型计算出的599年的重现期相比较,两种方法得出武江流域犁市(二)站2006年洪水重现期的差值达468年。导致偏差的主要原因是由于,Gumbel-Logistic模型为二元变量模型,比单变量输入的P-III分布模型能更全面的反映洪水重现期。     

应用经验频率曲线推求加格达奇水文站1%频率洪峰流量

以加格达奇水文站自1970年建站以来的实测资料,通过P-III型频率曲线计算,推求1%频率洪峰流量为3450m3/s。     

淮河上游大坡岭流域土地利用方式变化引起的流域滞时变化

以淮河上游大坡岭子流域(简称大坡岭流域)为研究区域,基于研究区域1965—2009年间的26场单峰洪水,计算流域平均滞时。以1985年为界,比较土地利用变化前后流域平均滞时的变化,并计算不同降雨量级的流域平均滞时,分析滞时与径流深和洪峰流量的相关关系。结果表明:土地利用变化引起的流域平均滞时变化很大;除了降雨形心到洪峰流量的时间TLPC在土地利用变化之后减少外(从9.98 h减少为5.26 h),另外3种滞时,降雨形心到流量过程线形心的时间TLC、降雨开始到洪峰流量的时间TLP和最大降雨强度到洪峰流量的时间TLPP均增大(分别从21.32 h、34.64 h、10.00 h增加到26.77 h、35.08 h、11.50 h)。大坡岭流域土地利用变化前后以及整个时期4种滞时和降雨量级存在一定联系,与径流深及洪峰流量无相关关系。     

皇甫川流域含沙量-流量关系年内年际变化特性

研究不同时间尺度的水沙关系对认识流域土壤侵蚀和泥沙输移有重要意义.本文基于皇甫川流域1958～2015年的含沙量及流量数据,采用方差分析,分析了3时间尺度(次洪过程、日、月)不同流量级含沙量及含沙量-流量关系的年内年际变化特性.结果表明:次洪过程、日和月尺度含沙量与流量之间均显著符合幂函数关系(p 0. 05);年内发生多场洪水过后,由于泥沙补给限制,次洪过程含沙量-流量幂函数关系中的系数a显著降低,指数b增加;随水土流失治理及退耕还林(草)措施的开展,与1958～1984年对比,1999～2015年次洪过程各流量级对应的含沙量显著降低,3时间尺度含沙量-流量幂函数关系均发生显著变化,但各时间尺度系数a和指数b的变化模式存在差异,表明不同时间尺度下水沙关系对人类活动的响应模式不尽相同.     

防洪堤对洪水的归槽影响研究

基于河道洪水演算原理,建立符合河流水力特性及其变化规律的流量和水位演算模型,利用实测洪水和防洪堤资料进行洪水演算,经洪水水文要素变化变化规律及其合理性的综合分析,确定防洪堤对洪水的归槽影响。应用实例的多方案演算成果表明:保护区滞洪容积占次洪水总量最大比重为9.50%的浔江防洪堤对西江中下游洪水过程的归槽影响大于对洪峰的归槽影响,而且洪水类型和干支流组合不同,影响程度也不相同:对流量过程、洪峰流量影响的最大归槽流量、最大归槽流量比重为36 200 m3/s、9.50%,2 600 m3/s、5.78%,对水位过程、洪峰水位影响的最大水位变幅为0.58 m、0.21 m;洪水归槽并未显著改变西江中下游洪水特性,干支流洪水遭遇、区间降雨和雨洪重叠仍然是形成西江中下游大洪水的主要因素;多方案演算成果相互参证,可减少误差、提高成果精度。大江大河洪水频繁并非归槽影响的结果,应结合气候和土地利用及覆被变化对水文循环影响的研究,探索流域变化环境下的洪水形成机理和演变规律。     

高频测量输沙浓度对湍流脉动的频率响应

为揭示风沙流中输沙浓度对湍流脉动的响应频率,在边界层风洞中对不同粒径沙样进行了两相同步测量.采用高速数字相机以2 000帧/s拍摄跃移粒子连续图像以计算瞬时输沙浓度,配合热线风速仪同步记录跃移层内的湍流脉动.结果表明,沙粒瞬时浓度变化呈典型的随机过程,其频谱规律表明输沙浓度只能响应含能较高的低频湍流脉动.引入小波包变换分析两相数据的能量结构,结果显示沙粒浓度的能量波动约有90%集中在500 Hz内的低频段.输沙浓度对湍流脉动的响应频率受粒子尺寸的影响,对于100～125μm的小粒径沙样,阈值响应频率约为40 Hz,对于300～500μm的大粒径沙样,响应频率约为30 Hz.     

人类活动对岔巴沟流域洪水过程影响研究

大理河流域地处我国西北部黄土高原地区,是生态环境脆弱地带,分析人类活动对其洪水过程的影响程度,对流域内的暴雨洪水预报、区域水循环机理认知具有重要意义.本研究基于对黄土丘陵沟壑区岔巴沟流域暴雨洪水特征变化分析,采用多水源时变增益水文模型定量估算了下垫面条件变化对不同量级暴雨洪水的影响规律及影响程度.结果表明:岔巴沟流域产汇流规律在20世纪70年代初发生变化,流域年最大洪峰流量和次洪径流量均减小,且洪峰流量总体衰减幅度较次洪量的大,洪峰流量的衰减率为37.2%～74.2%,次洪量的衰减率为10.1%～69.4%.流域下垫面变化对不同量级暴雨洪水过程的削峰和坦化影响不同,其中对大、中水主要为削峰作用,对偏小型洪水主要为坦化作用,大水洪峰流量的平均衰减率为17.4%,中水洪峰流量平均衰减率为35.0%.     

武江流域洪水时间序列的R/S分析

该文证明了武江流域洪峰流量具有偏随机游动和分形特征,流域洪水时间序列具有明显的持久性和长期记忆特性.结合V统计,表明武江流域的年洪峰流量的持久性经过6年之后会消失;分析了武江流域53场洪水的持久性明显增加趋势的原因.     

华南中小流域设计暴雨洪水同频率检验与重现水平推算

暴雨洪水同频率假定是否成立和暴雨洪水遭遇概率分布是中小流域设计洪水计算的依据,为检验其合理性,采用鉴江上游曹江流域典型强降水流域1967—2013年逐时暴雨洪水观测资料,分析了华南中小流域最大面雨量R和对应场次最大洪峰流量Q的边缘分布和联合分布的遭遇概率,并推算其设计重现水平。研究结果表明：暴雨和洪水同频遭遇概率较小;对于特定设计频率,洪峰流量与流域面雨量的遭遇概率随流域面雨量增大而增大;流域面雨量和洪峰流量的遭遇条件概率显示存在着多种防洪风险管理选择;相对于“或”联合重现期和“且”重现期,二次重现期更准确地反映R-Q组合的风险率。     

淮河流域典型洪水年流量空间分布的季节特征

为了分析淮河流域洪水过程空间分布的季节变化特征,提高对典型洪水过程的认识,以TRMM 3B42卫星降水数据为驱动资料,利用分布式陆面-水文模型(LSX-HMS)模拟淮河流域典型洪水年(以2003年为例)的流量过程.结果表明:TRMM 3B42卫星数据能够较好地反映淮河流域降水的时空分布;LSX-HMS模型对流量时间变化过程的模拟精度较高;逐月流量空间分布给出了流域洪水过程的季节变化特征,准确反映了流量从南向北推进进而消退的空间演变过程.分布式水文模型对流量空间分布的模拟预测有助于流域洪水事件的预警与管理.     

北洛河上游暴雨洪水特性分析

北洛河上游地区是北洛河主要暴雨区域,同时也是北洛河泥沙的主要源区,刘家河水文站以上流域面积占北洛河流域总面积的27.2%,而年输沙量占北洛河年输沙总量的72.6%;北洛河历年洪峰流量几乎均由上游形成,通过对交口河站1959-2004年间流量大于600 m^3/s的44场洪水统计,交口河所发生的洪水均由刘家河涨水形成,洪峰由刘家河到交口河均成递减型;北洛河流域径流主要来自中游区域,刘家河站至壮头站之间径流量占北洛河总径流的68.5%;通过对北洛河上游地区降雨、径流、泥沙、暴雨及大洪水的分析,提出了大洪水的季节性规律、防汛的重点及防洪减灾的对策。     

黄河宁蒙河段近期水沙特性及冲淤过程研究

针对宁蒙河段近期水沙问题,以水力学及河流泥沙动力学为基础,研究河道水沙变化后河道冲淤临界指标.利用1952—2012年黄河宁蒙河段各水文站点实测资料,系统分析了河段水沙变化特性,点绘出河段汛期单位水量冲淤量与来沙系数关系,计算了不同河段河道临界冲淤条件.结果表明:宁夏下河沿-青铜峡河段河道基本能维持冲淤平衡,青铜峡-石嘴山河段河道呈微淤趋势,石嘴山-巴彦高勒河段冲淤调整量不大,内蒙三湖河口-头道拐河段随着进口流量的增加冲淤效率呈现淤积少—淤积多—淤积少—冲刷的变化特点;当平均流量小于1 000 m3/s时,宁蒙河道发生淤积,随着流量的增大,宁蒙河道处于冲刷的状态;当进口站含沙量小于7 kg/m3时,宁蒙河段基本表现为冲刷状态,当含沙量大于7 kg/m3时,宁夏青铜峡至石嘴山河段汛期冲淤平衡临界来沙系数为0.003 4 kg·s/m~6,内蒙古巴彦高勒至头道拐河段汛期临界来沙系数为0.004 5 kg·s/m~6,内蒙河道河道汛期冲淤平衡临界来沙系数大于宁夏河道.     

基于时间序列的朱沱和寸滩水位变化特征分析

长江上游水位变化对防洪和航运等具有重要意义.本文基于朱沱和寸滩水文站近60年水文资料分析水位流量关系变化以及寸滩站受三峡回水影响的临界条件,并研究不受三峡回水影响下朱沱和寸滩的水位变化趋势以及三峡成库前后的水位变化幅度.结果表明：寸滩站受回水影响的临界流量随坝前水位增大而增大,当坝前水位大于163.5m时,寸滩站均受回水影响;近60年来朱沱站和寸滩站在不受三峡回水影响下,水位整体呈降低趋势;与三峡成库前相比,朱沱站和寸滩站水位累计降低幅度分别在2015年、2010年有趋势性增大,且随流量的增大而减小;朱沱站在2018年4 000m³/s时,水位累计最大降低幅度达0.7m, 20 000m³/s时,降低幅度为0.4m;寸滩站在2018年6 000m³/s时,水位累计最大降低幅度为0.75m, 20 000m³/s时,降低幅度0.25m.研究结果可为长江上游航道建设及维护等提供参考.     

敦煌莫高窟保护区洪水预测预防研究

敦煌莫高窟保护区所在区域气候极为干旱,但受到早年多次洪水影响,致使洞窟潮湿、壁画霉变、酥碱,对国家重点文物保护造成极大威胁,因此通过窟前大泉河洪水预测的研究,分析和预测不同降水条件下的莫高窟库前洪水流量,进一步合理制定洪水防范措施和风险预警体系,对保障莫高窟文物安全具有重要的实际意义。通过对莫高窟保护区实地考察和流域特征分析,选择短缺流量资料地区比较适宜的瞬时单位线法,分别测算出大泉河野马山、一百四戈壁和三危山50 a,100 a,500 a一遇的洪水流量,以此为基预测2种不同降雨情形下的洪水流量。(1)当降雨从上段野马山区开始,依次向中段、下段移动时,50 a,100 a,500 a一遇降水流经大泉河莫高窟前断面的洪水流量分别为230,463,757 m3/s;(2)当全流域同时降雨时,50 a,100 a,500 a一遇降水流经大泉河莫高窟前断面的洪水流量分别为230,330和510 m3/s.并通过实际发生的2次百年一遇的洪水的洪峰流量和气象条件与测算数值进行比对,印证预测结果可信。同时,为了提高莫高窟抵御洪水风险的能力,确保莫高窟文物安全,防患于未然,进一步提出了建立健全流域降水和洪水监测体系、开展大泉河防护性工程建设、降雨洪水预警体系建设和石窟作防雨防渗等措施的建议,以便有效预防洪水,切实保障莫高窟安全。     

大通河洪水极值演变原因探究

基于大通河享堂站洪水极值资料和流域内的降水资料，采用Mann-Kendall法、MTT法、Yamamoto法，综合分析了大通河享堂站洪水极值序列的变化趋势、突变发生时间，揭示洪水极值变化的主要原因.结果表明：享堂站年最大洪峰流量1956-2019年呈弱增加趋势，1992年后序列值波动幅度减小；年最大1、3、7日洪量均呈显著减小趋势.大通河享堂站年最大洪峰流量在2006年发生突变，年最大1、3、7日洪量均在2013年发生突变.大通河流域洪水极值变化的主要原因是流域下垫面条件的改变，包括大型水电站运行和土地利用类型的变化.     

长江上游主要支流水沙特性及其影响因素分析

雅砻江、岷江、嘉陵江和乌江的水沙特性是决定长江泥沙变异的关键因素之一,关乎三峡水库的合理运行,关系着长江流域水资源的合理开发利用及水生态平衡.本文基于2002—2016年期间,长江主要支流设置的桐子林、高场、北碚、武隆4所重要控制性水文站水文泥沙监测资料,深入系统地探讨水文泥沙参量的变化特征及其影响因素,借助统计软件SPSS进一步分析水文泥沙参量的相关性.研究结果表明:在时序上,各支流年均含沙量、年输沙量、年输沙模数降低22.57%～91.54%,年径流量雅砻江、岷江和乌江增大3.28%～17.96%,嘉陵江降低1.58%;嘉陵江和乌江的中值粒径增大50%～80%.水电站的修建导致年均含沙量、年输沙量、中值粒径、年输沙模数降低5%～79.34%;强降雨、滑坡、塌方、泥石流、溃坝等自然灾害以及人为诱发滑坡和向河道倾倒土石体致使年均含沙量、年输沙量、年输沙模数增大20%～702.94%.参数间相关性由强到弱排序为年均含沙量和年输沙量/年输沙模数,年径流量和年均含沙量,年径流量和年输沙量/年输沙模数,年均含沙量和中值粒径,中值粒径和年输沙量/年输沙模数,以及年径流量和中值粒径.研究成果将为长江支流梯级电站的规划设计、三峡水库的合理运行提供理论支撑.