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．     

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。     

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。     

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”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。     

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.     

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.     

黄河水沙过程调控与下游河道中水河槽塑造

笔者以维持黄河健康为目标,以改善黄河不协调的水沙关系为切入点,采用现场调研、实测资料分析、理论分析和水沙数学模型计算等技术手段,对黄河水沙过程变异与洪水过程的作用、黄河下游断面形态与洪水过程的响应关系、下游水沙过程调控对塑造与维持下游中水河槽的作用、塑造与维持中水河槽的影响因素等进行了系统研究,提出了塑造与维持黄河下游4000m^3／s左右中水河槽的方案,为黄河下游河道的治理提供了科学依据．     

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。     

三盛公水库运用对下游河道输沙的影响

通过建立一维水沙数学模型,分析了不同下泄流量与含沙量条件下三盛公水库下游河道的水沙输移规律,统计了河道的含沙量、累计冲淤量和河段沿程冲淤量,并计算了河道单位长度冲淤量,定量分析了不同河段的冲淤特点。结果表明：流量相同的条件下,进口含沙量越大,河道沿程淤积量和累计淤积量越大,但水库下游100km后水体含沙量逐渐趋于一致,与进口含沙量无关;水库的下泄流量和含沙量对下游河道的冲刷和淤积影响明显,下泄含沙量不大于3kg/m3时,下游河道以冲刷为主;水库至三湖河口河段冲淤变化受上游来水来沙条件影响明显,该河段冲淤平衡来沙系数在0.004kg·s/m6附近。     

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。     

黄河的调水调沙试验

2004年7月16日,黄河水利委员会在郑州宣布:历时25天的黄河第二次调水调沙试验圆满结束。此次试验下泄水量43.75亿立方米,黄河下游主河槽得到全线冲刷,共计0.6071亿吨泥沙冲刷入海,且未发生一起漫滩灾难。至此,2002年、2003年和2004年黄河连续三次大规模调水调沙试验,将2亿多吨泥沙送     

基于滑动分析法的黄河下游造床流量变化研究

采用滑动分析法修正经典马卡维也夫法造床能力表达式,避免在分析流量频率时人为划分流量级带来的误差,基于黄河下游花园口水文站1950—2015年实测资料,分析黄河下游造床流量变化规律及新水沙关系。研究结果表明:改进后的造床流量计算方法中流量级长度参数在200～600 m~3·s~(-1)范围内、流量级滑动距离参数在1～600 m~3·s~(-1)范围内选取,均可准确计算出花园口第一和第二造床流量;1986—1999年,黄河下游第一和第二造床流量显著减少,洪水频次、洪峰流量和多年平均流量明显下降,下游河道淤积萎缩严重;1999年自小浪底水库运用及调水调沙以来,第二造床流量增加,下游河道主槽过流输沙能力提高。目前黄河下游造床能力已由第一造床流量主导转变为第二造床流量主控。     

中常洪水河道整治工程重大险情出险原因与对策研究

2001至2005年，黄河下游虽然没有发生较大洪水．但是自2000年小浪底水库蓄水拦沙运用以来，对黄河下游的水沙过程进行人为的调节，并于2002年以后每年汛前或汛期下泄基本平槽的水流，形成中常洪水。特别是2003年黄河下游发生了严重秋汛，黄河下游来水量增加，河道平槽流量时间加长．水流含沙量低、冲刷力强，河道整治工程险情不断，防洪工程安全受到严重威胁。     

关于黄河中下游治理的意见

１．黄河下游的淤积大部分是由粒径大于０．０５毫米的粗泥沙造成的。粗泥沙的来量每年达到３—４亿吨，其中５０—６０％淤在河槽中。大部分粗泥沙来自黄河中游两个区域，从这些区域来的洪水造成了黄河下游的严重淤积。从１９５２到１９６０和１９６９到１９７８年间，来自这些区域的十三场洪水造成了 １０３场洪水产生的总淤积量的６０％。所以集中力量治理粗泥沙来源区是十分重要的。 ２．使水土保持工作获得一定的效果需要经历很长的时间。在这个过渡时期内，利用浑水灌溉和改良大堤内外的土地是一个减少黄河下游淤积的现实可行的措施。黄河下游的河床高出两岸，在大堤之外有大量盐碱化的洼地和沼泽地。用浑水来灌溉和改良这些土地是重要和有效的提高农业产量的方法。淤灌黄河中下游堤内的土地是更为有利的，因为这些土地中的相当一部分是人烟稀少的。由于滩地和河槽之间存在高差，当泥沙沉淀之后，清水可以自流回河。 ３．为了减低河槽抬升的速度，使泥沙淤积在有利的部位和充分发挥拦沙库容的作用，需要考虑下列调水调沙的措施： （１）为了增加水流的冲刷能力，非汛期的水库蓄水应集中泄放，在下游河道中产生人造洪峰。 （２）在保证大堤不决口的安全范围之内，允许滩地淹没，一般漫滩洪水不应用     

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。     

变化条件下黄河上游水沙调控模式研究

水沙调控是解决黄河上游宁夏至内蒙古河道淤积萎缩、凌汛威胁的重要措施.采用实测资料分析和数学模型计算等方法,考虑水沙情势和流域生态保护、经济社会发展需求变化,研究了黄河上游不同水沙调控模式及其调控效果.现状调控模式,未来宁蒙河段处于淤积态势,年平均淤积量0.59×10⁸t,最小平滩流量减小到1 000m³/s.调整龙羊峡、刘家峡水库调控模式,对减少宁蒙河段淤积、恢复中水河槽有一定作用,但淤积态势未发生调整,龙刘水库汛期少蓄水25×10⁸～40×10⁸m³,宁蒙河段年均淤积量为0.36×10⁸～0.44×10⁸t,同时影响流域供水、发电.在黄河上游黑山峡河段建设水库,与现状工程联合拦沙和调水调沙运用,协调水沙关系,一级开发方案可在100a内使宁蒙河道基本不淤积,最小平滩流量恢复并维持在2 500m³/s;二级开发方案可在水库运用50a内使宁蒙河段不淤积,最小平滩流量恢复并维持在2 500m³/s...