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.     

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。     

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。     

黄河下游高含沙洪水冲淤特性及其调控对策初探

基于黄河下游实测资料,对高含沙洪水对下游各河段河槽淤积的影响进行了分析,认为来自河口镇至龙门区间的高含沙洪水是造成下游高村以上河段河槽淤积的主要原因,高村以下河段的汛期河槽淤积物甚至全部来自高含沙洪水.降低含沙量、增大流量和提高细沙比例至70%~80%以上均可显著减轻高含沙洪水对河槽的淤积,而这可通过调控水库排沙比来实现.进一步分析了水库排沙比与出库泥沙的含沙量与细沙比例的关系,建议小浪底水库对高含沙洪水的调控要控制其排沙比在50%.在河龙间粗泥沙集中来源区,由于其来水很少、来沙很多,可利用该区"沙随水来"的特点使河龙间洪水就地利用,以减少黄河高含沙洪水产生几率和入黄泥沙量.     

黄河下游高含沙洪水冲淤特性及其调控对策初探

基于黄河下游实测资料,对高含沙洪水对下游各河段河槽淤积的影响进行了分析,认为来自河口镇至龙门区间的高含沙洪水是造成下游高村以上河段河槽淤积的主要原因,高村以下河段的汛期河槽淤积物甚至全部来自高含沙 洪水.降低含沙量、增大流量和提高细沙比例至70%～80%以上可显著减轻高含沙洪水对河槽的淤积,而这可通过调控水库排沙比来实现.进一步分析了水库排沙比与出库泥沙的含沙量与细沙比例的关系,建议小浪底水库对高含沙洪水的调控要控制其排沙比在50%.在河龙问粗泥沙集中来源区,由于其来水很少、来沙很多,可利用该区"沙随水来"的特点使河龙间洪水就地利用,以减少黄河高含沙洪水产生几率和入黄泥沙量.     

河流网泥沙输移模型中的标度规律

为了模拟河流网的泥沙输运过程,根据水流携沙力受河道冲淤的反馈自调节机制,提出了枯水期河流网泥沙输移的动力学模型.考虑枯水期水沙动力学过程类似于固定流量和含沙量条件下的稳态,用该模型模拟预测了水流携沙系数(表征携沙力)和冲淤量沿河道分布的标度规律.结果表明,携沙系数随河段的递增满足负幂律分布;平均冲淤量随河段的递增满足指数规律分布.     

北江下游北江大堤河段河道演变趋势分析

在分析北江大堤河段的来水来沙变化的基础上，对该河段1965、1970、1975、1987、1990及1999年实测河道地形进行分析计算，结合该河段石角、大塘、芒苞、三水及马口等站水位-流量关系变化，综合分析该河段的河床演变规律，河床演变的速度及各河段的冲淤变化等。     

黄河下游泥沙冲淤前景预测数学模型研究

运用一维泥沙数学模型,对小浪底水库运行后黄河下游河道泥沙冲淤,春中着重分析艾山－利津河段的冲淤变化规律,作者认为小浪底水库可使黄河下游总体上保持20年不淤,50年内相对减淤率为51．6％,艾山－利津河段也有减淤效果,但相对减淤率仅为全下游平均值的57％,河床抬升速度仍然较快。     

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。     

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。     

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.     

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。     

蓄水两坝间长系列水动力及泥沙淤积的研究

对黄河上游龙羊峡至李家峡间的贵德-李家峡河段的蜿蜒河道进行了研究，为蓄水两坝间的通航和河床稳定性问题提供可行性分析依据．根据二维水流连续、运动方程、悬沙扩散方程和两相流底沙运动方程，采用加权集中质量剖分方法，建立了蓄水两坝间水动力、泥沙淤积数学模型．提出了泥沙交换和河床粗化计算模拟的物理图案，对长系列水动力和泥沙运动进行了模化处理．通过调试，验证了水尺水位和李家峡建坝前该河段4年的地形演变量．应用李家峡建坝后典型水文年长系列的组合资料，预报了河床经长期冲淤调整后迭到基本平衡需要的时间．介绍了泥沙交换和河床粗化计算模拟的物理图案和长系列河床演变数学模型的研究方法．     

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。