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。     

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     

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。     

对黄河下游河道认识的突破

 造成”小水大灾“的原因近年来, 随着清水资源的优先开发, 龙羊峡、刘家峡两座大型水库投入运用, 及上中游地区工农业用水的增长, 黄河下游的问题更加突出。龙、刘水库汛期的最大蓄水量可达100亿m3,使得汛期进入下游的水量大幅度减小, 含沙量增加, 洪峰流量减小, 洪水的造床作用减弱, 河槽严重淤积并萎缩, 平滩流量减小, 二级悬河进一步发展, 几乎年年出现长时间断流, 防洪和水资源利用问题更加突出 [1].1.河槽严重淤积, 平滩流量减小黄河是多沙河流, 小水挟带的泥沙在河床中的大量淤积, 是造成洪水位逐年抬升的主要原因。     

对黄河下游河道认识的突破

一、造成“小水大灾”的原因近年来 ,随着清水资源的优先开发 ,龙羊峡、刘家峡两座大型水库投入运用 ,及上中游地区工农业用水的增长 ,黄河下游的问题更加突出。龙、刘水库汛期的最大蓄水量可达１００亿ｍ３,使得汛期进入下游的水量大幅度减小 ,含沙量增加 ,洪峰流量减小 ,洪水的造床作用减弱 ,河槽严重淤积并萎缩 ,平滩流量减小 ,二级悬河进一步发展 ,几乎年年出现长时间断流 ,防洪和水资源利用问题更加突出 ［１］。１．河槽严重淤积 ,平滩流量减小黄河是多沙河流 ,小水挟带的泥沙在河床中的大量淤积 ,是造成洪水位逐年抬升的主要原因。表…     

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。     

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。     

含沙溃堤洪水数值模拟分析

为了研究复杂地形下含沙溃堤洪水的泥沙输移和床面冲淤,分析泥沙冲淤对溃堤出流的影响,评估水沙共同作用下的洪水风险,建立了非结构化三角网格的二维水沙数学模型.单元界面的水动力通量采用基于近似黎曼解的Roe格式计算,泥沙通量采用TVD-MUSCL格式求解.用小尺度的水槽动床试验数据对数值模型进行验证.将模型应用于黄河宁蒙段河道洪泛区某溃口含沙溃堤洪水的数值模拟.模拟结果表明,溃口冲刷坑外围易形成环形泥沙淤积体,同时洪泛区出现明显泥沙淤积.因此,含沙溃堤洪水带来的泥沙淤积问题不容忽视.通过比较清水定床、清水动床、含沙定床和含沙动床4种数值模型的计算结果,发现床面冲淤变化对溃堤洪水进洪流量有明显影响.     

关于三峡水库内源污染控制的研究

根据三峡水库泥沙淤积情况和泥沙在库区污染物迁移转化中的作用,指出水库持续不断的泥沙淤积可能成为今后三峡水库污染物的重要来源之一——内源污染。笔者认为,以前提出的以减淤、增容为目标的“双汛限”和“多汛限”等优化调度方式,同样对于清除水库河床表面淤泥、尽量消除污染物在水库的累积具有重要作用。建议三峡工程以汛期优化调度为基础,研究建立防洪、减淤与水库污染控制和改善上下游生态环境相结合的综合调度措施。     

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．     

三峡水库蓄水前后皇华城河段水流条件变化及泥沙冲淤分析

皇华城河段位于三峡水库常年回水区,下距三峡大坝354 km。河段平面形态呈"S"形,天然时期呈汛淤枯冲、具有年际间平衡特性。受三峡水库蓄水影响,皇华城河段水位大幅抬升,流速变缓,河势发生较大改变,导致泥沙大量落淤,已成为库区淤积最严重的河段之一。根据实测地形、来水来沙资料,通过统计分析和数学模型相结合的方法,分析了研究河段蓄水前后水流条件变化及泥沙冲淤特性,以及水力学条件变化与泥沙淤积的统计关系,初步预测了河段泥沙淤积的发展趋势。     

三峡水库挖粗沙减淤研究

 针对三峡水库运行后期存在的泥沙问题,提出在水库变动回水区固定河段进行较大规模挖粗沙减淤的方法,冀以减少水库后期淤积,保障三峡工程长远利用,持续发挥综合效益。分析了当前的挖泥技术和建筑河砂的市场情况,认为现在开始在三峡水库较大规模挖取粗沙已经比较经济,具有相当的可行性和必要性。采用一维不恒定水流泥沙数学模型,对20世纪60年代（60s）和90年代（90s）水沙系列方案进行计算。将0.1mm以上泥沙作商业粗沙,按固定河段连续挖泥方式,水库运行到100年时,按三峡设计泥沙系列（60s）减淤量可达37亿m3,按三峡蓄水前最近泥沙系列（90s）可减淤27亿m3。百年淤积总量可控制在140亿m3（60s）或110亿m3（90s）,挖泥减淤效率达到100%。这对保护三峡水库后期效益、特别是防洪库容长期利用具有很大作用。笔者认为三峡水库挖泥减淤途径基本可行,值得深入研究。这一减淤方式也可为其他河道型水库淤积控制提供参考。     

Interferometric radar measurements of water level changes on the Amazon flood plain

Measurements of water levels in the main channels of rivers, upland tributaries and floodplain lakes are necessary for understanding flooding hazards, methane production, sediment transport and nutrient exchange. But most remote river basins have only a few gauging stations and these tend to be restricted to large river channels. Although radar remote sensing techniques using interferometric phase measurements have the potential to greatly improve spatial sampling, the phase is temporally incoherent over open water and has therefore not been used to determine water levels. Here we use interferometric synthetic aperture radar (SAR) data, acquired over the central Amazon by the Space Shuttle imaging radar mission, to measure subtle water level changes in an area of flooded vegetation on the Amazon flood plain. The technique makes use of the fact that flooded forests and floodplain lakes with emergent shrubs permit radar double-bounce returns from water and vegetation surfaces, thus allowing coherence to be maintained. Our interferometric phase observations show decreases in water levels of 7-11 cm per day for tributaries and lakes within approximately 20 km of a main channel and 2-5 cm per day at distances of approximately 80 km. Proximal floodplain observations are in close agreement with main-channel gauge records, indicating a rapid response of the flood plain to decreases in river stage. With additional data from future satellite missions, the technique described here should provide direct observations important for understanding flood dynamics and hydrologic exchange between rivers and flood plains.     

没冒沙水域水沙运动特性及筑库工程对其影响

以多年数据资料,特别是最新的2003年9月,12月洪枯季和2004年1月枯季南槽没冒沙水域以及邻近水域各定点观测水沙数据资料为基础,采用水文学、泥沙运动力学和数理统计的方法对没冒沙水域的水沙特性进行了分析.结果表明,该水域落潮流速大于涨潮流速,落潮历时比涨潮历时长;净水量向外海,呈落潮流优势;含沙量普遍较高,大潮平均含沙量1.40 kg/m3,小潮平均含沙量0.60 kg/m3,洪季含沙量比枯季高,洪季大潮涨潮含沙量比落潮高,小潮则相反;枯季不论大小潮,一般都是落潮含沙量大于涨潮含沙量;含沙量垂向梯度的大小潮变化、洪枯季变化和涨落潮变化明显.并且用水流连续方程和拟合挟沙力公式推算了水库工程建设后水流流速和含沙量的变化,估计将对南槽产生一定影响.      

大跨斜拉桥多维多点地震激励减震控制方法分析

首先利用SIMULINK仿真工具箱建立了大跨度斜拉桥在多维多点地震激励下的半主动减震控制分析模型.然后采用拟合规范反应谱的多点人工地震动时程,研究并比较分析了一致激励以及同时考虑行波效应和部分相干效应等激励工况下,行波波速以及部分相干程度对斜拉桥减震效果的影响规律.数值结果表明:无论是有控还是无拉结构,考虑多点激励后,主粱中踌跨中出现较大竖向位移和轴力,且竖向位移随着行波波速的减小和部分相干程度的减弱呈增大的趋势;行波效应和部分相干效应总体上对减震效果的影响很小;主动和半主动控制算法控制效果接近,优于始终提供最大阻尼力的被动控制算法.     

基于DEM的有源淹没算法设计与实现——以种子蔓延法为例

 针对传统有源淹没的递归、迭代算法占用计算机资源较多,且当算法深度太深时易造成系统堆栈溢出,从而导致程序崩溃等缺点,以数字高程模型为基础,研究了给定水位条件下洪水有源淹没模型和算法,并在此基础上设计实现了种子蔓延算法。通过与原有的递归算法对比,发现该算法在一定程度上提高了计算效率和稳定性,最后在“南昌洪水淹没分析系统”中应用并得到验证。