2017年黄河小北干流“揭河底”现象分析

基于前期研究成果,采用资料分析、理论研究等手段,分析了黄河历次"揭河底"现象及影响,介绍了"揭河底"发生的原因与判别条件。指出2017年黄河小北干流陕西合阳县境内发生"揭河底"现象的原因有两点:一是洪水的含沙量大;二是揭底位置处的河道突然缩窄,河道断面流速增大。最后探讨了未来"揭河底"发生的可能性与水沙调控对策。     

黄河 揭河底 判别指标理论研究及验证

在广泛的原型调研及模型试验研究基础上,作者认为,河床淤积物层理结构中胶泥层(块)的存在为"揭河底"发生提供了必要的前期条件,而高含沙洪水期水流作用于胶泥块引起上下表面脉动压力波传播速度不同形成瞬时上举力,是发生"揭河底"现象的直接原因。本文基于"揭河底"发生时的力学关系分析,创新性地利用瞬变流模型,建立了"揭河底"现象发生的临界判别指标;通过开展的"揭河底"室内模拟试验,确定了临界指标中的系数K值,并利用跟随性较强的模型试验资料及黄河小北干流放淤输沙渠资料及黄河龙门站资料对公式进行了验证,结果吻合较好。该成果为天然河道中"揭河底"现象的预测预报提供了理论支撑。     

黄河河床演变的典型现象及相关研究概述

简要总结了黄河小北干流"揭河底"及下游二级悬河等典型河床演变现象的相关研究成果。河床层理淤积及黄河特有的水沙条件是"揭河底"形成的前提,高含沙洪水期间水流作用于胶泥块以后引起上下表面脉动压力波传播速度不同而形成的瞬时上举力是发生"揭河底"现象的直接原因;黄河高含沙洪水期间河道横向输沙的极不平衡是逐步形成二级悬河典型横断面形态的根本原因。     

黄河“揭河底”机理研究及室内模拟试验

在深入调研及广泛收集整理现有研究成果的基础上,剖析了黄河"揭河底"现象发生的过程和主要特征;扩展了"揭河底"现象的概念;揭示了黄土高原特有的水文特征、下垫面条件及产流产沙过程、水沙组成等是形成"揭河底"河段典型河床层理淤积结构的前提条件;细颗粒泥沙絮凝效应是层理淤积结构中"胶泥层(块)"形成的机理。指出具有一定结构强度的"胶泥层"是"揭河底"发生的首要条件,特殊的来水来沙条件为其提供了揭底冲刷的动力。在此基础上,构建了动态的"揭河底"物理图形,即胶泥块形成、逐渐淘刷、失稳揭出、翻出水面4个动态过程;揭示了胶泥块上下表面脉动压力波传播速度不同引起的瞬时上举力是"揭河底"现象发生的真正机理。首次开展了真正意义上的室内"揭河底"模拟试验,探索了"揭河底"试验模拟技术,印证了"揭河底"物理图形的正确性,为后续判别指标的研究奠定了基础,同时也为近距离观察"揭河底"现象、观测同步水力泥沙参数提供了条件。     

黄河高含沙洪水"揭河底"冲刷研究综述

对以往黄河高含沙洪水"揭河底"冲刷的研究成果进行了归纳和总结,从"揭河底"冲刷发生的机理﹑河床边界条件﹑水沙条件﹑判别指标﹑试验研究﹑数值模拟等有关方面给出了已有的研究成果,并提出今后"揭河底"冲刷需要继续深入研究的问题:①黄河"揭河底"冲刷发生时的水沙条件、河床边界条件和河床淤积物分层问题;②黄河"揭河底"冲刷的判别条件和指标问题.     

黄河小北干流河段揭河底规律分析

“揭河底”现象是黄河高含沙洪水特有的一种泥沙运动方式.本文通过对历史“揭河底”水文资料的统计和分析,提出了历史“揭河底”发生的水沙条件、河道边界条件、河床淤积物组成,总结了其发生的规律.该研究进一步探讨了黄河小北干流河段“揭河底”冲刷现象的运动机理,充分发挥冲刷塑造窄深河槽的积极作用,减小了冲刷造成的危害,对在治黄中如何利用“揭河底”规律,趋利避害有一定的指导意义.     

揭河底冲刷现象机理探讨

高含沙水流的揭河底冲刷,是黄河中下游的一种特殊现象,这种现象多见于黄河中游的龙门至潼关河段。在黄河下游这种现象虽较少见(据记载1933年曾发生过揭河底现象,1977年又在黄河下游出现揭河底冲刷,其冲刷长度达210公里),但对黄河下游的防汛及险工丁坝带来了威胁,强烈的冲刷也使下游出现深槽。考虑到它对研究河床演变及河道整治、防洪抢险具有重要意义,我们试图通过简单的模型试验、数理及实测资料分析,对其机理进行初步探讨,以供进一步研究时参考。     

“揭河底”冲刷对河道和工程的影响分析

本文通过对黄河小北干流河段历史上发生"揭河底"情况的调查,分析了"揭河底"对河道和防洪工程所产生的影响,一方面"揭河底"河段发生强烈冲刷,刷槽淤滩,塑造相对窄深的河槽,提高河道过洪能力;另一方面,在发生"揭河底"时,河道发生大的摆动,造成滩岸坍塌、河道工程毁坏、引水工程脱流等危害。通过"揭河底"的利弊分析,提出减少"揭河底"的不利影响和保证工程安全的防护措施。     

“揭河底”冲刷期龙门—潼关河段的水沙响应

在分析黄河龙门站、潼关站历年高含沙洪水的基础上,建立了"揭河底"冲刷期潼关站汛期水沙量、洪峰期3 d水沙量、洪峰、沙峰以及洪峰时段泥沙粒径等与龙门站的响应关系。结果表明:龙门—潼关汛期水量响应关系较好,汛期沙量出现明显衰减,高含沙洪水的沙量减幅大于一般含沙量洪水的;潼关站洪峰期3 d水、沙量均小于龙门站的,"揭河底"洪水的3 d水沙量大于没有发生"揭河底"洪水的;对于一场高含沙洪水过程,流量和含沙量沿程均会衰减,发生长距离"揭河底"冲刷洪水的减幅要小于没有发生"揭河底"冲刷洪水的;近年来发生的局部"揭河底"冲刷洪水含沙量的沿程减幅明显增大,潼关站洪峰期泥沙的中值粒径多小于龙门站的,而发生长距离"揭河底"冲刷的洪水泥沙粒径细化程度较低,这对三门峡库区和黄河下游河道的冲淤非常不利。     

黄河2017年第1号洪水综述

2017年7月27日凌晨,黄河干流龙门站发生了黄河2017年第1号洪水,洪峰流量6 010 m~3/s。洪水向下游演进过程中,在小北干流合阳河段发生了罕见的"揭河底"现象;小浪底水库在高水位对接情况下,成功塑造出异重流并通过排沙洞部分出库。在对这场洪水雨水情概况,河道水沙特点、洪水演进、小北干流"揭河底"现象,河道冲淤变化,洪水调度及异重流塑造,河势、工情、险情及灾情等进行简要介绍的基础上,全面分析了该次洪水的特点及洪水调度情况,提出了对当前黄河洪水及其调度工作的认识和建议。     

黄河龙门段“揭河底”冲刷两种表现形式的分析

对黄河龙门河段"1969·7"和"2002·7"两场洪水的水文资料进行了分析,认为"揭河底"冲刷可分为两种表现形式,一种是"1969·7"洪水期间发生的强烈"揭河底"冲刷,另一种是"2002·7"洪水期间发生的局部"揭河底"冲刷。两种"揭河底"冲刷发生的必要条件为高含沙洪水,河道来水来沙条件是产生强烈"揭河底"冲刷的主要影响因素;而河道边界条件对局部"揭河底"冲刷的影响较大。尽管局部"揭河底"对长距离河道影响较小,但是对于局部工程出险会有较大的影响,应该引起足够重视。     

黄河泥沙颗粒卫星化现象的探索与研究

利用动态泥沙粒形分析技术对黄河泥沙颗粒进行了形态分析,从微观上解释了黄河"揭河底"现象产生的机理:黄河泥沙的颗粒级配组成范围非常广,完全具备产生卫星化现象的客观条件;在泥沙输移过程中,粗细泥沙颗粒能形成河床层理淤积结构,中间层的小颗粒泥沙往往黏在大颗粒泥沙上形成不规则颗粒,从而引起泥沙颗粒的堆积,形成强度非常大的胶泥块,一旦遇到合适的水沙条件,就易产生"揭河底"现象。     

黄河高含沙洪水"揭河底"冲刷研究现状

对目前黄河高含沙洪水“揭河底”冲刷研究的现状进行了系统的总结与分析,认为：在目前黄河水量显著减少、河道淤积萎缩日趋严重的形势下,开展高含沙洪水“揭河底”冲刷机理研究,不但具有重要的学术价值,而且还具有重要的工程应用价值和巨大的社会经济效益;该课题是国民经济和社会发展中迫切需要解决的关键科技问题,其成果对丰富河流泥沙动力学的研究内容,加深对高含沙洪水特殊造床机理的认识,完善黄河等多泥沙河流的综合治理方略和防洪工程的安全措施等具有重大意义。要使本项研究取得突破性的进展,必须采用实测资料分析、模型试验、理论分析和力学分析计算相结合的方法,通过分析发生“揭河底”冲刷河段的来水来沙情况及“揭河底”冲刷过程中有关水文泥沙资料,建立清晰的“揭河底”过程的物理图形,并借助实体模型开展高含沙洪水“揭河底”机理的研究。     

黄河小北干流河段"揭河底"冲刷条件分析

通过现象分析，在黄河小北干流河段小流量(1220m^3／s-4600m^3／s)和持续高含沙量(500kg／m^3-790kg／m^3)的情况下也可产生局部揭河底冲刷。小北干流河段河床已经具备了揭河底的边界条件，如果水沙条件具备，很可能再次发生“揭河底”。     

高含沙洪水“揭河底”的判别指标及其条件

从了解高含沙洪水“揭河底”现象入手，在前人对“揭河底”发生条件研究的基础上，认为“揭河底”的出现，主要是高含沙洪水期水力、泥沙因子引起水流挟沙力剧增所致，并由此给出新的判别指标及其条件。     

黄河龙门长河段揭河底冲刷现象分析

通过对龙门站近几年掀起泥块露出水面再坍塌消失现象的观测分析，进一步认识到：这种现象既不是高含沙、大流量水流的特产，也不是长河段揭河底冲刷的主要现象；１９５４年９月洪水不属于长河段揭河底冲刷洪水；１９５１年以来７次长河段揭河底冲刷均未发展到黄淤４９断面（老永济）；揭河底冲刷洪水，主要是由吴堡－龙门区间为主的暴雨洪水组成的。解剖各次长河段揭河底冲刷洪水过程的分段冲淤变化性质，较合理地计算了７次揭河底冲     

论黄河小北干流揭河底的危害

黄河小产干流揭河底是游荡性河道剧烈造床的过程，易引起河道主槽迁徒，易引起河床比降变化，同时使削峰率降低，还在揭河底的同时，把粗泥沙搬到下游，造成本河段和下游同时受害，因此在治河、引水以及工农业生产中应考虑本河段的揭河底特性。     

黄河小北干流综合治理措施浅析

黄河小北干流为晋、陕两省天然界河,是典型的泥沙堆积游荡性河道,具有流势散乱、河心浅滩密布、汊流串沟交织、主流左右摆动大的特点,有时还会发生"揭河底"现象,素有"三十年河东,三十年河西"之说。1998年大洪水以后,国家加大了对黄河的治理力度,目前黄河上、下游特别是修建小浪底水库后,其抗御洪水能力显著增强,但中游尤其是黄河小北干流治理却明显滞后,严重制约了沿岸经济社会发展。本文在对黄河小北干流治理现状和存在问题分析的基础上,提出陕西省黄河小北干流治理思路。     

论黄河小北干流河道“揭河底”产生的不利影响

“揭河底”是黄河小北干流游荡性河道剧烈造床的过程,易引起河道主槽迁徒,易引起河床比降变缓,同时使削峰率降低,在“揭河底”的同时,还把粗泥沙搬到下游,造成本河段和下游同时受害,因此在治河、引水以及工农业生产中应考虑本河段的“揭河底”特性。     

黄河小北干流和渭河揭河底冲刷现象分析

黄河1964～1977年六次揭河底冲刷洪水来源,除1970年8月一次洪水来源为府谷吴堡区间的孤山川、窟野河、秃尾河、佳芦河粗沙区暴雨洪水外,其它五次均为吴堡龙门区间的暴雨洪水。渭河1964～1992年七次揭河底冲刷洪水均为泾河的高含沙量洪水,主要来自马连河、蒲河和红河。黄河、渭河的揭河底冲刷的共同点是高含沙量大洪水,长河段的自上而下的沿程主河槽冲刷。黄河小北干流主河槽宽浅,单宽输沙率小,冲刷河段短,均未超过潼关;渭河主河槽窄,单宽输沙率大,冲刷河段长,1966年、1977年均发展到潼关和与溯源冲刷交会,导致潼关1000m3/s水位降低1.0～2.3m。