黄河下游河道11月至次年5月时期输沙和冲淤规律研究

利用1960—2010年黄河下游11月至次年5月时期实测水沙资料,系统地研究了黄河下游河道水沙运动和河床冲淤规律。分析了花园口、高村、艾山和利津等4站输沙率与各自上站的流量、含沙量和输沙率的关系,黄河下游河道冲淤量与小浪底站来水量、来沙量、含沙量和来沙系数之间的关系。结果表明:黄河下游河道的下站输沙率与上站输沙率有很好相关关系,该时期进入黄河下游河道的输沙量小于1.82亿t、或平均含沙量小于12.6kg/m3、或来沙系数小于0.014 kg·s/m6时,下游河道以冲刷为主,反之则以淤积为主;采用本文建立的下站输沙率与上站输沙率关系式计算的黄河下游各河段冲淤量具有较高的精度。利用本文建立的关系式可以方便地预测未来黄河下游河道该时期不同河段冲淤量,对快速判断黄河上中游水利工程建设对下游河道冲淤影响具有重要意义。     

黄河下游河道洪水冲淤临界水沙条件的研究

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,根据非饱和输沙理论导出了河段排沙比与水沙系数关系,通过1960～1999年422场次洪水资料的统计分析,建立了黄河下游各河段的冲淤临界水沙条件,该水沙条件包括了洪水平均流量、含沙量,给出了黄河下游花园口以上、花园口～高村、高村～艾山、艾山～利津4个河段在不同三黑小(三门峡、黑石关和小董3站)水沙组合情况下的冲淤关系,该临界水沙条件可为小浪底水库调度决策以及黄河下游治理提供参考。     

大洪水时黄河下游河道冲淤规律

以几场较大洪水过程为例,总结了黄河下游不同河段大洪水时的水沙特征,对大洪水时下游河道的冲淤规律进行了分析。结果表明:黄河下游洪水的来源区不同,洪水含沙量差别很大,洪水峰型组合和"胖"、"瘦"程度也不同;花园口站洪峰流量为8 000～15 000 m3/s时,下游各河段冲淤强度变化不大,但随着洪峰流量继续增大,铁谢—高村游荡型河段和高村—艾山过渡型河段洪峰期冲淤强度与花园口站最大洪峰流量呈正比关系,艾山—利津弯曲型河段冲淤强度与花园口站最大洪峰流量呈反比关系。     

黄河下游断面法与沙量法冲淤计算成果比较及输沙率资料修正

由于黄河下游各站实测输沙率资料普遍存在漏测现象及部分测次单断沙关系代表性差等原因,造成断面法与沙量平衡法计算冲淤量在一些河段存在着定量甚至定性上的差别,以花园口以上和高村至艾山两河段表现最为突出。研究表明,黄河下游断面法冲淤量不存在累积性误差,它可以真实反映不同阶段泥沙在河道纵横向的沉积量及其随时间的变化过程;而沙量平衡法计算冲淤时在一些河段则存在明显的失真现象。野外观测的输沙率资料是研究洪水期泥沙调整与水沙间关系、深化河床演变基本规律的基础,为此有必要对输沙率资料进行修正。输沙率修正的主要是在爱因斯坦全沙计算结果分析的基础上,建立输沙率修正系数与实测含沙量间的关系,修正后的输沙率资料基本能反映黄河下游各河段的实际冲淤情况。     

对口丁坝双岸整治对黄河下游河道冲淤的影响

选取低含沙水沙系列、枯水多沙水沙系列以及规划设计的未来50 a水沙系列,利用黄河下游一维水沙数学模型,模拟计算了对口丁坝双岸治理方案下黄河下游河道在3种水沙系列条件下的冲淤状况。结果表明,游荡性河段采用对口丁坝方案整治后,输沙能力得到了提高,该河段多输送的泥沙一半以上输送到利津以下,其余部分淤积在高村—利津河段,其中淤积以高村—艾山河段为主,艾山—利津河段的冲淤情况与现状相比变化不大。     

黄河下游河道冲淤平衡时输沙水量变化规律研究

根据1950～2000年黄河下游河道汛期实测径流量和输沙量资料,计算得到了花园口-高村和艾山-利津河段处于冲淤平衡状态时的输沙量、输沙水量与单位输沙水量,并分析了三者之间的关系.研究表明:河段处于冲淤平衡状态时,输沙水量随着输沙量的增大而增大,单位输沙水量随着输沙量、输沙水量的增大而减小,输沙效率增大;随着河槽形态趋于窄深,一定输沙量所需输沙水量减小,单位输沙水量减小,输沙效率提高.     

黄河下游水沙变化特点

本文以黄河下游河段小浪底、花园口、高村、艾山、利津水文站1950—2016年水沙资料为研究对象,通过实测资料分析与理论分析对黄河下游水沙特点进行研究。结果表明:近70年来黄河下游沿程各水文站年水沙量整体上呈现减小的趋势;水沙年际间、年内分配不均匀;1986年后下游水沙关系明显恶化,2003年后水沙关系又得到明显改善;近年来黄河下游大流量减少,小流量增多,输水输沙主要集中在1000~4000m~3/s洪水中;确定保证下游微淤甚至冲刷的来沙系数应不超过0.01kg·s/m~6。分析黄河水沙变化特点,掌握其变化规律可为缓减黄河下游水沙关系,完善治黄方略提供条件。     

黄河下游洪水期沙峰滞后特性研究

简要分析了黄河水沙异源的情况，指出沙峰滞后、洪峰与沙峰不同步是造成黄河下游涨冲落淤和小水大灾的主要原因。根据小浪底下游各站沙峰均滞后于洪峰的35场洪水，对沙峰滞后于洪峰的特性进行了剖析，建立了小浪底、花园口、夹河滩、高村、孙口、艾山、利津各河段沙峰滞后时间与上站洪峰流量、沙峰含沙量、洪水传播速度、悬移质泥沙群体沉速之间的回归方程，可以用来查补延长沙峰滞后时间，为下游各站沙峰传播时间的准确预报提供依据。     

提高黄河下游河道输沙能力的途径探讨

阐述了水流功率原理与输沙机理并导出其公式,结合黄河多沙的特点,认为:1以临界水流功率对应的临界流量与来沙系数临界值来协调水沙关系,可提高黄河下游河道输沙能力并多输沙入海;2在现状河道边界条件下,选择利津断面流量为2 200~3 200 m3/s作为临界水流功率对应的临界流量较为合适,判断下游河道冲淤基本平衡的临界值则取场次洪水来沙系数为0.018 kg·s/m6;3为增大下游河道输沙的水流功率,水库排沙期应尽量使利津站与花园口站平均流量之比大于0.85,并相机利用东平湖向黄河补水。     

基于沙量平衡法的黄河下游河道冲淤量计算

在对输沙率资料进行全沙修正的基础上,根据黄河下游"多来多排"泥沙输移公式及1960-2013年实测资料,分别建立了以小浪底实测输沙量为输入条件及以花园口修正和实测输沙量为输入条件的利津年输沙量公式,并计算了相应的小浪底-利津河段和花园口-利津河段的沙量平衡法冲淤量。两个河段分别根据修正和实测输沙量资料计算的年冲淤量和累计冲淤量均能与相应的断面法实测结果相符合,表明建立的冲淤量计算方法能够较好地模拟河道长时期的冲淤过程。