黄河上游高含沙水流交汇区河床形态及冲淤变化规律

黄河上游交汇区为典型的高含沙水流交汇区,支流高含沙洪水往往引起剧烈的河床形态调整及冲淤变化。利用室内模型实验、野外观测资料,研究了支流高含沙洪水入汇干流后,交汇区变化过程及冲淤计算方法。研究表明,交汇区河床形态包括壅水区淤积沙坝、分离区沙洲、输水输沙主槽及分离区以下河段的沙洲等基本元素。进入交汇口上游壅水区的泥沙全部落淤,淤积量随高含沙洪水沙量的增加呈线性线增加;提出的交汇口以下河段的泥沙淤积模式,揭示了泥沙淤积的主要影响因素为支流高含沙洪水沙量、汇流比、恢复饱和系数等,支流高含沙洪水沙量的作用更为明显,该模式可以定量描述交汇口以下河段的泥沙淤积。支流高含沙洪水形成的淤积沙洲的冲刷,取决于干流洪水流量及持续时间。黄河上游交汇区的淤积沙洲,较优的冲刷流量为2000 m3/s左右,冲刷历时为10天左右。     

高含沙水流泥沙组成调整模式探讨

以低含沙水流泥沙组成与调整模式及钱宁等提出的高含沙水流两种极端模式为基础，讨论了高含沙两相紊流情况下泥沙组成与调整的机理,提出了泥沙平均粒烃随含沙量的变化模式等新概念，并用黄河干支流的资料进行了验证。     

黄河龙门河段揭河底洪水探析

通过统计、分析、计算相关水文资料,得出黄河中游龙门河段发生大面积揭河底的条件为：吴龙区间发生高含沙洪水,龙门洪峰径流量在6亿m3以上,输沙量在2.6亿t以上;龙门流量大于5 000 m3/s且持续时间大于5 h,含沙量大于400 kg/m3且持续时间大于3 h;龙门断面平均河床高程达到380.0 m以上。黄河龙门“揭河底”洪水对河床具有强烈的冲刷作用,冲刷深度较大,对河道形态调整同样具有很大影响。     

黄河冲淤特性"相对清水冲刷、相对浑水淤积"

本文回顾总结了以往对黄河干支流河道冲淤特性的研究情况 ,利用所提出的冲淤临界流量与含沙量的关系与渭河下游、黄河下游进行了对比。以此为基础 ,勾画出了黄河干支流冲积河道“相对清水冲刷、相对浑水淤积”的物理图景 ,提出了多沙河流“相对清水冲刷、相对浑水淤积”的冲淤特性     

高含沙洪水演进过程及动力学机理分析

高含沙洪水的演进十分复杂,洪峰流量一般表现为沿程减少,也经常发生沿程增加的情况。本文以黄河下游高含沙洪水为对象,基于守恒形式的高、低含沙统一浑水运动控制方程、特征线理论和变量沿特征线传播的物理本质,分析了含沙量沿程分布、冲淤作用、重力及阻力等关键因素对洪水演进的动力学作用机理和影响特征。研究表明,洪水传播过程中泥沙的存在和含沙量变化增加了洪水传播的不稳定性,由此导致的浑水密度沿程差异、剧烈淤积、重力和阻力调整均是洪峰增值的重要原因。并利用黄河下游实测高含沙洪水过程验证了本文的结论。     

多沙河流的波系结构Ⅱ：波系求解与应用

通过波前展开及拉普拉斯变换方法,本文推导了多沙河流波系结构方程的解析解,其直观地将多沙河流中洪水演进、泥沙输运及河床冲淤过程中各变量的变化过程及相互作用关系通过数学表达式定量表出。该方法为研究河流水沙运动尤其是水沙运动与河床变形耦合机理提供了一个新思路和新途径。结合黄河下游典型高含沙洪水实测资料,运用本文获得的波系结构解析解对高含沙洪水异常运动现象成功地进行了模拟。进一步分析表明,含沙量变化对低阶波传播特性影响较大,水体中含沙量越高,波传播速度越快。因此一场洪水过程中后期高含沙洪水传播速度较快,逐步赶上前期低含沙洪水,产生流量叠加形成洪峰沿程增值。     

黄河游荡型河流主槽范围分析确定

特高压线路建设经常需要跨越游荡型河流,往往出现河中立塔情形。此时,主槽范围的合理确定至关重要,因其直接影响跨河塔位的冲刷深度,进而影响线路安全和工程造价。本文以哈密~郑州±800kV特高压直流输电线路黄河大跨越工程为例,对游荡型河流主槽范围的确定方法进行了相关分析总结,供同类工程参考。     

基于特征分析的多沙河流洪峰流量增值机理研究

黄河下游等多沙河流通过高含沙洪水时常出现洪峰流量增值这一异常现象.从描述多沙河流水沙运动的耦合数学模型出发,基于模型所构成的双曲系统的特征理论,分析了多沙河流洪峰流量沿程增值机理.从所获得的耦合模型的特征关系上看,当河床存在显著变形时会对浅水波的传播特性产生较大影响.河床冲刷时水流中扰动传播速度变慢,而河床淤积时水流中扰动传播变快.因此,多沙河流高含沙洪水过程中河床出现的"涨冲落淤"现象使得后期落水阶段河床变形对水流运动产生的扰动较前期涨峰时更快,是产生洪峰增值现象的原因之一.     

黄河下游河道场次洪水输沙特性分析

本文分析了黄河下游河道1950-1985年277场洪水的输沙特性,建立了考虑各变量高次方和交叉作用的排沙比回归模型。利用输沙率关系和逐步回归的方法,找到了排沙比的主要影响因素,确定了排沙比公式的形式。为进一步验证逐步回归的结论及确定交叉项中各变量的指数,利用实测资料回归分析得出各参数,然后对参数进行检验。并利用1986-1999年13场高含沙洪水实测资料对排沙比公式进行了验证。结果表明,本文所建立的排沙比公式能够反映场次洪水的输沙特性,有助于了解黄河下游河道的输沙规律。     

基于正态动床模型的黄河大跨越群桩基础冲刷分析研究

目前国内外关于单桩基础局部冲刷深度计算经验较为成熟,但对于群桩基础冲刷研究却较少。本文采用较大比尺的正态动床模型对黄河大跨越群桩基础冲刷进行模拟研究,提出黄河下游段的群桩局部冲刷模型,研究了不同桩间距下群桩冲刷的影响系数,以期为黄河大跨越工程塔基冲刷计算提供参考。     

黄河下游河道洪水冲淤与水沙搭配关系

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；利用1960～1999年422场洪水资料分析了影响洪水冲淤的各种水沙因素，建立了黄河下游4个河段洪水排沙比与综合水沙系数的关系，该水沙系数包括流量、含沙量、洪峰流量变幅、洪水沿程衰减系数、洪水历时等5个因素；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(或组合)之间的关系；该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。     

孔兑入黄数值模拟及分析

本文利用平面二维水沙数学模型对十大孔兑之一的西柳沟入黄进行模拟并分析。结果表明:在流场方面,高含沙洪水入汇后,壅水区水位升高,流速先降低后升高,不同点的流速升高不同步;河床在支流入汇口处存在突降,形成高流速区,经高流速区后流速迅速降低,泥沙淤落;相较于低含沙水流入汇,高含沙水流入汇的回流区外形更狭长,水流结构更复杂;低含沙水流入汇来沙全部输向下游,高含沙水流入汇则会有部分泥沙向上游输送;在入汇口上下游,上沙坝的形成过程是从两岸向中间发展最终合拢并堵塞主河槽,下沙坝则同时淤升,左岸抬升较为均匀,右岸抬升先快后慢,沙坝最终沿右岸延伸;在实际当中,交汇区的流场及河床变形与洪水过程密切相关。     

特约文章：三峡水库下游河床冲刷与水位变化

为探析三峡水库下游河床冲淤与水沙输移之间的关系以及河床冲淤对洪枯水位的影响,采用三峡水库运用前后长江中下游水文泥沙和河道地形资料,分析归纳了主要水文站水沙变化、沿程河道冲淤分布和洪枯水位变化特征。研究表明：冲刷集中于枯水河槽既与洪水频次减少、中等流量持续时间加长有关,也与中等流量下河道冲刷率大、洪水流量下河道冲刷率小的特点有关;主冲刷带自上而下推移,目前仍位于荆江河段;粗沙（d > 0.125 mm）的年均输移量至监利基本可恢复至蓄水前的多年均值,城陵矶以下长河段冲刷主要是细颗粒冲刷导致;河道冲刷导致中枯水位明显下降,并在城陵矶以上沙质河段呈现加速下降趋势,但当流量大于平滩流量附近的临界值时,高水位变化不大,初步预估这种变化特点将在较长时期内保持。     

不同量级洪水对黄河下游游荡段冲淤变化的影响

小浪底水库运用后,改变了进入黄河下游的水沙条件,引起了下游河道的再造床过程。以小浪底水库调控后的不同水沙过程为基础,研究这些不同水沙组合洪水在下游河道的演进过程及其对冲淤变化的影响,可为黄河下游“二级悬河”治理提供科学依据。文章首先介绍了模拟黄河下游游荡段实际断面形态下洪水演进的一维水沙耦合模型,并利用黄河下游1982年5—10月实测洪水资料对该模型进行了验证,计算所得流量过程、含沙量过程及沿程最高水位等均与实测值较为吻合;最后采用该模型计算了水沙总量相同条件下,不同量级洪水过程在下游游荡段的演进过程,分析了不同量级洪水对河床冲淤变化的影响。结果表明：不同水沙过程对下游游荡段冲淤变化有明显影响,洪峰流量为10000 m3/s及相应含沙量为60 kg/m3的水沙过程在下游游荡段淤积量最大,洪峰流量为4000 m3/s及相应含沙量为30 kg/m3的水沙过程在下游游荡段淤积量最小。从淤滩刷槽的综合效果看,洪峰流量为6000 m3/s及相应含沙量为40 kg/m3的洪水过程对于下游游荡段河床调整较为有利。     

渭河水沙衰减对下游及黄河的影响

渭河下游及黄河潼关河段近年来河势发生了变化,从渭河及主要支流水沙、降雨、用水等方面,分析渭河水沙量衰减的原因及对渭、黄河的影响。经分析,渭河水沙量衰减的主要原因是流域降水量减少、用水量过度。渭河水沙量衰减是造成渭河下游及潼关河段河势发生变化的一个重要原因     

都江堰内江河段河床冲淤规律研究

都江堰枢纽区的河床冲淤变化对工程的维护和分流分沙及都江堰灌区的引水和风栖窝的淘淤都具有重要的作用。内江河段进口段的冲淤幅度较大而中下段较小，河床冲淤频繁，淘淤的作用有限。河口河段与水文站河段的冲淤变化为负相关，反映出卵石缓慢运动的滞后影响。水文站河段与卧铁河段的冲淤变化为正相关，内江中下段的挟沙力与输沙量之间基本平衡。河段的冲刷量随综合作用力的增加而加大。1977年的洪水使河口断面的主槽从左变到右而产生滩槽交替，18-1断面为过渡段，以下的五个断面没有明显的冲淤变化，说明该河段的形态基本稳定。本文的研究结果为都江堰水利枢纽的长期安全运行提供了科学依据。     

黄河下游河道的输沙平衡关系及应用

Equilibrium sediment transport relations in terms of discharge and channel shape for the lower Yellow River were obtained by introducing the characteristics of sediment transport of the lower Yellow River into the general formulations of equilibrium sediment transport for two-phase heterogeneous flows. These relations can be used for analyzing the characteristics and trend of adjustments in longitudinal and transverse channel shapes of a channel reach in response to variations of flow and sediment load. The applicability of the equilibrium sediment transport relations was verified for adjustment of channel cross section based on the stage-discharge relation of a typical hyperconcentrated flood at the Jiahetan station in 1977, which indicates that the adjustment was not a permanent one.The proposed equilibrium sediment transport relations for the lower Yellow River are closely related to parameters of “equilibrium slope” and “hydraulic geometry” used in river training. Because of the adjustment of channel slope is related to cross-sectional shape, the cross-sectional parameter must be included in the “equilibrium slope”.The equilibrium sediment transport relations for the lower Yellow River provide a quick calculation method for various channel designs. This is very important for transport of sediment from the Yellow River to farmland using irrigation channels, deposition of sediment on floodplains using desilting channels, and reduction of sediment deposition in the lower Yellow River.     

黄河下游平滩河槽形态与水沙搭配之关系

概括总结了对黄河下游断面几何特征与水沙关系(断面河相关系)的研究现状,基于"记忆"效应提出了几何特征与前期水沙的公式,利用1969～1996年水沙资料以及1973～1996年花园口～利津河段统测断面资料进行了统计分析,建立了花园口～高村、高村～艾山、艾山～利津河段平滩几何特征与前期水沙参数的(沿程河相)关系,认为各河段断面平滩几何特征与前期(前4年)水沙搭配条件有关,前期冲淤对断面形态的影响可以通过水沙搭配来反映,边界条件对断面形态的影响可以通过水沙参数的指数来反映.     

移动网格下黄河下游游荡段二维水沙数值模拟北大核心CSCD

本文针对游荡型河道水沙数值模拟中岸滩崩塌引起的网格移动问题,采用任意拉格朗日-欧拉方法,在正交贴体坐标系中建立了移动网格下的黄河下游游荡段平面二维非恒定水沙数学模型,同时为使移动网格情况下水沙运动控制方程满足几何守恒律,推导了正交贴体坐标系下网格运动项的计算公式,并采用基于弧长的超限插值法,提出了一种能追踪河岸边界变化的网格移动计算方法。最后采用黄河下游花园口至高村河段2013年实测水沙资料对模型进行验证,结果表明,本模型能较好地模拟出计算河段的水沙输移、滩槽冲淤分布和岸滩冲刷后退过程,所建模型可用于黄河下游游荡型河道水沙运动和滩槽演变模拟。