不同治理模式下黄河下游水沙运行机制研究——“黄河下游滩区生态再造与治理研究”之二

通过建立黄河下游花园口至艾山河段二维水沙模型,采用实测资料分析和模型计算等多种手段研究黄河下游水沙运行机制。黄河下游宽河段以艾山为卡口形成平原水库,当发生漫滩洪水时,水流进入滩区,泥沙大量落淤,而后清水退入主槽,既减轻主槽淤积甚至产生"淤滩刷槽"效果,又减少了艾山以下窄河段的洪峰流量和泥沙淤积,是黄河下游防洪减淤体系的重要组成部分。受滩区人类活动和来水来沙等因素影响,现状河道存在漫滩水流顶冲堤防、顺堤行洪以及滩槽水沙交换不畅等问题,中小洪水期间河道淤积的泥沙90%以上分布在主槽和嫩滩,即使大洪水期间滩区构筑物影响减弱,仍有约50%淤积量分布在嫩滩;滩区防护堤方案缩窄了河道,客观上减少下游河道淤积7%~30%,但是加大了大洪水期间嫩滩淤积量;生态治理方案实施"高滩"淤筑和"二滩"再造,消除了"二级悬河"和滩槽横向倒比降,实现了洪水自然漫滩,减少下游河道淤积20%~50%,嫩滩淤积减少幅度更大,有利于遏制"二级悬河"形成。     

黄河下游典型河段滩槽分界二维洪水数值模拟

采用平面二维水沙数学模型,在黄河下游河道现存生产堤条件下,针对典型洪水进行洪水模拟计算研究。通过对黄河下游典型河段的洪水数值模拟,分析研究该区域洪水演进、漫滩及河势变化状况、滩槽流速分布及单宽流量分布,给出滩槽分流比及滩区不同程度的淹没范围。这一研究对于明确滩槽范围、为滩区受洪水灾害补偿提供明确范围、为滩区发展创造良好环境及维持黄河健康生命具有非常重要的意义。     

黄河下游河道治理战略研究

从有历史记载以来,黄河治理就备受关注,就治河而言,从未停止过宽河与窄河的争论。宽河方略以现有黄河大堤为堤线,以逐步废除生产堤全滩区运用方案作为代表方案;窄河方略堤线考虑河道整治工程治导线、有关滩槽划分界限成果、河道内现状工程分布等因素,陶城铺以上宽河段平均堤距4 km左右、陶城铺以下河段基本维持现状堤线布置。通过对宽河方略、窄河方略下不同方案的设置条件、运用方式等进行研究,从对下游防洪、河道冲淤的影响、治理效果及经济指标、治理风险等多方面对两种方略进行比较,认为宽河方略可以更好地发挥宽滩区的滞洪沉沙作用,利于洪水的管理和调度,可为下游河道治理和滩区群众生产发展共赢创造条件,应作为黄河下游河道治理的推荐方案。     

黄河生产堤分布特征及其对河道冲淤的影响

采用实测资料分析和理论探讨相结合的方法,研究了黄河生产堤分布特征及其对黄河下游河道冲淤的影响。研究结果表明:生产堤是黄河下游滩区群众自发修建的,由于历史原因和沿岸居民认识水平的不同,现状生产堤不论两岸间距,还是断面尺寸和施工质量都呈现出较大差异。生产堤阻断了黄河下游河道滩槽水沙交换,对加大河槽淤积有一定的辅助作用,但不是决定性的;生产堤对河道淤积的部位和形态有重要影响;生产堤对河道冲刷没有明显的不利影响。全部废除生产堤,危及滩区防洪安全,很不科学,目前逐步废除生产堤是黄河下游滩区治理的上策。     

黄河下游滩区行洪和沉沙功能演变分析

黄河下游滩区的行洪和沉沙作用未来究竟有多大,是滩区治理战略方向确定的关键依据。利用实测资料,系统分析了黄河下游实测洪水泥沙变化、滩区不同时期行洪和泥沙淤积变化。结果表明:受洪水量级大幅减小、河道整治工程相对完善以及滩区生产堤建设等综合因素影响,1986年以来滩区行洪和沉沙功能与历史时期相比已显著减弱。采用数学模型对比分析了下游河道"现状格局"和"彻底废除生产堤"两个方案滩区的沉沙作用,结果表明:在潼关年均来沙3亿t条件下,未来50 a内滩区基本不发挥沉沙作用;来沙6亿t条件下,未来50 a内滩区发挥一定的沉沙作用;从滩区泥沙淤积比例这个关键指标看,"废除生产堤"方案仅比"现状格局"方案高2%。提出了重新对滩区行洪和沉沙功能进行战略定位的建议。     

黄河下游河道冲淤计算方法

本文介绍黄河规划治理中常采用的下游河道冲淤计算方法.黄河下游来水含沙量大,含沙量变幅大,河床边界条件复杂,特别是漫滩洪水及高含沙洪水,洪峰沿程传播变形及滩槽水流横向交换引起的滩槽冲淤变形均较明显.实际上是三维非恒定流的河床变形问题.本计算方法由黄河下游实测水沙资料分析求得黄河下游各水文断面主槽输沙公式,它反映了黄河下游各断面输沙率不仅与本断面水力条件有关,而且与上游断面来水含沙量有关.根据下游河道型态特性对河床边界条件进行概化处理,运用一维河床变形的三个基本方程进行河床变形计算.漫滩洪水采用马斯京根法进行洪水推演,将不断进行的滩槽水沙横向交换概化为分段进出的漫滩水流.在每小段进出口处进行滩槽水流混合及滩槽分流计算,在每小段内分别进行滩地和主槽的一维冲淤计算.经过三十余年实测资料验证,不论冲淤总量还是沿程各河段及横向滩槽冲淤分布均较符合实际.     

增大主槽过流能力 淡化生产堤存废之争

从大洪水发生几率大幅度减小、下游河道具有极强的泄洪输沙能力、刷槽和淤滩没有必然的联系等方面,论述了目前条件下黄河下游滩区生产堤存在的合理性。同时指出:三门峡水库"蓄清排浑"运用的减淤作用已经使花园口以上河道基本不淤,温孟滩已经成为小浪底水库的移民区;小浪底水库投入运用以后,下游河道平滩流量增大,但夹河滩以上河道依然宽浅散乱,急需采用双岸整治措施形成稳定的窄深河槽;通过小浪底水库泥沙多年调节优化水沙组合,将泥沙调节到洪水期输送,可以控制河道主槽不抬高。只要主槽过流能力增大了,洪水漫滩几率就会减小,生产堤存废的争论自然得到淡化,滩区问题就能得到合理的解决。     

黄河下游宽河段漫滩洪水作用初析

通过实测资料分析,阐明黄河下游宽河道在持续萎缩的情况下漫滩洪水仍具有较强的淤滩刷槽的行洪特点,指出漫滩洪水造成的滩地淤积主要来自于滩槽水流泥沙的横向交换。通过2002年的调水调沙试验,验证了漫滩洪水可有效增加平滩流量的认识,建议在下游泥沙还没有得到有效控制的情况下允许洪水在一定范围内漫滩,这样从长远来看对防洪是有利的。     

黄河下游二级悬河段河势及漫滩模型分析

结合实体模型试验,在洪量和沙量不变的情况下,对概化处理后不同量级洪水条件下黄河下游二级悬河段的水沙过程进行了研究。结果表明:随着洪峰流量加大,进入滩区的水量也随之增大,其漫滩范围和落淤厚度有逐步增大的趋势,但漫滩洪水基本流路无大的变化;漫滩洪水的水流交换模式包括在三角形滩区内完成的淤滩刷槽交换模式和水流漫滩后通过较长距离条形滩区落淤后回归主槽的交换模式。     

对于黄河下游治理方略的几点建议

二级悬河是黄河下游防洪的心腹之患，必须改变当前槽高滩低的局面，消除二级悬河，才能使黄河下游成为一条有健康生命的河流。只有通过废除生产堤，才能利用大自然的力量，较快、较好地消除二级悬河的严峻现状。要废除生产堤，首先要搞好滩区的安全建设。在此前提下，建议改变小浪底水库的运用方式：拦蓄大洪水，不拦蓄中小洪水；排泄浑水，不排泄清水；汛期水库少量蓄水，做到拦粗排细；允许洪水漫滩，实现漫滩刷槽，利用滩地处理大部分来沙。     

北方河流河道特征水位确定方法探讨

以辽河为代表的我国北方大中型河流,其普遍存在的滩地横比降和连续套堤使得河道特征水位的传统确定方法遇到了非常大的挑战。如何较为准确地确定河道特征水位,为防洪防汛提供参考依据,是本文探讨的主要问题。     

叶尔羌河平原区游荡河型成因及治理方略探讨

以叶尔羌河中下游平原区主要水文观测断面和典型河段来水来沙条件及河床边界组成条件的分析为依据,以影响冲积平原河流河床演变的三大主要影响因素的辨识分析为基础,进行了叶尔羌河平原区游荡河型形成原因的分析,得到了叶尔羌河平原区游荡河型的首要成因是河床边界组成条件,辅助条件是来水来沙条件的初步结论,并据此建议流域治理应秉持中下游河道防洪护岸工程建设与上游大型枢纽控导工程并举的方略.     

河道束窄段对上游洪水过程特性的影响

为了研究束窄河段对洪水演进过程特征的影响,采用二维全水动力模型GAST模拟了束窄段河道洪水过程,通过理想河道和灞河上游实际河道分析了河道束窄程度与洪水特性间的定量关系。结果表明：束窄断面形状对洪水过程特征中水深、流速影响的大小依次为V形>U形>梯形>矩形。断面形状相同时,束窄程度越大对水深和流速影响越大。河道束窄段上游水位壅高,下游水位相对降低但流速更大。扩宽河道束窄段可以降低上游水位及上下游流速差。在“8·19”洪水下,灞河束窄河段束窄程度降低时(原河道束窄程度为64.4%,河道疏浚后束窄程度分别为55.6%、46.7%、37.8%),上游最大水深分别减小0.669、0.985和1.066 m,上下游流速差分别减小0.702、1.592、2.550 m/s。洪量越大则河道水位越高、流速越大,束窄程度变化对水位和流速变化的影响也越大。将“8·19”洪水进行缩放入流情况下,原始河道最大水深分别为2.177、2.778、3.618 m,束窄程度为37.8%时最大水深减小至1.866、2.367、3.175 m。通过分析不同束窄程度的束窄段河道洪水过程特性,可为束窄段河道防...     

磨刀门水道近50年河床演变及其冲淤成因分析

为弄清磨刀门水道河床演变及其冲淤成因,利用历年实测地形资料,建立DEM模型,进行河床演变分析,结果表明:磨刀门水道主槽不断冲刷,滩地有淤有冲。从上游来水来沙条件、河床边界条件、人类活动等方面进行冲淤成因分析,确定主要影响因素,预测河床演变趋势,为将来河道治理与开发提供科学依据。     

论黄河下游河道的改造与“二级悬河”的治理

本文对黄河下游滩地分布和“二级悬河”的发展过程、现状及其形成原因进行了深入分析，指出水沙条件变化是形成“二级悬河”的主要原因，生产堤和河道整治工程的修建加速了“二级悬河”的发展，要立足于下游、着眼于全流域，从水沙优化配置、人与自然和谐相处、社会经济发展与黄河治理开发协调发展的战略高度，探讨“二级悬河”的治理。在系统分析和总结“二级悬河”和下游河道治理各种设想和措施的基础上，指出今后黄河下游河道治理的方向是进行河道的改造。下游河道治理已进入宽河道与窄河道相结合、综合治理滩区．逐步向窄河道发展的时期，“二级悬河”的治理是其中的组成部分，具体设想是：通过下游河道的改造，滩区的综合治理，形成由现有宽河道、改造后窄河道和窄深主河槽三者相结合的输水输沙和滞洪淤沙系统。并提出了下游河道改造与“二级悬河”治理的具体措施和技术指标，以及需要研究的关键技术问题。     

20世纪80年代以来珠江三角洲网河区河性演变

针对20世纪80年代以来珠江三角洲网河受大规模采沙影响,其河道特性发生的显著变化,基于实测资料,从网河区河道的河床演变、水沙条件、同流量水位变化、西江和北江分流分沙变化、河槽容积及河道行洪能力等方面分析了珠三角网河区河性的演变情况。结果表明:20世纪80年代以来,网河区河床下切严重,来流量变化不大,来沙量大幅下降,同流量下水位下降明显,思贤滘对西江、北江的分水分沙有所调整,河槽容积增大,河道的行洪能力提高。随着规模取沙的减少,2005年后网河区河道进入新的平衡演变阶段。     

河岸植被覆盖影响下的河流演化动力特性分析

河岸植被对河道的水流运动、主槽稳定及河湾迁移等均有重要的影响,尤其是在洪水期河流的演化过程中。为分析不同密度植被护岸对河流动力过程的影响响应,本文采用自然模型实验,通过改变河岸植被种植密度及单双岸布设方式,模拟河岸有无植被种植的河流演化过程。给定相同的造床流量、坡降、泥沙粒径等水沙边界条件,设定控制变量为河岸植被覆盖率,分别为0%,20%,40%,80%。实验结果表明:(1)单岸植被覆盖其主流稳定性较两岸植被覆盖为差;(2)河岸植被越密集,水流对河床的局部扰动越强烈,河演达到稳定状态周期越长;(3)两岸植被覆盖的蜿蜒河道其稳定曲率随植被覆盖率增大而减小,较大的水流剪切力会造成较大的河湾迁移。     

河道整治对洪水情势影响的初步分析——以松阳县松阴溪干流为例

河道整治特别是两岸堤防的新建、加高和加固等措施是提高河道防洪能力的主要工程手段,但是河道堤防在满足设计标准后,在发生设计频率洪水时,原来的洪水漫滩现象大大减少,这将增加下游的洪峰流量,洪峰时间也将提前,对下游的防洪有一定的不利影响。以松阳县松阴溪干流为例,通过河道非恒定流模型计算发现,松阴溪流域遭遇20年一遇洪水时,河道堤防整治后靖居口水文站处洪峰流量将增大5.3%,峰现时间提前0.9 h。     

节点对长江下游马当河段汊道演变影响的研究

节点广泛存在于分汊河段,对汊道的影响至关重要,研究节点对汊道演变的影响,对指导河道治理具有重要意义。长江下游马当河段为典型的微弯分汊河型,先后有骨牌洲、棉外洲、瓜子号洲等将河段多级分汊,依次有小孤山、彭郎矶、马当嘴、马当矶等山体形成控制节点。建立了马当河段二维水沙数学模型,在验证的基础上,从水流及河床冲淤变化的角度,结合河床演变,探索各个汊道分流比调整后对上下游河段的影响,分析了节点在汊道演变中的控制作用。研究结果表明:经过小孤山-彭郎矶节点的控制,马当河段进口边界条件较为稳定,上游河势发生较大变化时,马当河段河势变化微小;经过马当矶-马当嘴节点的控制,棉外洲左右槽分流比变化为23.3%~58.1%时,对节点下游主流和河床冲淤的影响主要集中在2~2.5 km以内,影响范围有限。通过采用数学模型和河床演变分析相结合的方法,探索汊道之间演变的相互影响,分析节点的控制作用,为河道治理提供指导意见。     

三峡工程运用初期荆江河段调关弯道冲淤演变试验研究

三峡水库修建后,由于水库调蓄作用,进入坝下游荆江河道的水沙过程发生了显著变化。荆江河道产生较明显的冲刷,已引起局部河段的河势调整,将在相当长时期内对两岸堤防、已建护岸工程和河道整治工程及河道的稳定产生不同程度影响,进而影响该地区的防洪、航运、生态与环境,以及河流的综合服务功能的正常发挥。采用长江防洪实体动床模型试验,研究了三峡工程运用初期不同时期荆江重点险工段调关弯道的冲淤变化过程,并在此基础上预测河势调整趋势。研究成果可为该段河道的治理和河势控制工程规划、设计等提供技术参考。