黄河下游不同治理方案下河道冲淤规律研究

针对黄河下游宽河治理的现状方案和窄河治理的防护堤方案,采用一维非恒定水沙数学模型,对设计年均来沙分别为3亿、6亿t和8亿t的3组系列年水沙情景开展了计算。结果表明:年均来沙3亿t情景下,两种方案黄河下游均表现为微冲,冲刷量分年、分滩槽、分河段都差别较小,第50 a末两种方案的最小平滩流量为4 019～4 067 m~3/s;年均来沙6亿t情景下,两种方案黄河下游均表现为淤积,防护堤方案在全下游减淤15.78%,减淤主要发生在花园口—艾山河段,其中花园口—高村、高村—艾山分别减淤22.53%、23.45%,艾山—利津河段稍有增淤,第50 a末黄河下游最小平滩流量为2 389～2 608 m~3/s;年均来沙8亿t情景下,两种方案黄河下游淤积量都较大,防护堤方案在全下游减淤16.78%,在铁谢—花园口、花园口—高村、高村—艾山河段分别减淤18.40%、20.83%、21.85%,艾利河段增淤4.99%,至第50 a末黄河下游最小平滩流量为2 058～2 420 m~3/s,两种治理方案对西河口以下河长的延长值影响不是太大。     

小浪底水库库区及下游河道冲淤变化研究

利用小浪底水库运用以来至2008年的实测资料,对库区及下游河道的演变情况进行了研究。结果表明:①截至2008年4月,小浪底库区共淤积泥沙23.22亿m3,干、支流淤积比例分别为84.3%、15.7%;②小浪底水库干流淤积形态为水库回水末端附近的三角洲淤积及三角洲以下的异重流和浑水水库的淤积体;③小浪底水库下闸蓄水运用以来,黄河下游各河段均发生了冲刷,利津以上河段冲刷15.89亿t;④截至2008年汛初,花园口以上河段平滩流量已增大至6 000m3/s,花园口—高村河段平滩流量增大为4 500 m3/s左右,高村—艾山为3 800 m3/s左右,艾山以下大部分河段为4 000m3/s以上;⑤2002—2005年小浪底水库调水调沙年均增加黄河下游冲刷量0.18亿t。     

流量和含沙量对水质参数影响分析

为了研究近年来黄河下游水环境容量萎缩的内在机理，本文用流量级频率分析的方法，对1982～1984年黄河下游花园口、泺口水文站实测水质分析成果表中的耗氧量、溶解氧及其相应流量进行了分析，得到在平滩流量下黄河下游河道对污染物输运能力最强，而且此时其水环境容量也最大的结论。随着花园口、泺口水文站平滩流量由1958年的8000m3/s和9200m3/s降至1999年的4000m3/s和3000m3/s，黄河下游水环境容量萎缩是必然的。本文又通过统计分析得知含沙量对黄河下游水质监测数据中的耗氧量及溶解氧量影响不大。     

黄河下游造床流量的变化及其对河槽的影响

本文通过计算黄河下游的第一造床流量和第二造床流量，分析了黄河下游河槽的萎缩过程。第一造床流量与年水沙量的关系分析表明，黄河下游的深槽平浅滩流量700～1000m3/s是相对稳定的，恒定流的平衡输沙能力约为18～21kg/m3。通过小浪底水库拦粗排细年平均拦沙约3亿t，并在汛期强化调水调沙运用，基本可以控制黄河下游河槽的淤积萎缩。第二造床流量和平滩流量的关系分析表明黄河下游恢复和维持平滩流量约4000m3/s的中水河槽是比较合理的。根据小浪底水库调水调沙运用状况，提出了恢复和维持黄河下游稳定中水河槽的措施，并探讨了强化小浪底水库调水调沙运用的方案。     

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。     

黄河下游水沙变化与归因分析

以黄河下游为研究区,采用Mann-Kendall检验法、均值差异t法、小波分析法、双累积曲线分析法、累积量斜率变化率法对黄河下游近60 a来实测径流泥沙序列进行变化规律系统分析,定量评价气候变化和人类活动对黄河下游水沙变化的贡献率,以期揭示黄河下游水沙量变化规律及其引起水沙时空演变的影响因素。结果显示:黄河下游水沙量均出现明显下降趋势,且年输沙量比年径流量减少明显;花园口、高村、艾山3个水文站的年径流量均于1985年发生突变,利津水文站年径流量于1979年发生突变,高村、艾山2个水文站的年输沙量均于1997年发生突变,花园口、利津水文站年输沙量分别于1999年、1994年发生突变;各水文站水沙序列存在多时间尺度的周期变化,但变化尺度有所区别;4个水文站的水沙量双累积曲线均发生两次偏转,输沙量平均每年分别减少3.81亿、2.69亿、2.24亿、0.67亿t,减沙量沿程下降;水沙量减少的主导因素是人类活动。     

黄河下游山东河段近期河道整治设计流量标准探讨

根据１９７６－１９９８年汛期高村，孙口，泺口，利津水文站逐日平均流量及其上下游的水位资料，计算了黄河下游山东段游荡性，过渡性，弯曲性及河口段的造床流量值。据此，提出了该河段近期河道整治设计流量采用３８００ｍ＾３／ｓ的建议。     

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。     

洪水冲刷增大高村—艾山段平滩流量研究

研究了小浪底水库运用以来黄河下游各河段糙率变化情况和冲刷强度的变化趋势。结果表明:①小浪底水库运用以来,夹河滩以下河段的糙率没因床沙粗化而增大;②小浪底水库运用以来泥沙粗化对冲刷的影响仅发展到花园口—夹河滩之间,高村—艾山河段冲刷强度没有明显减弱;③在目前河道边界条件下,只要小浪底水库下泄流量大于1 500m3/s,高村—艾山河段即可发生冲刷;④要想使高村—艾山河段平滩流量由3 810 m3/s增大至4 000 m3/s,需要小浪底水库下泄流量大于4 000 m3/s的水量约35亿m3。     

喜河水利枢纽的合理日调节

提出了水利枢纽合理日调节计算流程图，据此计算枢纽的合理日调节方案．以汉江喜河水利枢纽为例，进行了日调节方案计算，取得了发电、通航的满意效果．     

单宽流量法计算断面流量公式中系数的验证

单宽流量法基本假设是：全断面各部分宽内的单宽流量呈直线变化。为了证明该假设的正确性并探求天然河道中的流量校正系数值β〖TX－〗q与岸边流量系数αq以及其变化情况,收集了长江干支流共16个站的流量Ⅲ型误差试验资料317次,对公式中的β〖TX-〗q值与αq值进行了验证。计算和拟合的结果证明,断面流量校正系数在天然河道中接近于１,即该假设正确。同时,介绍了流量校正系数值β〖TX－〗q与岸边流量系数αq值的计算方法和步骤,有助于单宽流量法的推广应用。     

黄河下游河道平滩流量与造床流量的变化过程研究

采用黄河下游各水文站1950-2003年实测资料,系统分析了过去50多年间黄河下游平滩流量和造床流量的变化过程及其与花园口来水量的响应关系,分析表明在过去50多年间黄河下游平滩流量和造床流量总体上呈逐渐减小的趋势,其数值随花园口来水量的丰枯而变化,花园口来水量大,造床流量就大,造床能力就强,塑造的主河槽的平滩流量也大。文中给出了平滩流量与造床流量的响应关系,通过造床流量和平滩流量的比较,指出黄河下游造床流量小于平滩流量,过去50多年间水流塑造河床的能力小于主河槽当时的过流能力,黄河下游主河槽萎缩是河道演变响应来水变化的必然结果。研究结果进一步表明,通过小浪底水库调整进入下游的来水过程,增大河道的造床流量,进而增大河道的过洪能力是治理河道萎缩的重要措施之一。     

脉冲式浮射流水力特性的实验研究

目前污水的海洋排放方式可大致分为 2种 :恒定或准恒定流量排放 ;脉冲式的非恒定排放。对工程中更为常见的脉冲式排放在环境受纳水体中的浮射流运动特性 ,动量尺度、底边界对浮射流的影响进行实验研究 ,此项研究方法及初步成果为河底射流冲淤排沙研究工作奠定了基础。     

一种突发山洪非接触式实时流量监测技术

对比传统流量监测,本文提出一种非接触测流方式,介绍了非接触雷达流量传感器主要特点,详述了基于非接触式测流原理的雷达流量传感器及其监测系统的实现方法.设计出基于非接触流量传感器的流量在线监测传输系统,就其实践应用进行分析,以期后续得以推广应用.     

碾盘山水利枢纽泄水闸泄流能力模型试验研究

物理模型试验是水利枢纽设计阶段保证设计合理性的主要措施之一。为了研究碾盘山水利枢纽水工建筑物布置的合理性,委托科研单位开展了整体水工模型、断面水工模型试验研究。论文比对了两个模型试验泄水建筑物泄流能力的研究成果,发现泄流能力复核结论总体一致、但存在一定的趋势差异。     

垂直梯形闸门自由出流水力特性试验研究

垂直梯形闸门是一种新型平板闸门,与常规矩形闸门相比,因其不需修建闸室和扭面等附属建筑物,占地小,在灌区各级梯形渠道控流和分流应用方面具有优势。梯形闸门的过流边界条件特殊,与矩形闸门过流水力特性明显不同。为明晰其水力特性,在边坡系数为1.5、1.75和2的典型梯形渠道上开展了186组模型试验,重点分析了闸门开度e、闸前水深H₀等参数对闸后流态和流量的影响,并基于试验数据研究了梯形闸门自由出流时的流量计算方法。结果表明,水流经梯形闸门左、中、右孔口流出的三股水流在闸后碰撞,水面宽收缩至最小,中轴线及其附近水深最大,横向水面轮廓呈“驼峰”状,且驼峰出现的位置和水流碰撞引起的水面波动幅度与闸门开度、闸前水深有关。当流量和闸门相对开度分别增大1倍时,驼峰距闸门的距离分别由3.6e、8.2e变化为6.0e、3.3e,驼峰高度由1.5e、3.0e变化为2.4e、1.5e,驼峰下游渠道水流趋于均匀分布所需要的距离由15.0e、33.0e变化为34.0e、17.0e。收缩水流在势能和动能相互转化作用下沿横向和纵向扩散,能量沿程耗散,水面波动减小直至与渠道水面衔接。流量系数公式相对误差平均值为2.17%,其中相对误差小于6%的数据占比为96.3%,总体精度较好。研究成果可为垂直梯形闸门的工程设计和运行管理提供参考。     

山口水电站泄流能力及消能方式研究

通过对山口水电站泄洪底孔和溢流表孔的泄流能力及消能方式分析计算与水工模型实验相互验证,表明该工程底孔和表孔泄流能力和流态设计计算与水工模型试验基本一致;但由于对河道覆盖层和基岩抗冲能力估计不足,消能工和下游防护都有较大的变化,最终通过水工模型试验调整。结果表明山口水电站工程消能方式研究为今后大流量、低水头、低抗冲流速河道修建消能工提供了经验和设计依据。     

声学时差法流量计在明渠流量测验中的应用

声学时差法流量计早已成功地应用于国外的河流流量自动测量,国内已开始试应用,并取得成功。简单介绍了声学时差法流量计的工作原理,仪器组成,详细介绍了实际应用方式,并与H-ADCP进行了精度比较,得出时差法的测速准确性高于多普勒法。但应用时差法流量计时,要注意考虑安装和防护问题。声学时差法流量计适用范围广,性能好,是一种可以推广的河流流量自动测量仪器。     

多洞联合泄洪通风补气系统运行特性

结合水-气分层流理论,构建了如美泄洪洞与溢洪洞联合泄洪通风补气系统理论计算模型,研究了如美多条泄洪隧洞的通风补气特性,绘制并总结了如美各条泄洪隧洞的负压、补气竖井风速及通风量随泄洪洞洞顶余幅高度及其补气竖井截面尺寸的变化规律。结果表明：泄洪洞负压出现极小值和极大值并存的3分区,而溢洪洞负压无明显变化;泄洪洞补气竖井风速和通风量出现极大值,溢洪洞补气竖井通风量反之出现极小值。综合考虑各条隧洞通气参数的变化,可为联合泄洪系统中泄洪洞及其补气竖井尺寸的选择提供参考依据。