黄河下游河道横断面变化特点分析

探讨了黄河下游不同河段断面水力几何形态及断面形态特征参数之间的相互关系与变化特点。研究结果表明:①游荡型河段,河宽随流量的增大而增大,但水深与流量之间基本没有相关关系;②蜿蜒型河段,在水流达到满槽河宽之前,断面几何形态和断面特征参数的变化与游荡型河段相似;在水流达到满槽河宽之后,水面宽与流量关系不大,平均水深与流量成正比关系;③过渡型河段断面特征参数的变化具有游荡型河段的断面特征,又具有弯曲型河段的断面特征。     

黄河下游河道横断面的若干特点

探讨了黄河下游不同河段断面水力几何形态及断面形态特征参数之间的相互关系与变化特点,认为:①游荡型河段河宽随流量的增大而增大,但水深与流量之间没有相关关系,河相系数也随流量的增大而增大,面积的增加主要是通过河宽的增加来实现的,面积与水深之间没有相关关系,而平均水深随河宽的增加具有减小的趋势;②蜿蜒型河段在水流达到满槽河宽之前,断面几何形态和断面特征参数的变化与游荡型河段相似,在水流达到满槽河宽之后,断面几何形态和断面特征参数的变化与游荡型河段的断面极为不同;③过渡型河段断面特征参数的变化既具有游荡型河段的断面特征,又具有弯曲型河段的断面特征,但在1965~1974年的集中整治后,变为弯曲型河段的断面参数变化特征;④研究黄河下游河道输沙及河床演变时,必须注意到不同河段断面形态的显著区别,特别是蜿蜒型河段的断面形态在满槽河宽前后的显著区别。     

黄河下游河型转换及弯曲变化机理

冲积河流河型转换及弯曲变化机理是一个有争议的自然科学难题,根据河道卫星图片量测结果,分析了黄河下游各河段的主河槽弯曲系数变化,各河段的主河槽弯曲系数对比表明,小浪底水库运用后,黄河下游各河段的主河槽弯曲系数有所增大,其中游荡型河段主河槽弯曲系数由1.12增大到1.29,游荡型有向弯曲型转化的趋势;过渡性河段的主河槽弯曲系数由1.23增大到1.35,过渡性河段基本转变为弯曲型;弯曲型河段的主河槽弯曲系数由1.19增大到1.25.探讨了河道形态弯曲变化的机理,从理论上解释了水库的滞洪沉沙作用使下泄水流含沙量减小、泥沙粒径变细、洪峰调平,使下游游荡型有向弯曲型转化的趋势,主河槽弯曲系数增大.     

黄河下游河势演变中的横河

横河是指河道水流在非工程控导情况下,全河或主溜以与宏观流向垂直或近于垂直的方向冲向堤防、整治工程、滩岸,水流发生急转弯的河势流态。在遭到横河顶冲的地方,会造成滩地大量塌失或工程发生严重险情,甚至造成堤防决口。黄河下游游荡型河段河势变化速度快、幅度大,出现横河的几率远比弯曲型河段、过渡型河段的大。据1950—2009年资料统计,游荡型河段中柳园口—古城、黑石—黑岗口、裴峪—孤柏嘴、禅房—马寨4个子河段是发生横河最多的河段;横河发生次数较多的时段分别为1985—1989年、1970—1974年、1975—1979年、1990—1994年、2000—2004年;形成横河的因素是综合性的,主溜摆动与河势游荡、河床组成差异、流量变化幅度大、主股支股交替是其主要原因;通过河道整治可以减小发生横河的几率。     

黄河下游河段平滩流量计算及变化过程分析

黄河下游不仅断面形态复杂,而且主槽形态特征及过流能力沿程变化较大。因此采用河段平均的特征变量来描述主槽形态及过流能力更具有代表性。本文提出了基于对数转换的几何平均与断面间距加权平均相结合的方法表示河段平均的主槽特征变量,计算的河段平滩宽度、水深、面积及流量恒满足水流连续条件。采用该方法计算了1960-2006年中典型年份花园口至高村游荡河段的平滩流量。结果表明河段平滩流量能从总体上综合反映游荡段主槽的过流能力,且其变化幅度远小于断面平滩流量。分析了河段平滩流量与所在河段冲淤量的关系,并建立了河段平滩流量与进口断面两年平均的汛期流量及来沙系数的相关关系。计算了近期黄河下游各河段平滩流量的变化过程,所得结果较好地描述了平滩流量在高村至艾山河段较小,在其上游游荡段及下游弯曲段相对较大的驼峰现象。     

黄河下游准平衡状态下平滩流量及面积与水沙条件的关系

以黄河下游不同河型河段为研究对象,选取下游河道处于相对冲淤平衡的4个时期(1967-1968年、1979-1980年、1989-1990年、1998-1999年)为研究时段。根据8年的水文资料及汛后实测断面地形资料,采用基于对数转换的几何平均与断面间距加权平均相结合的方法,计算了各时期游荡河段、过渡河段及弯曲河段的平均平滩流量及面积。通过分析平滩流量及面积与汛期水沙条件之间的关系,建立了准平衡状态下黄河下游各河段平滩流量及面积与相应来沙系数的经验关系式,用于预测不同水沙条件下各河段的平滩河槽特征,并估算黄河下游平滩流量维持在4 000m3/s的水沙条件。     

黄河河势演变

河势演变主要是指河道水流平面形式的变化。黄河是世界上河势演变最复杂的河流。为给河道整治提供依据，笔者对黄河游荡性河段、弯曲性河段以及由游荡向弯曲转变的过渡性河段半个世纪的河势演变进行总结、研究，提出黄河河势演变的特性及河势演变的基本类型。     

黄河下游游荡型河段稳定中水流路方法的探讨

黄河下游游荡型河段近年来水沙关系发生明显变化,主流摆动范围有所减小。但由于横河、斜河时有发生,水少沙多、河槽萎缩,因此不能形成稳定的中水流路。通过分析多年水沙资料,并结合已建工程实践经验,对如何稳定中水流路、刷深中水河槽的方法进行探讨,提出统一规划新时期治导线、合理建设控导工程、必要河段实施两岸整治及利用小浪底水库产生最优水沙组合4个方面稳定黄河下游游荡型河段中水流路的方法。     

黄河下游游荡性河道的河型转化

通过对黄河下游游荡性河道特征的研究,在今后的水沙条件下,黄河下游白鹤至高村河段游荡型河道,可以通过河道整治工程改变边界条件,转化为比较稳定的限制性弯曲型河道.     

小浪底水库运用前后黄河下游河道河型变化及成因分析

利用实测资料分析、理论判别和分形维数计算等方法,以黄河下游铁谢—伊洛河口、花园口—黑岗口和夹河滩—高村三个典型游荡性河段为研究对象,分析其1960年以来的主流摆幅、弯曲系数和主河槽宽深比等河势参数变化,以及小浪底水库修建前后下游游荡性河段的河型演化过程。结果表明,自20世纪90年代初,除花园口—黑岗口河段仍表现为游荡河性外,其他两个河段因整治工程不断完善其游荡性均有明显减弱,河型趋于限制性弯曲方向发展。自1999年10月小浪底水库拦沙运用以来,三个研究河段的整体游荡程度显著减弱,河势趋于规划流路方向发展,特别是夹河滩—高村河段河势基本稳定。小浪底水库长期下泄低含沙小流量过程,水流动力减弱,加之不断完善的河道整治工程,是河势游荡程度显著减小、河势归顺及河型发生变化的主要原因。     

前置掺气坎坡度对阶梯溢洪道掺气水流影响的数值模拟

为研究复杂边界条件下气液两相界面的流动及混掺现象对工程建设的影响,结合某大型水电站的溢洪道,利用RNG k-ε模型对其进行三维流场模拟,采用有限体积法离散控制方程,并用GMRES算法进行压力求解,对前置掺气坎式阶梯溢洪道和传统阶梯溢洪道泄流壁面上的高速掺气水流进行数值模拟。结果表明:随着掺气坎坡度的增加,其掺气空腔及掺气浓度均有所增大,随着水流下泄掺气浓度沿程降低,达到一定距离后趋于稳定,掺气浓度值达到了减免空蚀破坏的要求;与传统阶梯溢洪道的模拟结果进行对比可知,增设前置掺气坎后,既可以增加前几级阶梯的掺气浓度使水流提前达到水气平衡,也没有降低阶梯式溢洪道的消能率,为解决传统阶梯溢洪道中出现的工程难题提供了一种新思路。     

重力坝加高结合部位粘结性能试验研究

针对水库重力式大坝加高加固问题进行试验研究,对后帮式、前帮式、外包式以及戴帽式加高方式建立实验模型评价新旧混凝土结合面的粘结性能。抗折强度试验和微观电镜试验结果表明,四种类型的加高方式,外包式的结合面最大,抗折强度最高,粘结性能最强。采用水泥砂浆处理后增多了结合面的纤维状C-S-H凝胶,增强了新旧混凝土之间的粘结性能,合理的加固方式加上结合面处理有利于提高坝体的安全性能。     

桥梁对水流的影响分析

根据哈尔滨水文水资源勘测总站实测水下地图及水文资料,针对桥梁上、下游浅滩变化,分析桥梁对水流的影响。     

稳定河床水位流量关系单值化原理

采用数理计算方法建立流量与综合落差、稳定流流量计算公式，从而使受洪水涨落和变动回水影响的非单元值的水位流量关系单值化。为精减测次、简化外业洲验，水文预报、水文及整编工作电算化提供了新的分析手段。     

小浪底地下厂房围岩稳定计算地质模型的研究

根据工程勘探资料,在分析小浪底枢纽地下厂房区主要结构面的分布规律及其特征的基础上,建立了几何传真概化地质模型,并采用不连续介质有限元离散化计算模型,模拟计算地下厂房围岩的应力应变。计算结果表明,所建立的概化地质模型符合实际地质状况,计算的应力分布与实测的变形特征相吻合,这与目前按常用的其它模型及连续介质计算的结果有明显不同。     

分流对弯道水流紊动强度影响的试验研究

采用先进的三维超声波多普勒流速仪（ADV）对不同分流比情况下弯道水流紊动特性进行了系统的试验研究。根据试验数据,探讨了不同分流比工况下弯道水流的紊动机理,分析了其紊动特性,同时对紊动强度分布特点进行了比较。