基于空间尺度的黄河调水调沙

基于空间尺度的黄河调水调沙理论是：利用小浪底水库不同泄水孔洞组合塑造一定历时和大小的流量、含沙量及泥沙颗粒级配过程，加载于小浪底水库下游伊洛河、沁河的“清水”之上，并使其在花园口站准确对接，形成花园口站协调的水沙关系，实现既排出小浪底水库淤积泥沙，又使黄河下游河道不淤积的目标。2003年9月6—18日，黄河水利委员会为验证该理论开展了原型试验。试验结果表明：①利用异重流排沙和浑水水库排沙的特点，达到了小浪底水库拦沙初期“拦粗排细”、减缓库区淤积的目的；②利用小浪底-花园口区间的洪水资源，将小浪底水库排出的细泥沙输送入海，并且不增加下游河道淤积，提高了水流的输沙效率；③实现了下游河道减淤与减灾的统一；④小浪底水库存蓄了6．02亿m^3水量，为引黄济津和翌年农田灌溉储备了水源。     

基于水库群联合调度和人工扰动的黄河调水调沙

为减少小浪底水库及下游河段的淤积，通过水库群的联合调度充分利用万家寨、三门峡、小浪底等干流水库汛前蓄水，在小浪底库区人工塑造异重流，加大小浪底水库的排沙量。同时辅以人工的泥沙扰动措施，调整了库尾段不利的淤积形态。利用进入下游河道水流富余的挟沙能力，在黄河下游“二级悬河”及主槽淤积最为严重的卡口河段实施河床泥沙扰动，减轻下游淤积并扩大下游河道的主槽过洪能力。试验取得了预期效果，小浪底库区淤积三角洲冲刷泥沙1.329亿m3，设计淤积平衡纵剖面以上淤积的3850万m3泥沙全部冲刷消除，小浪底库尾淤积形态得到合理调整；下游卡口河段扰起泥沙164.13万m3，扰沙河段的平滩流量增加了510～640m3/s；下游河道利津以上各河段均发生冲刷，小浪底～利津河段共冲刷0.665亿t。说明通过调水调沙塑造适当的水沙过程，可以遏制黄河下游河道形态恶化的趋势。     

黄河第三次调水调沙试验

黄河第三次调水调沙试验于2004年6月19日-7月13日进行。这次试验利用汛前的水库蓄水，并充分借助自然的力量，通过万家寨、三门峡、小浪底干流水库群的联合调度，辅以人工的泥沙扰动措施，在小浪底库区人工塑造了异重流，调整了其库尾段不利的淤积形态，加大了小浪底水库排沙量，减少了水库淤积；同时，利用进入下游河道水流富余的挟沙能力，在黄河下游“二级悬河”及主槽淤积最为严重的卡口河段实施了河床泥沙扰动，减轻了下游淤积并增强了下游河道的主槽过洪能力。试验取得了预期效果，小浪底库区淤积三角洲冲刷泥沙1．329亿m^3，设计淤积平衡纵剖面以上淤积的0．385亿m^3泥沙被全部冲走，小浪底库尾淤积形态得到了合理调整；下游卡口河段扰起泥沙164．13万m^3，扰沙河段的平滩流量增加了510-640m^3／s；下游河道利津以上各河段均发生冲刷，小浪底一利津共冲刷泥沙0．6422亿t。     

小浪底水库清淤与黄河下游减淤分析

分析了黄河下游清淤方式和已有的研究成果,表明增大水流悬移质泥沙中细颗粒含量,并且颗粒级配合理,就可能形成利于泥沙输移的高含沙水流。提出采用管道排沙将小浪底水库内淤积的细颗粒泥沙排向下游的方案,一方面可以增大小浪底水库拦粗沙库容,另一方面可以提高黄河下游河道水流挟沙能力。     

三门峡水库“拦粗排细”的分析

三门峡水库自１９６０年至１９６６年为蓄水运用和滞洪排沙运用，受壅水作用，流速锐减，粗泥沙淤而泥沙排出库外，有“拦粗排细”作用。随着库区淤积发展，潼关以下库区形成高滩深槽，一般洪水不漫滩，较大洪水漫滩时，较细泥沙被水流带到地落淤。     

基于分组泥沙冲淤规律的小浪底水库减淤调度研究

研究黄河下游河道的中、较粗泥沙冲淤效率与细泥沙含量和全沙含沙量的定量关系,据此得到不同细泥沙含量条件下,中、较粗泥沙在黄河下游河道不发生淤积的临界含沙量。同时,结合黄河干流水库的分组排沙比与全沙排沙比的关系,给出小浪底水库不同入库含沙量条件下,中、较粗泥沙在下游河道不发生淤积的水库排沙比。     

黄河小浪底水库异重流排沙效果分析及下游河道的响应

全面分析了小浪底水库蓄水拦沙期2000-2006年库区及下游河道泥沙冲淤调整;在分析泥沙输移规律的基础上量化了连续冲刷状态下河道输沙能力变化与累计冲刷量间的关系,揭示了冲刷条件下河道输沙能力降低是因为床沙有效交换层内小于0.05mm的细沙及中沙补给不足造成的;结合三门峡水库拦沙期的观测资料,对比研究了异重流洪水期间小浪底水库的排沙效果及其下游河道对高含沙异重流水沙过程的响应,指出了小浪底水库对洪水具有较大的"拦粗排细"潜力,且高含沙异重流洪水不会造成河道严重淤积.因此,在洪水调度中,要充分利用水库塑造异重流洪水,多排少拦,以达到下游河道长期减淤的目的.     

治理黄河淤沙的设想

黄河下游断流与弃水并存的主要原因是缺乏调节水量之水库，三门峡水库不能充分调节水量的原因是库区泥沙淤积；近年来黄河下游出现小洪水、高水位、大损失的主要原因亦是河道输沙能力不足引起下游泥沙淤积。文中提出在小浪底库区采用孔管塔排沙系统产生高含沙水流排沙，采用“沙到渠成”、“淤滩刷槽”技术修建明渠将库区淤沙送至两岸洼地及低滩的设想，对多沙河流的治理具有参考价值。     

黄河下游非漫滩高含沙洪水的沿程淤积分布

小浪底水库即将由拦沙初期转入拦沙后期,水库降水排沙会使黄河下游河道发生不同程度的淤积,给维持下游一定过流规模的主槽带来困难。通过对比4个不同含沙量与泥沙级配方案下游河道的冲淤量及泥沙沿程淤积情况,认为:1含沙量低且悬沙粒径细的非漫滩高含沙洪水在黄河下游河道淤积量相对较少,且各河段淤积较为均衡;2非漫滩高含沙洪水含沙量沿程调整迅速,含沙量越高,衰减幅度越大,中粗沙含量沿程明显减少,细沙含量沿程衰减得少;34个方案均以中粗沙淤积为主,淤积主要发生在花园口以上河段,粗沙淤积量占总淤积量的比例分别为58.0%、46.9%、48.5%、58.8%,花园口—夹河滩河段内各粒径泥沙淤积分配比例基本均等,夹河滩—高村河段淤积量小,粗沙淤积量相应较小,细沙淤积比例稍大。建议在小浪底水库降水冲刷期尽量避免下泄小流量、高含沙量的水沙过程,若不可避免,则应考虑尽可能减小悬沙粒径。     

治理黄河淤沙的设想

黄河下游断流与废水并存的主要原因是缺乏调节水量之水库，三门峡水库不能充分调节水量的原因是库区泥沙淤积；近年来黄河下游出现小洪水，高水位，大损失的主要原因亦是河道输沙能力不足引起下游泥沙淤积，文中提出在小浪底库区采用孔管塔排沙产生高含沙水流排沙，采用“沙到渠成”，淤滩刷槽技术修建明将库区淤沙送至两岸洼地及低滩的设想，对多沙河流的治理治理具有参考价值。     

2000年黄河下游河道冲淤及河床演变情况分析

根据1999年11月－2000年10月黄河下游的监测资料，分析了小浪底水库的出库水沙特点，全面研究了下游河道冲淤，床沙粗化，河道断面形态变化及河热变化，对小浪底水库调水调沙运用的减淤效果进行了分析计算。同时，就2000年10月－2001年2月向天津紧急供水对减淤的影响也作了分析研究。研究表明，尽管这一时期进入黄河下游的水量为历史最枯，但黄河下游仍减淤2．16亿t，而且未出现大的河势变化及工程险情。     

黄河调水调沙

黄河下游河道淤积的主要原因在于“水少沙多，水沙不平衡”，按照黄河下游河道冲淤规律，只要把进入黄河下游河道的不平衡的水沙关系调节为协调的强大功能。小浪底水库位于控制进入黄河下游河道水沙的关键部位，该水库控制了黄河径流量的91％，控制了近100％的黄河泥沙，2002年7月4日进行的黄河首次调水调沙试验控制花园口断面流量不大于2600m^3/s，平均含沙量不大于20kg/m^3，小浪底水库泄流历时不少于10天，黄河下游河道共冲刷泥沙0．362亿t，试验达到了预期的目的。通过这次试验，共取得测验数据520万组，这为今后建立更加符合原型黄河实际的数学模型和实体模型提供了极其重要的物理参数，试验证明，利用水库调水调沙，将不协调的水沙关系调节为相协调的水沙关系，是有利于输沙入海、减轻下游河道淤积甚至冲刷下游河道的有效途径之一。     

优化小浪底水库调水调沙运用方式的建议

对小浪底水库运用以来黄河下游河道冲刷情况及调水调沙运用存在的主要问题进行了分析,并对调水造峰期间下游河床冲淤特性进行了研究。结果表明:经过小浪底水库10 a调水造峰与清水冲刷,黄河下游河道主槽排洪能力已经得到有效恢复,为利用洪水排沙创造了有利条件;连续10次调水调沙,冲刷效率逐步降低,且存在排沙期下游河道淤积、流量沿程增大等问题。洪水具有"涨冲落淤"的输沙特性,因此小浪底水库应改变目前落水时加沙的调水调沙运用方式,尽量在洪水涨水期集中排沙出库,一般情况不要再放平头峰,以提高下游河道的输沙效率。     

黄河小浪底水库运用与下游河道防洪减淤问题

黄河下游淤积发展的根本原因是来水流量减少、河运输沙能力严重不足．通过干流小浪底水库“调水调沙”运用，减少下游河道淤积的指导思想，似乎仍然建立在河道输沙能力强，足以将大部分或绝大部分泥沙输送入海的认识基础上．极据黄河下游水沙特性及河道的具体条件，通过试验得出河道输沙能力的关系，分析了不同河段输送各级含沙量需要的输沙流量及游荡性河段在高含沙条件下的演变特性和带来的危害．提出在下游来水量日益减少的情况下，河道减淤除利用水库调节水沙外，应采取出库高含沙水流通过渠道向两岸低地放淤等综合减淤措施．其优点是大大减轻了河道的输沙负担，使小浪底水库不受或少受排沙运用制约而发挥应有的综合利用效益，还可大量节约黄河的输沙用水．     

小浪底水库对下游河道的冲刷效果及趋势预测

对小浪底水库对黄河下游河道的冲刷效果及趋势进行了分析和预测,结果表明:①小浪底水库投入运用以来,通过水库拦沙和调水调沙,黄河下游冲刷效果明显,至2010年10月,黄河下游河道累计冲刷泥沙19.4亿t,2 000 m3/s同流量水位下降1.6 m左右,下游河道主槽最小过流能力由2002年汛初的不足1 800 m3/s提高至4 000 m3/s;②在小浪底水库主要拦沙期的2008—2020年,下游河道基本不淤积,2020年以后下游河道快速回淤,在2028年左右回淤量达到建库前水平,届时小浪底水库拦沙期恢复的4 000 m3/s左右的中水河槽将难以维持。建议尽早开工建设古贤水利枢纽,争取在2025年前后建成生效。     

小浪底水库拦沙初期调控异重流方式初步研究

小浪底水库拦沙运用初期,黄河中游来的峰高、量小、沙多又不够一次调水调沙过程的洪水(在考虑水库前期可调水量之后)入库后一般会形成异重流,且出库沙量大、粒径细,因此水库应及时排出;但如果水沙搭配不好,也会使下游河道发生淤积,且呈现沿程均淤的特点;随着排沙期平均流量的增大,全下游淤积比不断减小,并可以由淤积转为冲刷。针对这类洪水,推荐以下游河道不淤积的关系式进行水沙调控,可以在水库适当补水的情况下实现下游河道少淤甚至不淤的排沙效果。     

黄河水沙变化与下游河道发展趋势

引起黄河水沙变化的原因有人为因素和自然因素两方面，通过分析，发现在人类活动的影响下，黄河上中游水沙变化的趋势是：年水量大量减少，且汛期水量从占全年的６０％减为３０％－５０％；洪峰流量大幅度削减，来沙量有所减少，但减少的幅度小于水量减少的幅度。小浪底水库建成运用初期，下游河道冲刷浆向纵深方向发展，滩地冲蚀量要比三门峡水库拦沙期小得多；水库转入蓄清排挥运用期，孙口以上河段将发生冲刷，孙口至艾山冲淤平衡     

修正水沙资料是当前治黄的基础性研究课题

黄土高原水土保持工作大规模持续进行和黄河干支流水利枢纽工程的大量修建,极大地改变了黄河流域下垫面状况。实测资料分析结果表明:从黄河中游进入黄河的水量、特别是沙量已大幅度减少,小浪底水库的拦沙年限可以延长,黄河流域防洪规划和小浪底水利枢纽设计所预测的水沙量远大于最近10余年实测的水沙量。过去观测的水沙资料已不再具有可重现的性质,必须根据当前下垫面的变化,适时进行修正,用修正后的水沙资料,分析预测此后一段时间的水沙过程,才能作为此后一段时间河流治理规划、工程设计和管理运用的依据。因此,修正水沙资料是当前治黄工作中一项新的迫切而重要的基础性科研课题。     

黄河水沙变化与下游河道治理思考

由于黄河水沙条件的不利变化，黄河下游出现了小水大灾和长期断流，三门峡水库“蓄清排浑”运用经验的局限性表现得更为突出。从黄河下游河道输沙，防洪和水资源充分利用出发，小浪底水库应采取泥沙多年调节的运用方式，枯水，平水年蓄水拦沙运用，丰水年洪水期集中泄空冲刷产生讷和洪水，塑造窄深河槽，改造高村以上宽浅河道，利用窄深河槽输送较高含沙洪水入，，经多方案计算结果比较分析表明上述方案减淤效益显著，并可大量节省输     

黄河洪水演进洪峰增值现象及其机理

2004～2006年小浪底水库异重流排沙期间,在小浪底～花园口区间出现了下断面的洪峰流量明显大于上断面洪峰流量的洪峰增值现象.本文详细描述了洪峰增值现象发生过程和主要特征.通过对黄河小浪底水库及其下游河道实测资料的研究和水力学理论分析认为,洪水发生洪峰增值的主要原因是河道糙率的大幅度减小.河道糙率与水流含沙量、悬沙级配、床沙级配、床沙床面形态、河道断面形态及河岸周界情况等因素有关.在小浪底水库异重流排沙之前有清水下泄过程,使河道床沙粗化,糙率大幅度增大,当异重流出库后,高浓度细颗粒泥沙使水流黏性增加、紊动削弱,河床被极细沙填附,河道糙率大幅度减小,导致后续水流流速加大,并赶上前方水流,发生洪峰叠加.