黄河潼关以上现状淤地坝拦沙作用研究

2000年以来黄河输沙量大幅减少,为揭示淤地坝拦沙对减少黄河输沙量的作用,基于第一次全国水利普查有关数据、淤地坝防汛统计数据、各省逐年淤地坝年报数据及对典型骨干坝和试点小流域坝系的实测资料,采用典型推算的方法,计算了现状淤地坝近年的实际拦沙量。结果表明:截至2011年,潼关以上黄土高原地区共有骨干坝5467座、中小型淤地坝约50350座;2007—2013年黄河潼关以上现状淤地坝年均拦沙量为1.228亿t/a,较20世纪70—90年代明显下降。     

小水库库容及淤积体的数学模型与简单测算

通过数学推导建立了淤地坝库容曲线方程及小型淤积体体积的计算公式,并论述了模型公式有关参数测算确定的方法途径.借用库容模型和淤积体模型的对比关系,提出了当获得原始库容曲线后,可选用平均淤积高程法、校正因数法和相应高程法测算小型淤积体的淤积量.对无原始库容曲线的更小淤积体,可采用锥体、拟台(楔)体概化公式和部分表面面积法测算淤积量.     

淤地坝主要尺寸的确定

淤地坝是水土流失地区小流域综合治理的最后一道防线,它可以拦蓄治坡措施没有拦蓄了的洪水和泥沙,是沟壑治理的主要措施。在沟壑区修建淤地坝,不仅可以稳定和抬高侵蚀基点,防止沟底下切和沟岸坍塌,拦蓄洪水,减少入河泥沙和干支流水库淤积,还可以增加坝地、落淤肥田、变荒沟为良田,为山区农林牧业发展创造有利条件。淤地坝高度的确定。淤地坝总高度H应由拦泥坝高h_拦、滞洪坝高h_滞和安全超     

黄土高原淤地坝的减沙作用及其时效性

在黄河近年来沙锐减的背景下,需要深入探究黄土高原淤地坝的减沙作用。本文基于实测数据分析了淤地坝拦沙与入黄泥沙减少量的关系、拦沙作用的时效性以及坝地的减蚀作用。研究结果表明,淤地坝拦沙量一般大于或等于相应的入黄泥沙减少量;流域的林草梯田覆盖率越大、地表土壤粒径越粗,淤地坝因拦沙所致的减沙量占其拦沙量的比例越小。淤地坝拦沙作用的时效性非常突出,拦沙库容淤满即基本失去拦沙能力。失去拦沙能力后,淤地坝仍可依靠拦沙所形成的坝地发挥减沙作用;如果流域的林草梯田覆盖状况较差,坝地减沙作用的"空间影响范围"可达自身面积的4倍。不过,随着流域的林草梯田覆盖率增大,单位面积坝地的实际减沙量会逐渐降低。     

近年无定河流域淤地坝拦沙作用研究

为掌握无定河流域近年淤地坝的拦沙作用,运用最新的统计资料和实测数据,分析了无定河流域截至2017年淤地坝的数量、时空分布及2011—2017年发挥拦沙作用的淤地坝数量,在此基础上计算了2011—2017年无定河流域淤地坝的拦沙量。结果表明:截至2017年,无定河流域淤地坝共11 602座,其中骨干坝1 155座、中型坝3 747座、小型坝6 700座,主要分布在中下游的黄土丘陵沟壑区;截至2011年,无定河约72%的淤地坝已失去拦沙功能,发挥拦沙作用的骨干坝、中型坝、小型坝分别为658座、1 756座、810座; 2011—2017年,无定河流域淤地坝年均拦沙4 134.23万t,其中骨干坝拦沙量占51.32%。     

近期黄河潼关以上地区淤地坝拦沙量初步分析

进入21世纪以来,黄河泥沙显著减少,潼关水文站实测输沙量由1919—1959年的平均15.92亿t减少到2000—2012年的平均2.76亿t。黄河流域已建淤地坝58 099座,分布在黄土高原的千沟万壑,具有显著的拦沙减蚀作用。依据第一次全国水利普查、水利部淤地坝大检查等基础数据,初步分析了2000—2012年黄河潼关以上地区淤地坝拦沙减蚀作用。结果表明:(1)2000—2012年黄河潼关以上淤地坝年均拦沙减蚀量为4.50亿t,其中年均拦沙量为3.75亿t、减蚀量为0.75亿t。同期潼关以上地区5 520座骨干坝的年均拦沙减蚀量为2.05亿t,其中年均拦沙量为1.71亿t、减蚀量为0.34亿t;50 935座中小型淤地坝的年均拦沙减蚀量为2.45亿t,其中年均拦沙量为2.04亿t、减蚀量为0.41亿t。(2)淤地坝拦沙减蚀作用对2000—2012年黄河泥沙减少的贡献率为34%。     

黄河潼关以上坝库拦沙作用及流域百年产沙情势反演

水库和淤地坝的拦沙作用是黄河泥沙减少的重要影响因素。通过连续10 a的调查和研究,基本摸清了潼关以上黄河流域淤地坝和水库的数量及其时空分布,进而计算了水库和淤地坝在不同时期的拦(引)沙量、反演了黄河流域过去100 a的产沙情势变化过程。结果表明:20世纪70年代是水库、淤地坝和灌溉工程拦(引)沙最多的时期,合计达5亿t/a,之后逐步降低,2010—2019年为2.73亿t/a。还原水库和淤地坝拦沙量后可见,70年代是过去100 a中流域产沙最剧烈的时期;1980—1999年、2000—2009年和2010—2019年与1930—1969年相比,黄河流域的单位有效降雨产沙量分别降低13%、54%、79%。若按2010年以来的淤积速率测算,至2070年前后,现有水库和淤地坝拦沙量约4 000万t/a。该研究不仅可在相当程度上回答过去几十年黄河输沙量减少的原因,而且可为黄河重大工程的拦沙量设计提供参考。     

黄土高原仍有拦沙能力的淤地坝数量及分布

淤地坝一直是减少入黄泥沙的重要水保工程,在近年黄河来沙锐减的背景下,现状淤地坝的实际拦沙作用尤其引人瞩目。以潼关以上黄土高原地区为重点区域,基于不同时期的淤地坝调查数据,分析了现状淤地坝的数量及其时空分布、设计淤积库容及截至2008年的淤积量等,结果表明:在目前5 658座骨干坝和1 1248座中型坝中,极可能已失去拦沙能力者分别为1 428座和5 003座,另有1979年以前建成的561座大型坝和2 734座中型坝仍难以判别其剩余拦沙能力;2009—2015年,潼关以上仍具有拦沙能力的骨干坝有3 582~4 143座,仍具有拦沙能力的中型坝有2 933~5 667座,主要分布在河龙区间;现有小型淤地坝39 516座,约95%分布在晋陕两省、90%建成于1989年以前,目前仍能发挥拦沙作用者主要是20世纪90年代以来建成的小型淤地坝。     

近10 a来十大孔兑现状淤地坝拦沙作用分析

十大孔兑流域水土流失严重,是黄河粗泥沙的重要来源区,但2000年以来该区入黄沙量锐减。利用2017年初的淤地坝详查数据,分析了十大孔兑现状淤地坝数量与时空分布,并计算了近10 a淤地坝拦沙量,估算了未来拦沙潜力和剩余拦沙寿命。结果表明:截至2016年年底,十大孔兑共有淤地坝359座,其中骨干坝149座、中型坝117座、小型坝93座,建成时间集中于1995—2000年、2005—2010年两个时期,73.5%的淤地坝分布在毛不拉、西柳沟和罕台川;2007—2016年,十大孔兑淤地坝的实际拦沙量为2 627.56万t。现有骨干坝拦沙潜力为11 444.81万t,平均剩余拦沙寿命为68 a;中型坝拦沙潜力为1 782.61万t,平均剩余拦沙寿命为23 a;小型坝拦沙潜力为482.94万t,平均剩余拦沙寿命为46 a。     

黄河水沙关系协调度与骨干水库的调节作用

提出了水沙关系协调度的概念,认为黄河协调的水沙关系是指长时段内维持下游河道(主槽)不淤或微淤的水沙搭配过程。黄河下游冲淤平衡临界来沙系数是0.01 kg·s/m6,采用来沙系数和冲淤平衡临界来沙系数相对关系建立了黄河水沙关系协调度表达式。当水沙关系协调度大于1,说明某断面来沙系数大于河道冲淤平衡临界来沙系数,河道呈现淤积状态,水沙关系不协调;反之,当水沙关系协调度小于1,说明水沙关系协调,且数值越小说明协调程度越高。小浪底水库拦沙和调水调沙提高了水沙关系协调程度,减轻了下游河道淤积,但是小浪底水库拦沙库容淤满后,黄河下游的水沙关系会变为不协调,河道仍将处于淤积状态。     

水土保持工程影响地区水文资料还原方法探讨

淤地坝等水土保持工程对水文资料的一致性有较大影响,其工程规模小、数量多,建设是持续进行的,有效调蓄库容逐年变化,大部分淤地坝没有详细的淤积情况记录,给水文资料的还原计算带来了一定的难度。为此,提出了一种还原系数计算方法:按雨量站布设情况进行泰森多边形分区,根据各分区水土保持工程建设及运行情况、控制面积和有效库容等,确定每个分区的水文特征值还原系数,然后再考虑降雨量的空间分布特点,计算整个流域的水文特征值还原系数。     

基于MATLAB优化工具箱的淤地坝坝高优化设计

为了优化淤地坝坝高设计,把产生经济效益表达为由坝地生产效益、拦泥效益、建坝费用、工程运行费用4个因素构成的目标函数,考虑了淤地面积、拦泥、坝高、淤积年限和上游淹没条件的约束,建立了淤地坝最优坝高的数学模型.介绍了MATLAB优化工具箱的使用方法,并用于求解优化模型算例,结果表明:使用MATLAB优化工具箱可以方便快捷地得出优化结果,且输入比较简单,能够提高工作效率.     

黄河下游高含沙洪水水库调控技术研究

黄河下游场次洪水来沙系数与下游河道的冲淤关系密切,进入下游的典型高含沙洪水的平均来沙系数为0.093~0.105,如洪水期在下游沿程无引水,小浪底水库不调节,则相应全下游淤积可占到来沙的59%~62%,故小浪底水库拦蓄高含沙洪水为下游减淤是有必要的。但必须考虑由此导致的水库淤积加重及入海沙量减少。本文提出了以小浪底水库排沙比Y表达的控制指标,对代表性洪水系列的计算表明,在现有洪水来沙系数范围内,小浪底水库正常运用的宏观控制指标可取Y=2/3,能兼顾水库尽可能少淤、下游减淤及多排沙入海,确保减淤比在40%以上。在实际操作中需视洪水来沙系数预报值,据小浪底水库合理拦沙运用的控制指标进行调控。迄今小浪底水库淤积已占原设计拦沙库容的30%以上,应考虑降低汛期水位,为洪水期水库排沙比提高到Y=2/3左右创造条件,以抑制库容淤损过快的势头。     

淤地坝淤积对漫顶溃坝洪水影响数值模拟研究

为分析淤地坝淤积高度对漫顶溃坝洪水的影响,选择理想沟道和某小流域内的淤地坝为研究对象,采用耦合溃口演变过程的水动力数值模型,模拟分析了不同淤积程度下淤地坝溃坝洪水过程。研究表明:溃坝洪水流量随淤积高度的增加而减小,且洪峰流量与淤积高度的关系可用二次多项式拟合,相关系数均在0. 99左右,拟合精度较高;淤积高度至坝高20%和40%时,洪峰流量削减率分别达40. 50%和68. 71%,可见在淤地坝运行初期和中期,淤积对洪峰流量的削减效果显著。研究成果对淤地坝系规划及安全度汛有指导意义。     

黄河中游地区淤地坝减洪减沙作用研究

根据水利部第二期水沙基金研究成果,对黄河中游河龙区间及泾河、北洛河、渭河流域淤地坝减洪减沙作用进行了深入分析和研究,对淤地坝减洪量及拦泥量计算方法进行了重大改进:将淤地坝的减洪量分为淤平坝地的减洪量和仍在拦洪时期淤地坝的减洪量两部分,分别进行计算;将淤地坝的减沙量分为拦泥量和减蚀量两部分,分别进行计算;在拦泥量计算中又分为已淤成坝地拦泥量和未淤成坝地拦泥量两部分,考虑因素比较周全.计算结果比较全面地反映了黄河中游地区淤地坝的减洪减沙作用,可供黄土高原地区淤地坝建设规划参考.     

黄河中游地区淤地坝减洪减沙及减蚀作用研究

本文对黄河中游河龙区间及泾河、北洛河、渭河流域淤地坝的减洪减沙及减蚀作用进行了深入地分析和研究。提出了淤地坝减洪量、拦泥量和减蚀量的计算方法；对淤地坝的减蚀量进行了分析和计算。分析研究结果表明：作为多沙粗沙区核心地区的河龙区间，1970～1996年淤地坝减洪减沙量分别占水土保持措施减洪减沙总量的59.3%和64.7%，其减洪减沙作用十分明显。1970～1996年，河龙区间及泾河、北洛河、渭河流域淤地坝年均减沙达1.138亿t，可为黄河下游减少淤积0.285亿t；可减少冲沙用水22.8亿m3；节约清淤费用85.5亿元。淤地坝建设的生态效益、社会效益和经济效益十分显著。为此，建议黄河中游黄土高原地区应以淤地坝建设为重点，全面推进水土保持生态建设。     

内蒙古鄂尔多斯市黄河沙源区水土流失治理措施探讨

鄂尔多斯黄土丘陵沟壑区的砒砂岩区是黄河中游产粗沙的核心区,沙棘植物"柔性坝"、淤地坝等治理措施拦沙效果显著,效益巨大。     

黄河中游淤地坝淤积泥沙级配组成分析

对黄河中游右岸皇甫川等4条一级支流36座淤地坝淤积物钻孔取样资料和原生土取样资料进行了分析。结果表明:淤地坝淤积泥沙粒径的纵向分布总体上呈现出由坝尾到坝前逐渐变细的规律;4条支流淤地坝拦减粒径d≥0.05mm和d≥0.1 mm粗泥沙含量所占百分数大小为窟野河>皇甫川>秃尾河>佳芦河;淤地坝拦减粗泥沙效果显著,淤积物中d≥0.05 mm和d≥0.1 mm的粗颗粒含量与流域原生土粗颗粒含量成正比,即入库的粗颗粒含量越多拦的粗泥沙也越多;在黄河中游粗泥沙集中来源区,淤地坝拦减粗泥沙存在着多来多淤、多淤多粗的规律。同时,得到了窟野河和皇甫川两流域淤地坝淤积物平均中值粒径d50淤和原生土平均中值粒径d50原的线性关系式。     

河口镇—潼关区间水库近年拦沙量调查与分析

黄河流域水库众多,摸清水库近年的实际拦沙量是认识黄河近年来沙锐减的重要内容。基于第一次全国水利普查成果、水库管理部门相关统计资料和遥感调查等,分析了黄河中游河口镇至潼关区间现状水库的规模、建成时间和空间分布特点;通过大规模实地走访调查和统计资料分析,广泛采集并计算了该区水库的总淤积量、库容损失现状及2007—2011年实际拦沙量。结果表明:河潼区间现有拦沙水库772座、总库容85.85亿m3,多建于20世纪50年代末—70年代末和90年代以后;2007—2011年,河潼区间水库年均拦沙0.982亿t。     

黄河黑山峡水库库容规模需求研究

库容规模的确定是黄河黑山峡河段开发方案的关键之一。分析新形势下黄河黑山峡河段开发需求,包括:协调水沙关系,减轻宁蒙河段淤积,恢复和维持适宜中水河槽规模;增强防凌能力,保障宁蒙河段防凌防洪安全;合理调配水资源,协调水量调度和发电运用之间的矛盾,充分发挥水资源综合效益;为附近地区供水,改善民生,保障生态安全。计算分析不同开发需求的库容规模,包括调水调沙库容规模、防凌库容规模和供水调节库容规模,综合研究不同库容需求在时间、空间上的分布及相互关系,提出南水北调西线调水生效前黑山峡水库库容规模需求为40.8亿m³,西线调水生效后黑山峡水库库容规模需求为57.6亿m³。