黄河下游宽滩区不同运用模式滞洪沉沙效果试验

黄河下游宽滩区既是大洪水期行洪通道,具有滞洪、沉沙功能,又是180多万滩区人民居住场所。如何解决保证滩区群众生命财产安全与自然行滞洪、沉沙功能的发挥这一对矛盾,是治黄工作长期面临的难题之一。通过对比不同滩区运用模式下宽滩区洪水淹没范围、滞洪量和沉沙量,分析宽滩区不同运用模式对滩区滞洪沉沙效果的影响,以期为黄河下游河道治理和宽滩区安全建设提供有力科学依据。研究结果表明,两种洪水条件下无防护堤模式淹没范围均大于防护堤模式;中常洪水条件无防护堤模式滞洪量和沉沙量大于防护堤模式;大洪水条件无防护堤模式总滞洪量稍小于防护堤模式、沉沙量大于防护堤模式;两种洪水条件防护堤模式高村以下窄河段滩区漫滩状况均较无防护堤模式严重。     

大洪水条件下黄河下游河道冲淤及滩区安全

在大洪水期行洪滞洪沉沙是黄河下游宽滩区的主要功能之一。近十几年来,随着黄河水沙的变化和小浪底水库的建成运用,对宽滩区运用方式的争论更为激烈,却一直缺乏系统的对比研究。为此,黄科院利用小浪底至陶城铺河道实体模型,采用2013年汛前地形,开展了黄河下游宽滩区是否修建防护堤两种不同运用方式下,大洪水期的洪水演进试验,通过对比分析不同运用方式下的下游河道在冲淤演变、洪水位变化和滩区防洪安全等方面的问题,探讨了大洪水条件下黄河下游河道冲淤及滩区的安全形势,以期为黄河下游河道治理措施的决策提供科学的参考依据。结果表明,宽滩区修建防护堤后,中常高含沙洪水条件下主槽淤积量小于不修防护堤方案,大洪水条件下主槽冲刷量大于不修防护堤方案,说明主槽过流能力和输沙能力均有所增大。但是,修建防护堤后的嫩滩淤积量,两种洪水条件下均呈现出明显大于不修防护堤方案,河道的横断面形态和"二级悬河"形势均有所恶化。同时,由于目前地形条件下夹河滩以上河段主河槽过流能力达到了6 000m3/s,洪水向下游的演进速度和水量明显增加,导致高村以下的洪水位比不修防护堤时显著提升,增大了高村以下河段的防洪压力,滩区的防洪安全受到严重威胁。     

黄河下游宽滩区洪涝灾害物理暴露量研究

利用ArcGIS空间分析技术,根据已经构建的黄河下游宽滩区洪涝灾害数据库,结合实体模型试验成果,分析黄河下游宽滩区无、有防护堤两种运用模式下的人口、GDP、粮食产量和固定资产等物理暴露量。结果表明:①未调控"58·7"洪水情景下无、有防护堤模式的淹没面积分别为841.88、667.54 km~2;调控"58·7"洪水情景下无、有防护堤模式的淹没面积分别为64.46、69.78 km~2。调控"58·7"洪水情景无防护堤模式下淹没范围集中于高村—孙口河段上半部习城滩到梁集滩,调控"58·7"洪水情景防护堤模式下淹没范围集中于高村—孙口河段下半部蔡楼滩到赵桥滩。②以2010年为基础年,未调控"58·7"洪水无防护堤模式和调控"58·7"洪水防护堤模式两种情景下,人口暴露量分别为55.65万人、6.44万人,GDP暴露量分别为29.31亿元、4.51亿元。总体来看,黄河下游宽滩区遭受大洪水时洪涝灾害的防御效果,调控洪水情景优于未调控洪水,有防护堤模式优于无防护堤模式。     

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。     

新的水沙和河道调整条件下黄河下游宽河道的改造

黄河下游治理方略的制订事关国家大局,各时期的方略是伴随着社会经济发展而改变的。现行的宽河道治理原则与制订时黄河大水大沙的特征是符合的,发挥了防洪的重大作用。近期黄河流域水沙和河道等基本条件发生了巨大变化,泥沙大量减少、防洪形势有所缓解,同时下游滩区社会经济也提出了更高的发展需求。以现阶段研究成果为基础,提出了改造下游宽河道的设想,建议建设高村以上主槽宽度不小于1 000 m、河槽宽度在4~5 km的防护堤以排泄8 000~10 000 m3/s以下的洪水,保障中常洪水不漫滩,同时保留现大堤以抵御更大洪水。初步分析表明,宽河道改造后对艾山以下窄河道以及河口延伸的影响都不大,但是过渡段高村、孙口的水位上升较大。成果仅为宏观的分析,建议进一步开展系统的研究,为黄河的治理开发提供科技支撑。     

黄河下游滩区防护堤方案的技术可行性

随着黄河下游河道整治工程的完善和水库调控能力的增强,下游漫滩大洪水发生概率大大减小,滩区原本的"滞洪沉沙"功能发生了改变。在新的水沙和边界条件下,是否采取新的"防护堤方案"引起了各方关注。从黄河下游近60 a水沙、边界条件和冲淤分布变化角度入手,分析防护堤方案的技术可行性。结果表明:年均来沙3亿t情景下,防护堤方案对河道冲淤及防洪的影响都相对较小,防护堤方案值得进一步深化研究;年均来沙6亿t和8亿t情景下,为确保下游河道防洪安全,防护堤方案应慎重实施。     

小浪底水库拦沙期应急保滩能力研究

黄河下游滩区防洪是当前中下游洪水调度的难点，研究利用小浪底水库拦沙期较大的库容兼顾滩区防洪安全十分必要。通过实测资料分析、数学模型计算，分析了黄河中游洪水分期特点及近期变化，提出了适宜的保滩流量和分期分级洪水保滩库容需求量，研究以小浪底水库为主的中游水库群应急保滩运用方式，分析了水库应急保滩能力。结果表明：扣除大洪水防洪所需库容，前汛期小浪底水库现状汛限水位235 m以上库容可保证5 a一遇“上大洪水”下游不漫滩，“下大洪水”因小花间无控制区来水量较大，故难以保证下游滩区洪水不漫滩；后汛期现状汛限水位248 m以上库容可保证10 a一遇洪水下游不漫滩。实时调度中结合预报小浪底水库提前预泄腾库，保滩能力可进一步提升。但随着小浪底水库拦沙库容逐渐淤满，水库兼顾下游滩区防洪的能力将逐渐降低。     

小浪底水库拦沙运用九年后黄河下游防洪形势预测

小浪底水库建成拦沙运用九年来,黄河下游河道断面形态全面调整,洪水演进呈现出新的特点,黄河下游防洪形势也发生了相应的变化。本文在分析现行河道断面形态及洪水演进特点基础上,结合近期实体模型试验成果,探讨了黄河下游防洪形势的调整变化。认为:与调水调沙前相比,目前花园口以上河床冲刷下切明显,河道过流能力提高;洪水上滩几率减小,滩区对洪水削峰功能减弱,洪水传播速度加快。花园口至高村远至孙口河段,96.8洪水形成高昂的滩唇,影响上游水量同步归槽,同时上游滩区退水又造成高村以下河段洪峰显著变胖,滩区大量进水,长时间滞洪,保持高水位,灾情进一步加重。在当前极端天气频繁发生的情况下,黄河下游的防洪形势仍不容乐观,希望引起有关部门的高度关注。     

泥沙淤积对黄河下游中小洪水风险影响评价

泥沙淤积导致黄河下游中小洪水灾害发生次数及损失大小发生了变化。利用90系列洪水资料,分析了小浪底水库和黄河下游河道系统不同组合条件下滩区中小洪水风险变化特点。水库和下游河道淤积都导致了黄河下游中小洪水漫滩淹没损失发生的次数增多、损失值变大。在维持黄河下游平滩流量4 000m3/s条件下,泥沙淤积导致滩区中小洪水漫滩次数由小浪底水库拦沙运用初期的年均0.10次增大到拦沙运用后期的年均2.18次,相应的洪水灾害损失值也由年均0.220亿元增大到年均2.400亿元。     

黄河下游漫滩高含沙洪水淤滩刷槽效果研究

采用定性和定量分析相结合的手段,分析了黄河下游漫滩高含沙洪水淤滩刷槽的效果。结果表明:黄河下游漫滩高含沙洪水淤积主要集中在高村以上河段,高村以下河段淤积量仅占全下游淤积量的3.2%;从同流量水位以及横断面的调整变化来看,高村以上河段的淤积主要集中在滩地,而主槽大多表现为冲刷;从滩槽淤积量分配来看,发生漫滩高含沙洪水年份整个汛期利津以上河段主槽淤积量占全断面淤积量的47.7%,而漫滩高含沙洪水期间主槽淤积量仅占全断面淤积量的10.3%。