流域水沙资源优化配置理论与模型及其在黄河下游的应用

本文在分析流域水沙资源利用现状、水沙灾害性及水沙优化配置必要性的基础上，构建了流域水沙资源联合多目标优化配置理论框架，它由河床演变均衡稳定理论和水沙资源联合多目标优化配置理论组成，进而建立了流域水沙资源优化配置数学模型，该模型包括河床演变均衡稳定模型和水沙资源多目标优化配置模型两个子模型。应用模型计算分析了黄河下游主河槽的均衡稳定断面尺寸和输水输沙优化的临界指标，提出了强化非恒定流调水调沙、调控含沙量60～100kg/m3之间的不利水沙条件等改善小浪底水库调度运用的措施，并进一步提出了黄河下游水沙资源多目标优化配置的模式, 应用模型计算分析了不同水沙条件的水沙资源优化配置方案,为黄河下游河道的科学治理提供了新的思路。     

黄河干流泥沙空间优化配置研究(Ⅲ)—模式与方案

本文提出了黄河干流泥沙未来可能的4种配置模式及相应的基本配置方案。应用黄河泥沙空间优化配置数学模型对组合的14个优化配置方案进行了计算,结果表明:基本方案一至四的黄河泥沙空间分布状况具有不断改善的趋势。提出了黄河泥沙配置的综合评价方法,根据配置方案综合评价结果在2020年古贤水库投入运用,2050年前采用基本方案三进行黄河泥沙空间优化配置;若2020年古贤水库未投入运用,2050年前采用基本方案二进行黄河泥沙空间优化配置。基本方案三优于基本方案二,共配置方式的顺序和平均配置沙量比例分别为:水库拦沙量41.0%、河口造陆沙量18.0%、深海输沙量17.8%、引水引沙量10.4%、人工(机械)放淤沙量6.9%、主河槽冲淤沙量3.8%、洪水淤滩沙量2.1%。相应地,提出了各方案不同时期黄河各河段的配置沙量比例与顺序。研究成果试图为黄河治理提供科学依据。     

黄河下游一维水动力学数学模型管理平台设计与实现

黄河下游一维水动力学模型是研究黄河下游河道冲淤问题和河床演变规律的重要数学模型,是目前针对黄河下游应用最普及、最完善的数学模型。运用水动力学基本理论和软件工程理论研究开发下游河道泥沙冲淤计算模型可视化平台。将进入下游河道的水沙过程、河道断面参数等有关数据纳入可视化空间,增强了系统数据可视化管理功能,建立起具有数据管理、方案管理、方案输出、结果查询、方案比较等主要功能的系统平台,整体构成对河道泥沙冲淤计算的全过程支持。     

从水动力量化指标谈黄河水沙的协调性配置

黄河的主要症结在于泥沙,水少沙多,水沙配置不协调加剧了冲积性河道的淤积.黄河自然的地理、地貌特征及频繁的季节性暴雨决定水少沙多,干流上众多水利枢纽为优化天然的水沙过程创造了条件.本文从黄河泥沙输移规律出发,遴选出有利于河道输沙的水沙配置参数,提出了优化水沙过程的水沙配置原则,分析了泥沙调控量与水沙优化参数间关系,量化了黄河主要控制站年泥沙调节量.成果对水库科学调控水沙具有参考价值.     

黄河上中游流域泥沙优化配置研究

针对流域水土流失的灾害性、泥沙利用现状及泥沙优化配置的必要性,基于大系统分解-协调思想的流域泥沙优化配置原理与流域各子系统的泥沙多目标优化配置方法,构建了流域泥沙优化配置理论框架。进而建立了黄河上中游流域泥沙优化配置数学模型,该模型包括相互联系的各子系统、各分区和大系统三级泥沙优化配置数学模型,开展了不同水沙条件的黄河上中游流域泥沙优化配置方案计算,对计算结果进行了评价并提出了建议方案,为黄河上中游流域泥沙的科学治理提供了参考依据。     

黄河上中游流域泥沙优化配置研究

针对流域水土流失的灾害性、泥沙利用现状及泥沙优化配置的必要性，基于大系统分解-协调思想的流域泥沙优化配置原理与流域各子系统的泥沙多目标优化配置方法，构建了流域泥沙优化配置理论框架。进而建立了黄河上中游流域泥沙优化配置数学模型，该模型包括相互联系的各子系统、各分区和大系统三级泥沙优化配置数学模型，开展了不同水沙条件下黄河上中游流域泥沙优化配置方案计算，对计算结果进行了评价并提出了建议方案，为黄河上中游流域泥沙的科学治理提供了参考依据。     

黄河干流泥沙优化配置模型及应用

黄河泥沙配置是一个典型的多目标规划问题.为此,研究出了黄河泥沙配置基本方程,建立了黄河干流泥沙优化配置数学模型.运用数学模型计算分析了不同水沙和工程条件下黄河干流泥沙配置方案.     

小浪底—利津河段河道输沙平衡临界指标研究

河道输沙平衡关系是通过工程措施调控水沙组合、冲刷河槽淤积泥沙、塑造河槽形态、提高河槽输沙能力和泥沙资源化配置的理论依据。通过对影响黄河小浪底—利津河段河道汛期输沙平衡的水沙指标进行分析,建立了河段汛期淤积比与小浪底站水沙指标的关系,计算了1950—2000年小浪底—利津河段对应的不同计算时段、不同河段(包括全河段)和上、下临界输沙平衡状态的50组输沙平衡临界指标,分析其变化规律和影响因素。对1967年实测典型洪水过程及2007年汛期调水调沙过程的输沙平衡状态分析,得出了各自对应的输沙指标,结果表明自然形成的洪水过程和调水调沙人造的水沙过程均可以达到河道输沙平衡。     

新水沙条件下黄河下游泥沙均衡配置方案

由于自然气候条件的变化和人类活动的影响,黄河下游的来沙量大幅减少,为了维护黄河下游河槽均衡稳定、治理"二级悬河",合理利用泥沙资源,开展黄河下游泥沙均衡配置研究。采用黄河下游泥沙均衡配置数学模型,按照新水沙条件和配置模式,计算了黄河下游泥沙均衡配置方案,计算结果表明,来水来沙条件对泥沙配置状况的影响较大,一般年来水量约260亿m3条件下,如果年来沙量少于4亿t左右,黄河下游河槽不淤积萎缩,修建防护堤对增大平滩流量有一定作用,滩区放淤可以改善泥沙分布状况。通过对各配置方案综合评价,提出了建议方案及不同配置方式的泥沙配置比例。     

黄河泥沙合理配置方案研究

黄河泥沙合理配置对于黄河综合治理和泥沙综合利用具有重要意义。通过改进黄河泥沙配置综合评价方法,按照新水沙系列和配置模式条件,采用黄河泥沙空间优化配置数学模型,计算黄河泥沙配置方案,对各种泥沙配置方案进行综合评价,提出了建议配置方案及合理的泥沙配置比例。结果表明,入黄水沙量对泥沙配置状况有明显影响,抬高小浪底水库汛限水位对泥沙配置状况影响不大,黄河上中游水库建设对泥沙配置状况明显改善,下游防护堤治理对泥沙配置状况有所改善。结合黄河上中游水土保持、水库建设和跨流域调水,维持四站入黄年平均水量约250亿m~3和沙量约3亿t,可以维护黄河河道均衡稳定。现状水库河道条件建议方案对黄河泥沙的合理配置比例为水库拦沙35%、引水引沙21%、滩区放淤3%、挖沙固堤4%、河道冲淤3%、输沙入海34%;合理空间分布为上游20%、中游30%、下游14%、河口36%。     

黄河下游引黄灌区发展及泥沙治理历程探讨

黄河下游引黄灌区普遍存在不同程度的泥沙问题。如何合理处理利用引黄泥沙问题始终围绕黄河下游引黄灌溉发展的不同阶段。本文从黄河下游引黄灌区在不同发展时期面临的泥沙淤积问题为着眼点,综述了灌区发展及泥沙治理的4个历程,分别为灌区建设与泥沙处理阶段、灌区发展与泥沙治理利用阶段、灌区节水与泥沙远距离输送阶段和灌区泥沙资源化与水沙配置阶段。针对目前黄河下游引黄灌区面临的主要水文问题,指出灌区水沙资源优化配置是解决问题的主要途径,配置目标是共同协调配置灌区的水资源与泥沙资源,配置方法是多目标规划方法。     

黄河2007年汛前调水调沙生产运行分析

对黄河2007年调水调沙生产运行情况进行了分析,结果表明:本次调水调沙取得了下游河槽全线冲刷、主河槽最小平滩流量由调水调沙前的3 500 m3/s增大到3 630 m3/s和人工塑造异重流成功等良好效果。取得的主要收获有:①进一步积累了人工塑造异重流的经验;②加深了对下游河道水沙演进规律的认识;③为河道整治工程设计提供了原型观测数据;④再次证明调水调沙作为扩大下游河道排洪能力、处理黄河泥沙、维持黄河健康生命的措施之一是行之有效的。     

黄河下游河道水文水动力学泥沙数学模型研究

在水文学模型研究的基础上，根据对黄河下游河道输沙规律的认识，结合水动力学理论，进一步建立了流量演进、河道输沙能力、主槽糙率调整、分组沙冲淤和复式断面形态调整等复杂问题的计算方法，开发研制了黄河下游河道水文水动力学泥沙数学模型，经大量的实测资料验证，模型可以适应不同的水沙条件和河道边界条件，具有较高的计算精度，可氏水库调度运用等生产研究提供的计算依据。     

黄河开封段河道治理措施浅议

黄河开封段游荡型河道水沙关系发生明显变化,水少沙多、河槽萎缩,不能形成稳定的中水流路。本文通过分析多年水沙资料,结合已建工程实践经验,从统一规划整治方案、修建控导工程、实施两岸整治、利用小浪底水库水沙组合措施等几个方面,论述了新时期开封游荡型河道稳定中水流路、刷深中水河槽的河道治理方法。     

塑造和维持黄河下游中水河槽措施研究

本文通过实测资料分析和泥沙数学模型计算的方法，就如何塑造并维持黄河下游中水河槽进行了系统的研究，分析了在未来可能的水沙条件下黄河下游中水河槽的规模，计算了小浪底水库不同出库水沙条件对塑造黄河下游中水河槽的作用，认为在目前的水沙条件下塑造和维持平滩流量约4000m3/s的中水河槽是可能和现实的，并进一步分析了影响中水河槽塑造和维持的主要因素，提出了塑造和维持黄河下游中水河槽的措施，试图为黄河下游防洪治理和维持黄河健康生命提供技术支持。图4表2参8     

黄河下游花园口以上河段滞沙能力分析

黄河下游河床调整主要取决于来水来沙和河床边界条件,河床调整沿程不均衡特征明显,花园口以上河段床演变对水沙条件的变化响应尤为突出,泥沙冲淤调整幅度最大。基于河道冲淤及水沙演进特性、滞沙可行性、河槽几何特性等分析,提出了花园口以上河段可作为泥沙天然反调节“库”概念,结合黄河下游实测洪水资料,采用水力计算方法,计算了花园口以上河段的河槽排洪能力及不同河槽规模条件下河槽允许滞沙量,提出了反调“库”滞沙能力,可为小浪底水库排沙指标的确定提供依据,对维持小浪底水库有效库容、弥补后续清水河床沙源不足、改善黄河下游河槽冲淤不均衡现象具有重要意义。     

从黄河"96·8"洪水谈泥沙优化调度的必要性

黄河"96.8"洪水洪峰流量不大,但黄河下游水位高、出险多、灾情重。其原因是主河槽淤积严重,不仅与长期淤积抬高有关,尤其与当年洪水前期的小流量高含沙来水造成主河槽淤积关系密切。提出应开展泥沙的场次洪水和年际间的优化调度,综合考虑水库与河道的泥沙冲淤情况,通过水库的水沙联合优化调度,塑造理想的洪水与泥沙过程,避免出现小水大沙和大水小沙现象,充分利用水流的输沙能力和淤滩刷槽的特点,实现洪水的减淤效益最大化。     

从黄河“96·8”洪水谈泥沙优化调度的必要性

黄河“96.8”洪水洪峰流量不大,但黄河下游水位高、出险多、灾情重。其原因是主河槽淤积严重,不仅与长期淤积抬高有关,尤其与当年洪水前期的小流量高含沙来水造成主河槽淤积关系密切。提出应开展泥沙的场次洪水和年际间的优化调度,综合考虑水库与河道的泥沙冲淤情况,通过水库的水沙联合优化调度,塑造理想的洪水与泥沙过程,避免出现小水大沙和大水小沙现象,充分利用水流的输沙能力和淤滩刷槽的特点,实现洪水的减淤效益最大化。     

黄河小北干流近期冲淤演变特点

对黄河小北干流近期河道冲淤演变特点进行了分析。结果表明:1986—1998年小北干流来水来沙减少、水沙关系恶化,导致泥沙淤积、河床抬高、河槽萎缩,河槽过流能力下降、同流量水位抬高、河道滞洪削峰作用增大;1999—2008年来水来沙进一步减少,但水沙关系较为有利,使得累积性淤积受到遏制,说明水沙关系协调与否是影响河道冲淤的关键。     

维持黄河下游河槽排洪输沙能力方案分析

利用黄河下游水动力学泥沙冲淤数学模型,采用3个20年设计水沙系列对河段的冲淤及平滩流量的变化进行了计算与分析,结果表明:①各水沙系列的前10年,下游各河段均处于沿程冲刷状态,而后10年各河段则出现了淤积;②只有系列2能维持整个下游河道的平滩流量在4000 m3/s以上;③各系列前10年塑造河槽阶段的水沙过程均比较合理,基本实现了平滩流量稳定增大的目的,后10年河道平滩流量则出现了不同程度的减小;④应尽量控制小浪底出库含沙量不超过200 kg/m3且细泥沙比重在75%以上。