黄河下游高村站平滩面积变化分析

以黄河下游高村站1960-2002年的平滩面积为研究对象,分析了来水量和来沙系数对平滩面积的影响.平滩面积随汛期水量的增加而增加,随汛期来沙系数的增加而减小,并且与4年滑动平均汛期水量和5年滑动平均来沙系数均具有较好的相关关系.提出了平滩面积的计算公式,公式不仅能够反映来水来沙条件变化对平滩面积的综合作用,而且能够反映前期水沙条件的累积影响,可以用来估算水沙条件变化对高村站平滩面积的影响效果.     

人工神经网络方法在黄河下游平滩流量计算中的应用

利用黄河下游1960-2007年实测水沙资料,选取花园口、高村、艾山及利津4个断面作为研究对象,采用人工神经网络方法,通过输入来流量和来沙系数确定各断面的平滩流量.不同输入因子的计算结果表明:对于平滩流量的计算,不仅应考虑来水来沙条件的累积作用,同时还应考虑汛期与非汛期的全部水沙条件,则能更加准确地计算各断面汛后的平滩流量.人工神经网络方法不仅能够全面地考虑多种因素对平滩流量计算的影响,而且还能够模拟平滩流量随水沙条件变化的动态调整过程.     

维持黄河下游主槽不萎缩的塑槽需水量

以滑动平均水量和滑动平均沙量为参数,建立了黄河下游汛期塑槽需水量的计算公式,包括上限需水量和下限需水量,构成塑槽需水量的变化区间。以平滩流量4000m3／s为例,在三黑小汛期来沙量8亿t时,汛期需水量区间为166～202亿m3。资料分析和公式计算均表明,汛期塑槽需水量与汛期来沙量及平滩流量均成正比关系,反映了来沙量对塑槽需水量的影响。考虑到平滩流量是连续4年汛期水沙条件累积作用的结果,对于给定平滩流量,不能只看当年汛期来水来沙量的大小,关键要看包括当年在内的前期连续4年滑动平均汛期水量的大小,允许个别年份的来水量小于平均值。     

黄河尾闾河道平滩流量变化对来水来沙的响应

通过分析1976年清水沟流路以来黄河河口尾闾河道冲淤变化及河槽萎缩特点,探讨了利津平滩流量变化对来水来沙及河口延伸的关系。结果表明:河口区平滩流量变化不仅与来水量、洪峰流量、水沙搭配系数、河口河长相关,而且与前期河床条件有关。给出了维持河口河道4 000 m3/s平滩流量需要的水量、洪峰流量及水沙搭配的定量关系以及河口延伸长度的限制条件,为河口尾闾河道的综合治理提供一定的参考。     

渭河下游平滩流量与水沙条件响应关系研究

根据渭河下游平滩流量及来水来沙资料,分析了渭河下游平滩流量和水沙条件的变化情况,建立了平滩流量与河段前期水沙系列之间的定量关系,为研究渭河下游河槽演变提供科学依据。     

黄河下游河道平滩流量与水沙过程响应关系研究

黄河干流大型水库的修建改变了进入下游河道的水沙过程,对河道演变具有显著影响。基于滞后响应理论,运用常规水沙因子拟合、逐步回归分析及BP神经网络等多种方法,分别建立了黄河下游典型断面平滩流量与水沙过程的多因素响应关系,对比分析了各方法针对平滩流量的计算效果。结果表明:常规水沙因子拟合可以5年滑动平均来反映前期水沙过程对平滩流量的影响;考虑平滩流量的多影响因子,逐步回归分析最终引入5年滑动全年流量和当年最大洪峰流量两个主要因子,平滩流量受水量的影响更为突出。就总体计算精度而言,BP神经网络逐步回归常规水沙因子拟合,但BP神经网络对于平滩流量极值点的预测效果较差,需要更大范围数据的训练。     

黄河下游平滩流量影响因子相关分析

选取影响黄河下游平滩流量的诸多影响因子并加以分类,应用人工神经网络方法,建立了各影响因子与平滩流量的BP模型。分析结果表明:平滩流量计算时应考虑汛期及非汛期来水来沙影响因子、前期水沙条件的累计影响因子与其他因子;考虑汛期、非汛期水沙条件以及上一年汛后平滩流量等影响因子的同时,再加入洪峰流量和中值粒径影响因子,计算的平滩流量与实测值更加符合。     

渭河下游河道横断面调整特点及机理探讨

选用主槽河宽、主槽断面面积和平滩流量作为描述横断面形态的新指标，分析了渭河下游水沙概况及河道横断面调整的特点，探讨了渭河下游华县站主槽河宽与水沙条件、前期河床边界条件的关系及平滩流量与水量的关系，并对其调整机理进行了探讨。认为：当年水沙的影响占80％、前期边界条件的影响占20％时，主槽河宽与水沙条件、前期河床边界条件的相关性较好；当年的水量对平滩流量起主要作用，往年的水量起次要作用；主槽河宽与流量及比降成正比关系，与含沙量成反比关系。     

黄河下游高村站平滩面积的滞后响应模型

本文基于平滩面积的调整速率与当前的平滩面积和平衡值之间的差值成正比的概念,建立了黄河下游高村站平滩面积的滞后响应模型,考虑了水沙条件变化对平滩面积的累积影响,分析了平滩面积对水沙条件的滞后响应规律。结果表明,当年平滩面积的调整是前期连续几年水沙条件累积作用的结果,且包括当年在内的近期4-5年内水沙条件的累积作用较为明显,越往前的水沙条件对当年平滩面积的累积作用越小。     

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。     

冲积河流平滩流量的滞后响应模型

基于冲积河流自动调整的基本原理,根据河床在受到外界扰动后调整速率与其当前状态与平衡状态之间的差值成正比的基本规律,提出了冲积河流平滩流量的滞后响应模型,阐明了前期水沙条件对平滩流量滞后影响的物理本质.采用黄河下游5个主要测站1960~2003年实测平滩流量资料对滞后响应模型进行了检验,结果表明所建模型能够反映平滩流量的滞后响应过程,而且在水沙条件发生变化时,该河段通过冲淤调整达到新的平衡状态的时间约为5年.     

水沙变异条件下黄河下游河道横断面形态特征研究

通过对黄河下游各水文站1950～2003年实测资料的分析，探讨了过去50多年间黄河下游河道横断面形态变化过程及其与来水量的响应关系。分析得出，过去50多年间，黄河下游河道主河槽发生了明显的淤积萎缩，游荡性河段的萎缩程度大于弯曲性河段，平滩面积呈明显减小的趋势，宽深比有增大的趋势，但各河段河型没有发生转化；平滩面积随年来水量和当年最大洪峰流量的增加而增大，宽深比随来沙系数的增加而增大。由黄河下游排沙比与来水来沙的关系分析表明，黄河下游花园口～利津河段不淤积的花园口临界年均来沙系数约为0.012，临界年平均流量约为1850m3/s。综合分析认为，在目前下游河道来水偏枯的条件下，下游河道的平滩流量不宜也不可能太大，从维持中水河槽和满足流域经济社会发展需要考虑，在花园口年来水量为200～250亿m3时，花园口控制洪峰流量在4000m3/s左右、年均来沙系数不大于0.012的来水来沙过程比较合适。     

黄河下游高含沙洪水河床形态及调控指标

利用水库调控高含沙洪水是维持黄河下游主槽不萎缩的重要途径。基于黄河下游实测高含沙洪水冲淤特性的分析,按流量大小对高含沙洪水进行了分类,提出了黄河下游高含沙洪水的分类调控思路及相应的调控指标。大漫滩高含沙洪水,在满足黄河下游防洪要求的前提下,控制洪峰流量大于1.5倍的平滩流量,来沙系数在0.012~0.04 kg·s/m~6范围内。一般高含沙洪水,控制黄河下游洪水流量接近平滩流量,并尽可能控制来沙系数在临界值附近。高含沙小洪水,控制黄河下游洪水流量在2 500 m~3/s以下,洪水沙量小于2亿t。高含沙洪水经过分类调控后,可较大限度地利用滩地淤沙、主槽输沙能力排沙及花园口以上较大的主槽库容滞沙,维持或提高黄河下游主槽过流能力。     

黄河下游塑槽输沙需水量计算方法

本文从能量平衡原理出发分析了挟沙水流的能量耗散机理及水流塑槽和输沙能量的分配模式,河道水流能量的消耗主要用于塑槽和输沙两个方面,即一部分水流能量用来克服河床边界阻力,维持一定的河道主槽;另一部分则用于输送水流中挟带的泥沙,维持河道的输沙平衡。根据水流能量的这一分配模式,并结合水沙条件对平滩流量的累积影响作用,建立了塑槽输沙需水量的计算方法。将该方法用于黄河下游各主要测站的塑槽输沙需水量计算,取得了较好的效果。以三黑小的来水来沙为输入条件,得到了黄河下游河道塑槽输沙需水量的计算公式,并给出了维持黄河下游平滩流量为4000m3/s的塑槽输沙需水量区间。     

基于能量平衡的黄河下游平滩流量计算方法

根据能量平衡原理建立了平滩流量计算方法,并利用黄河下游5个主要测站的实测水沙及平滩流量资料进行了检验。结果表明:建立的平滩流量计算方法能较好地反映平滩流量随水流含沙量及来水量的变化趋势,计算值与实测值较为符合;来水量在一定范围内时,水流含沙量越大,平滩流量越小;水流含沙量在一定范围内时,来水量越大,则平滩流量越大。     

黄河下游低含沙洪水的冲淤特性兼论艾山-利津河段不淤临界流量

黄河下游上、下河段河道形态迥异,同流量输沙能力上段大,下段小。观测表明一定流量的低含沙洪水,就全下游来说可以产生冲刷,但对下段(艾山以下)来说往往发生淤积。本文通过实际资料分析了下游河段的排沙比关系及不同来沙条件下泥沙冲淤强度等规律,并利用下游低含沙水流挟沙力关系,深入分析了艾山—利津河段不淤临界流量。结果表明这段河道不淤流量不仅与来水含沙量有关,还与河口段淤积延伸对艾山—利津段水面比降有顶托作用有关。     

黄河下游水沙复杂变化与河床调整的关系

冲积河流具有自动调整的功能，针对不同的来水来沙和边界条件，河流会作出相应的调整。1986年以来黄河下游水沙呈现有效造床洪水峰值减小且出现频率下降，枯水历时大幅度增加和小流量对河道的造床作用加强等特点。本文通过分析黄河水沙变化特性，探讨了河床沉积与形态调整的变化。研究表明，黄河下游河道的冲淤特性与不同时期年均来沙系数具有较好的相关关系，当年均来沙系数小于0.015时，下游河道处于不淤的临界状态。通过小浪底水库调控水沙过程，保证一定规模的造床流量，对于塑造黄河下游合理的滩槽结构是非常重要的。     

黄河干流河道输水量与输沙量关系研究

在系统回顾已有河道输水输沙特性研究成果的基础上,从张瑞瑾水流挟沙力公式入手,引入来流含沙量的概念,推导出河道输水量与输沙量关系式。采用实测资料分析,分别得到了黄河干流河道兰州至利津站不同河段的输水量与输沙量关系式,各式的相关关系均较好。黄河干流各河段输水量与输沙量关系特点的分析表明:兰州-石嘴山和潼关-利津河段的该种关系受大型水利枢纽运行影响较大,石嘴山-头道拐与头道拐-潼关河段的该种关系分别受比降变化和支流入汇影响较大;随着来流含沙量的增大,自动调整作用使各河段的该种关系中输水量对输沙量的影响逐渐减小。     

黄河利用洪水排沙不必刻意拦粗排细

简要总结我国在黄河泥沙输移方面的研究成果,根据笔者多年的研究,得出如下结论:可以利用高含沙洪水输沙入海,适宜输送的不是低含沙量的水流,而是含沙量大于200 kg/m3的高含沙水流。黄河下游洪水期窄深河道多来多排的输沙特性是造成河道多来多排的机理,在低含沙水流时水流的流速达到1.8~2 m/s,床面进入高输沙动平整状态。不仅全沙如此,造床质泥沙(d>0.025 mm的粗泥沙)也存在着同样的输沙规律。小浪底水库的泥沙多年调节,充分利用下游河道的洪水输沙潜力输沙入海,是解决黄河下游泥沙问题和节省输沙用水的有效技术途径。平水年、枯水年小浪底水库不排沙,全部水量用于兴利和环境用水,利用洪水排沙不必刻意拦粗排细。