黄河下游典型河段滩岸崩退特性研究

黄河下游局部河段滩岸崩退频繁,严重危害堤防及滩区安全。通过对黄河下游开展现场观测,结合已有断面地形实测数据,描绘滩岸崩退全过程及特点,评估土体特性及近岸水沙条件对崩岸的影响。研究表明：滩岸崩退引起黄河下游河道展宽,且崩岸规模具有时空差异性,2006年和2018年汛期重点河段平滩河宽分别增加了57.03 m和7.83 m,代表性横断面单侧滩岸最大崩退宽度高达207.20 m。黄河下游土体压实程度低,抗冲能力差,加之土体抗剪强度随含水量增大呈反向变化,致使在汛期崩岸频发。“大流量-小含沙量”的水沙组合易于造成崩岸,而在大含沙量下因泥沙在近岸河床淤积而降低了崩岸发生规模。建议对重点区域滩岸进行长期监测,并加强生态友好型护岸系统建设。     

黄河下游宽滩河段泥沙均衡配置方法

黄河下游宽滩河段具有重要的滞洪沉沙作用,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,开展了黄河下游宽滩河段泥沙均衡配置研究。提出了黄河下游宽滩河段泥沙均衡配置方法,通过黄河下游宽滩河段泥沙配置层次分析,确定泥沙配置目标和评价指标,分析了黄河下游宽滩河段泥沙均衡配置的配置方式、配置单元和配置能力,并建立了黄河下游宽滩河段泥沙均衡配置数学模型。     

含水率变化对黄河下游滩岸土体力学性质影响及稳定性分析

黄河下游滩区岸坡坍塌,压缩滩区人民的生产空间,造成了极大的经济损失。因此,在对万滩镇至柳园口段滩岸踏勘、取样以及室内土工试验的基础上,分析滩岸土体组成及结构特征,研究含水率变化对土体强度的影响,并利用Optum G2研究土体强度变化对多层土滩岸稳定性的影响。结果表明：黄河万滩镇至柳园口段滩岸土体由黏土和粉砂土组成,表现为交互分层结构;随着含水率的提高黏土和粉砂土黏聚力均先增大后减小,内摩擦角逐渐减小;含水率对岸坡土体强度产生显著影响,含水率从18%增大到40%时黏土层黏聚力降低80%、内摩擦角降低约87%;滩岸组合边坡稳定性降低,岸坡稳定系数随着含水率提高表现为先增大后减小。     

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%。     

黄河下游游荡性河道双岸整治模型试验研究

为检验游荡性河道双岸整治方案的可行性，选择了黄河下游花园口-夹河滩河段开展了动床模型试验，分析了该河段双岸整治工程在大、中、小水期间的控导性能以及对排洪能力、河道输沙能力的影响。试验表明：双岸整治工程在小浪底水库泥沙多年调节运用的条件下，初期(下泄清水期)起到了护滩的作用，阻止了河槽的展宽，使冲刷向纵深方向发展，河势得到了有效控制；在水库利用洪水排沙期，河道具有很强的输沙能力，在以洪水排沙输沙为主、清水冲刷与少量小水挟沙的共同作用下，能维持输沙的基本平衡。     

三门峡库区潼三段存在的问题及治理措施

三门峡库区潼关－三门峡河段目前存在的主要问题是河势变化大、塌滩塌岸严重。初步分析认为，三门峡水库在“蓄清排浑”运用方式下，库岸结构松散、工程布局不够合理及工程数量少是河势变化和塌滩塌岸的主要原因，并据此提出了在潼三河段采取上段以防冲为主，中段以防冲为主、防浪为辅，下段以防浪为主、防冲为辅的工程治理措施，并改造加固现有工程。     

黄河下游河段平滩流量计算及变化过程分析

黄河下游不仅断面形态复杂,而且主槽形态特征及过流能力沿程变化较大。因此采用河段平均的特征变量来描述主槽形态及过流能力更具有代表性。本文提出了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表示河段平均的主槽特征变量,计算的河段平滩宽度、水深、面积及流量恒满足水流连续条件。采用该方法计算了1960-2006年中典型年份花园口至高村游荡河段的平滩流量。结果表明河段平滩流量能从总体上综合反映游荡段主槽的过流能力,且其变化幅度远小于断面平滩流量。分析了河段平滩流量与所在河段冲淤量的关系,并建立了河段平滩流量与进口断面两年平均的汛期流量及来沙系数的相关关系。计算了近期黄河下游各河段平滩流量的变化过程,所得结果较好地描述了平滩流量在高村至艾山河段较小,在其上游游荡段及下游弯曲段相对较大的驼峰现象。     

黄河下游过渡型河段漫滩洪水演进规律探讨

利用黄河下游高村至孙口河段漫滩洪水观测资料 ,分析了过渡型河段漫滩洪水演进规律及其影响因素 .结果表明 :过渡型河段河槽弯曲 ,滩地多、面积大、连通性差 ,在险工、护滩控导工程控制下 ,主槽相对稳定 ,河道横向淤积分布不均 ,主槽冲淤变化大 ,滩地低洼、蓄滞洪能力大 .滩地蓄滞洪能力、主槽排洪能力与不同量级不同类型洪水的不同组合 ,是造成漫滩洪水洪峰流量削减、洪峰形状变形、传播时间变化的主要原因     

黄河宁蒙段塌岸危险性评价

选取黄河宁蒙段青铜峡至头道拐河段作为研究区域,以1 km为单位将全河段划分为835段,采用2010年TM遥感影像、2006—2010年黄河水文资料并结合Google影像,利用层次分析法建立塌岸危险性评价指标体系,对黄河宁蒙段两岸的塌岸危险性进行评价。结果表明:黄河上游宁蒙河段右岸塌岸危险性高于左岸,在三湖河口至头道拐段塌岸危险性高的河段以凹岸段为主;塌岸危险性较高的河段集中在银川至石嘴山段、乌海至磴口段以及昭君坟水文站附近河段,危险性最大的河段在昭君坟附近;在青铜峡水文站以下50 km河段和石嘴山水文站至乌海市乌达区的峡谷河段塌岸危险性最低;左右岸在石嘴山至巴彦高勒河段塌岸危险性的变化幅度最大。     

黄河游荡型河段河势变化数学模型

在已有成果的基础上,通过解决水流横向输沙模拟、滩岸在水力冲刷与重力坍塌作用下的变形计算及其数值计算的适应性等关键性难题,首次开发出了可模拟黄河游荡型河道河势变化的数学模型.初步验证结果表明,该模型能够反映游荡型河流河床的演变特征,可用于黄河下游游荡型河道河势变化的模拟计算.     

冲积河流岸滩崩退模式与崩退速率

为研究冲积河流的侧向演变过程并开展模拟预测,采用河道冲刷及河岸稳定性等理论探讨岸滩的崩退模式和崩退速率。根据河岸崩塌机理及崩体塌落到水中后冲刷形式的不同,提出3种岸滩崩退模式,分别为挫崩滑塌冲刷崩退模式、挫崩倒塌冲刷崩退模式和落崩冲刷崩退模式。结合河岸的侧向淘刷、河床的纵向冲刷以及河岸崩塌的临界状态,推导了3种岸滩崩退模式的崩退速率计算公式,并利用长江和黄河的水文、河岸资料进行检验。结果表明:长江和黄河的河岸岸滩崩退速率估算值与实际崩退速率基本相符,所建立的岸滩崩退模式和崩退速率计算公式是合理的。     

某电厂近厂址黄河岸坡失稳及坡面侵蚀研究

为了给靠近黄河岸坡的基础能源工厂的安全建设与运行管理提供技术支持,针对黄河岸坡厚层黄土及下伏泥岩的典型岩性组合特征,通过选取黄河中游某电厂典型近厂区岸坡断面,模拟集中暴雨、河流洪水、岸坡人为扰动等不良条件,利用Morgenstern-Prince边坡极限平衡理论与基于流固耦合理论的有限元计算方法,分析了岸坡的稳定性和坡面侵蚀规律。结果表明:岸坡长期遭遇降雨、河流洪水侵蚀、河道演变及人工扰动等的循环作用,易引起侧蚀、临空面变陡失稳;随着降雨及洪水等不利因素的增多,近厂区岸坡坡面水平变形影响范围将扩大;以水平变形量0.1 m为非稳定区判别标准,计算断面受降雨及洪水影响较大,其深度剥蚀发生在坡面,暴雨及洪水期水平剥蚀发生速率为4.0 m/d;以安全系数1.30为评判标准,计算断面受降雨及洪水影响相对较大,洪水期断面趋于失稳状态;河道演变造成的岸坡坡角改变对计算断面的影响较大,失稳的临界坡角为40°。     

小浪底水库运用十年黄河下游河道的再造床

天然河流上游修建大型水利枢纽后,必将引起水库下游河道的再造床。黄河小浪底水库自1999年10月下旬下闸蓄水以来,已运行十年有余。本文通过实测资料的分析,从河道的冲刷和河道的平面形态变化两方面来阐明小浪底水库拦沙运用十年来水库淤积及下游河道的再造床过程及其特点,为小浪底水库进一步水沙调控提供借鉴,也丰富了多泥沙河流兴建大型水库以后下游河道河床演变学科的内涵。     

RESERVOIR SEDIMENTATION AND TRANSFORMATION OF MORPHO-LOGY IN THE LOWER YELLOW RIVER DURING 10 YEAR’S INITIAL OPERATION OF THE XIAOLANGDI RESERVOIR

The Xiaolangdi Hydro-Project is one of the large projects on the main stem of the Middle Yellow River.It has been operated for more than 10 years,since its impoundment in October,1999.The reservoir has trapped 2.833×109 m3 of sediment,and caused the total erosion of 1.891×109 t in the Lower Yellow River from October,1999 through October,2010.Not only the serious atrophied situation of the Lower Yellow River(LYR) has been resuscitating,but also many new phenomena of sediment transport and behaviors of channel re-establishing are coming into being.They are illustrated and discussed in detail in this paper.     

小浪底水库对水沙的调控及下游河道响应

冲积性河流上修建水库后,由于对水沙的调节,下游河道将发生相应调整,直至和新的水沙条件相适应。小浪底水库位于控制黄河水沙的关键部位,1999年10月25日下闸蓄水,目前水库仍处于拦沙初期的运用阶段,五年来以水库异重流排沙为主,期间进行了三次调水调沙试验,绝大多数中粗泥沙拦在库内,进入下游的水沙量和过程均发生了显著变化,主要表现为:下泄水流含沙量低、泥沙颗粒较细、洪峰调平、汛期(7-10月)水量减少、非汛期水量增大。在这种水沙条件下,黄河下游河道持续冲刷,平滩流量增大,河槽趋于窄深、河床粗化,河势发生调整。     

冲积河流崩岸机理、数值模拟及预警技术研究进展

冲积河流崩岸不仅影响河势稳定,而且威胁两岸堤防等重要涉水工程安全。近年来由于上游来水来沙变化及水库运用等影响,长江中下游及黄河下游河段河床冲刷,崩岸现象突出,增大了河道防洪压力。从崩岸机理、数值模拟及监测预警技术3个方面总结了冲积河流崩岸的研究进展,指出了仍待解决的几个关键问题。在崩岸机理方面,阐明了崩岸发生的力学条件及影响因素,但需深化研究各因素之间的相互作用。崩岸数值模拟方法的快速发展为崩岸预测提供了有效的技术手段,但需更为全面地考虑崩岸机理,并有效刻画河岸边界条件的沿程变化。在监测预警技术方面,通常以局部岸段的地形及水沙条件监测为主,崩岸预警等级划分指标及方法多以经验法为主,需建立统一的、完善的评估体系。     

黄河下游不同流量级洪水冲淤特性的计算与分析

运用黄河下游水文学冲淤计算模型,对2002年和2009年小浪底水库调水调沙试验方案进行了计算,计算结果与实测值吻合较好。以2002年调水调沙总水量为控制指标,选取2002年地形(长期淤积)和2009年地形(长期冲刷)为边界条件,以清水下泄和来沙系数为0.01 kg.s/m6两类洪水,按照不漫滩、平滩和小漫滩三种方案,计算了黄河下游河道在不同边界条件下的滩槽冲淤量,以及各河段平滩流量的变化特征,对比分析了两类洪水在不同方案下的滩槽冲淤效果。对于清水冲刷,当以下游河道的最大平滩流量控制小浪底水库下泄流量时,全下游的冲刷效益最大。对于来沙系数为0.01kg.s/m6的高含沙水流,流量级越大,全下游的主槽冲刷量和平滩流量增幅越大,但淹没损失也较大。需要通过进一步研究,得到使全下游冲刷效益和淹没损失达到最优化的流量,作为小浪底水库的调控下泄流量。     

对口丁坝双岸整治对黄河下游河道冲淤的影响

选取低含沙水沙系列、枯水多沙水沙系列以及规划设计的未来50 a水沙系列,利用黄河下游一维水沙数学模型,模拟计算了对口丁坝双岸治理方案下黄河下游河道在3种水沙系列条件下的冲淤状况。结果表明,游荡性河段采用对口丁坝方案整治后,输沙能力得到了提高,该河段多输送的泥沙一半以上输送到利津以下,其余部分淤积在高村—利津河段,其中淤积以高村—艾山河段为主,艾山—利津河段的冲淤情况与现状相比变化不大。     

黄河下游游荡型河段洪水演进与河床变形过程的数值模拟

黄河下游游荡型河段的河床变形过程相当复杂，横向变形尤为突出，现有水沙数学模型一般仅能模拟河床纵向冲淤，不能模拟滩岸横向冲刷与崩塌，本文将平面二维水沙数学模型与粘性河岸冲刷的力学模型相结合，建立河床变形的平面二维混合模型。然后以黄河下游花园口至夹河滩的游荡型河段为例，采用该混合模型，首次较为全面地模拟了1982年汛期的洪水演进与河床变形过程。沿程最高水位、出口断面流量过程等计算值与实测值符合较好。计算结果还表现为大水时主槽冲刷，滩地淤积；小水时主槽淤积，滩地崩塌。该计算结果与游荡型河段的年内冲淤变化规律一致。     

Two-Dimensional Composite Mathematical Alluvial Model for the Braided Reach in the Lower Yellow River

Abstract

The fluvial processes are considerably complicated in the braided reach of the Lower Yellow River, and the lateral or transverse channel deformation process is especially pronounced. The state-of-the-art of simulation techniques for the channel deformation in the Lower Yellow River was analyzed in this paper, and such a conclusion was drawn that existing mathematical alluvial models only can simulate the longitudinal channel deformation and cannot simulate such the lateral deformation as lateral erosion and failure of bank. Then a new two-dimensional (2D) composite model was developed herein, consisting of a 2D flow and sediment transport submodel and a riverbank-erosion submodel. This model not only can simulate the longitudinal and lateral channel deformations, but also can be used to simulate the fluvial processes of natural alluvial rivers with complex bed morphology. Through using the proposed composite model, the flood routing and channel deformation processes during the August 1982 flood were simulated. The maximum stage along the reach and the discharge hydrograph at the outlet so obtained were in good agreement with the observed data. Simulated results of the channel deformation processes showed that during the flood season, the main channel scours and the flood plain deposits; during the dry season, the main channel deposits and banks of the floodplain retreat due to lateral erosion by the flow and failure under gravity. Such results accord with the annual varying law of bed scouring and deposition in the braided reach.