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。     

黄河水沙空间分布及其变化过程研究

本文对不同时期黄河水沙的空间分布及其变化过程进行了系统分析,研究结果表明,1950～2005年黄河年平均总水量约为593.5亿m3(其中包括水土保持减水量、干支流引水耗水量及河口入海水量),年平均总沙量约为17.9亿t(其中包括水土保持减沙量、水库拦沙量、引水引沙量、放淤固堤沙量、河道冲淤量及河口人海沙量),不同时期黄河水沙总量变化很大,但黄河总水沙量比基本稳定为0.03t/m3.1986年以来黄河下游来水来沙量减少的主要原因,一是上中游耗水减沙量增多,1986～1998年平均上中游水土保持减水和工农业引水等耗水量达213亿m3,水土保持减沙、水库拦沙、引水引沙和河道冲淤等沙量合计达8.57亿t,已分别占上中游总水沙量的45%和53%,二是自然气候条件改变,引起上中游1986～1998年平均总水量比1973～1985年减少约136亿m3,而上中游年平均总沙量只减少约0.7亿t,导致水少沙多的局面加重.由于自然条件的变化和人类活动的影响,黄河水沙空间分布更趋不合理,表现为主河槽萎缩、"二级悬河"加剧、河口退蚀等,引起小水大灾和生态恶化,防洪形势更为严峻,应通过水沙联合优化配置和泥沙资源化利用治理黄河的水沙灾害.     

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。     

维持黄河下游河道与滩区稳定的泥沙处置方案

变化环境下研究提出可以维持黄河下游河道与滩区稳定的泥沙处置方案对黄河下游乃至流域治理具有重要指导作用。通过实测资料分析、数学模型等手段,分析入黄泥沙的时空分布变化,认为三门峡水库建成后的3个水库运用阶段输沙入海是泥沙处置的主导方式,小浪底水库建成后变为以水库拦沙为主导,大型水库是影响泥沙空间分布及河道冲淤的重要因子;黄河年均来沙8亿、6亿、3亿t情景,黄河下游无法实现河道和滩区稳定,拟定了5个泥沙处置方案,通过分析评价得到最优方案,即古贤、桃花峪水库+滩区生态治理方案,建设古贤水库可以基本实现黄河下游50 a河床不淤高,滩区生态治理能够消除“二级悬河”,加上桃花峪水库可显著提高滩区防洪标准,综合评价该方案最优。     

黄河泥沙处理和利用配置方案研究

根据不同时期入黄泥沙处理和利用的状况和特点,提出对黄河泥沙应采取"拦、调、排、放、挖"等多种措施综合处理和利用。通过不同方案及泥沙治理效果的比较,研究提出了2030年前采用水土保持特别是多沙粗沙区拦沙工程拦沙、骨干水库拦沙,以及调水调沙、河道排沙、放淤、挖河疏浚及泥沙利用等多种措施相结合的综合处理和利用泥沙的配置方案。分析论证了在配置方案条件下,2020年前进入黄河下游河道的年平均泥沙量为4.41亿t,下游河道年平均冲刷泥沙0.41亿t,可维持4 000 m3/s以上的中水河槽;2020—2030年进入黄河下游河道的年平均输沙量为5.32亿t,下游河道年平均淤积0.46亿t,可维持4 000 m3/s左右的中水河槽。     

1855年以来黄河泥沙输移系统的泥沙淤积分布分析

通过对黄河上中游来沙量以及对下游和河口泥沙沉积量的估算 ,建立了 1 85 5年至 1 968年间黄河的泥沙平衡。结果显示 ,这期间上中游来沙为 1 878× 1 0 8t,其中淤积在下游的泥沙占 62 %,三角洲淤积占 3 2 %;下游淤积量随着大堤修建、大堤防洪能力提高、以及近期修建水库及引水引沙等人类活动的变化相应发生变化 ;三角洲淤积约有 60 9×1 0 8t,占河口来沙的比例为 84%。     

西线南水北调对黄河干流的减淤作用研究

南水北调西线工程通过向黄河河道内配置部分水量,进入黄河干流的水沙调控体系,经干流水库的联合调度,进行全河调水调沙,可塑造协调的水沙过程。由水量配置方案,利用建立的输沙关系推算相应的设计沙量,结果表明:按西线调水向河道内配置水量35亿m3,宁蒙河道、小北干流河道和黄河下游河道分别减淤为0.35亿、0.30亿t和0.27亿t。     

治黄必先治沙

根据黄河多沙,下游河道淤积抬升严重,上中游水土保持不可能在短期内大面积生效等情况,提出除当前准备进行的第四期复堤工程以外,在近三五十年内,还要修建小浪底、龙门、军渡(或碛口)三大水库,为下游减洪减沙。与此同时加速下游河道整治,束窄河槽,并通过水库的调水调沙,下游河道束水攻沙,促使河槽刷深,变地上河为地下河。作者认为,只要坚持水土保持,一百年后,黄河上中游的来沙量可望再度减少,下游河道即可得到根治。     

小浪底水库拦沙对黄河下游河道的减淤作用

在小浪底水库蓄水拦沙期,进入黄河下游河道的水沙条件发生显著变化,含沙量急剧降低,中水流量持续时间增长,水库调水调沙提高了河道输沙能力,改善了泥沙淤积部位。拦沙期(1999年10月—2018年10月),黄河下游河道共计冲刷21.015亿m~3。分析小浪底水库运用以来黄河下游河道泥沙冲淤时空变化特性及水库对水沙的调控效果,对比计算有、无小浪底水库两种工况下黄河下游河道冲淤量变化及减淤作用。水库拦沙期黄河下游河道减淤比为1.373∶1,其拦沙减淤效果与水沙条件、水库运用方式及河道边界等因素有关。     

人类活动影响下的黄河下游河道泥沙淤积宏观趋势研究

以1950～1997年间黄河下游来水量、来沙量和河道淤积量的长系列资料研究了黄河下游泥沙淤积的宏观趋势，结果显示，尽管来沙量和来水量都呈显著的减少趋势，但下游河道淤积量在总体上却并无减少的趋势。黄河下游河道淤积量随来沙量的减少而减小，随来水量的减小而增大。大规模的水土保持，使入黄泥沙大幅度减少，有利于下游河道减淤；人类大规模开发利用黄河水资源，使下游河道来水量大幅度减少，输沙能力下降，会使下游淤积量增 大。二者在数量上接近于相等而互相抵消，使得下游淤积量并无减少的趋势。黄河下游来沙大幅度减小而淤积量基本保持不变，这主要是由于河道泥沙输移比减小所导致的结果；而泥沙输移比的减小则与下游河道水流输沙能力的减弱和来沙系数的增大有关。     

黄河干流泥沙空间优化配置研究(Ⅱ)———潜力与能力

本文采用实测资料分析和数学模型计算等方法,系统研究了2050以前不同水沙系列条件下黄河干流泥沙空间优化配置的潜力与能力及经济投入指标。结果表明,黄河干流河道的输沙潜力与能力较大,2008—2050年下游河道利津站的年最大输沙潜力为10.22～18.08亿t/a,年平均输沙能力为3.46～6.24亿t/a,河口造陆的容沙潜力为254亿t,深海输沙能力为1.74～2.57亿t/a。河道输沙是长期的,应充分利用河道输沙能力输沙到河口造陆和输沙深海。水库拦沙的潜力与能力也较大,干支流水库的拦沙潜力为531.06亿t,小浪底水库的年平均拦沙能力为5.07～5.94亿t/a,古贤水库的年平均拦沙能力为3.42～5.45亿t/a,水库拦沙库容是有限的,应合理利用水库的拦沙能力改善河道冲淤。滩区放淤潜力与能力相对较大,干流滩区放淤的潜力为192.1亿t,下游滩区的年平均放淤能力为0.34～0.64亿t/a,小北干流滩区的年平均放淤能力为1.07～1.42亿t/a,温孟滩区的年平均放淤能力为0.43～1.06亿t/a,滩区放淤是有条件的,应合理利用滩区放淤能力改善滩槽泥沙分布。黄河干流具有一定规模的引水引沙潜力与能力,干流年最大引水引沙潜力为2.8亿t/a,年平均引水引沙能力为1.62～2.54亿t/a,引水引沙也是有条件的,并对河道冲淤有影响。经分析,排沙入海的经济投入较低,其次为水库拦沙,滩区放淤的经济投入较高。研究成果为黄河干流泥沙空间优化配置提供可定量的约束条件和控制指标。     

黄河下游河道平衡输沙的沙量阈值研究

考虑黄河未来可能的水资源条件,以及生态保护、经济社会发展多目标对水量年内过程分布需求,根据黄河下游水沙资料、河道冲淤资料,采用实测资料分析、公式计算、数学模型模拟等多种方法研究了有利于黄河下游河流生态良性维持的平衡输沙的沙量阈值。未来进入黄河下游的年来水量为250亿m~3左右,实测资料分析和公式计算表明,未来较小的平衡输沙阈值为2.0～2.2亿t。数学模型计算在小浪底水库等现有工程联合调控作用下黄河下游平衡输沙的临界沙量为2.5亿t。中游古贤水库建成后和小浪底水库联合调度,可以进一步提高汛期的输沙效率,平衡输沙的沙量阈值可进一步提高。研究成果对黄河下游治理具有重要意义,可为黄河泥沙处置措施优化提供技术支撑。     

80年代黄河下游河道冲淤演变情况

80年代黄河下游河道累计淤积泥沙4.12亿t,是下游河道淤积最少的10年(三门峡水库拦沙期除外),其中高村一艾山河段淤积3.59亿t,占87％。下游河道淤积集中在1986、1988两年,其中1988年淤积量达5.14亿t,比10年累计淤积还多1亿t,其余大部分年份河道处微淤或冲刷状态。黄河流域人类活动对下游河道冲淤有一定影响,但起主导作用的还是暴雨大小及地区分布。10年间进入黄河下游的水、沙总体上属于枯水少沙系列,来沙偏少更多。年均来沙仅量8.62亿t,是来沙量最少的lO年。黄河下游来沙量大幅度减少,主要是多沙和粗沙产区的河龙区间大雨、暴雨显著偏少所致。多沙地区一旦出现暴雨,来沙量就会明显增加,如1988年,皇甫…、窟野河等多沙粗沙支流发生较大洪水,年沙量达15.5亿t,下游河道发生严重淤积。深入研究80年代来水来沙条件及下游河道冲淤特点,对于更好地认识和治理黄河具有重要意义。     

黄河干流泥沙配置合理性分析

利用实测资料系统分析了1950.7～2005.6年不同历史时期黄河干流泥沙配置的特点.选取利津站沙量、上游宁蒙河段平滩流量、中游潼关高程、下游平滩流量、下游悬河状况、引沙量以及水库特征库容变化等指标,对不同时期黄河泥沙配置的合理性进行分析.     

维持黄河下游主槽平滩流量4000m3／s所需水量

基于黄河下游历史实测资料,分析了流量、水量、含沙量和来沙量等主要因素与主槽形态的响应关系,通过对未来入黄泥沙形势、黄河下游洪水形势、黄河下游不同量级洪水的挟沙能力、不同量级及历时的洪水塑槽机理分析,阐述了小浪底水库运用后进入黄河下游的泥沙将主要在洪水期下泄的特点,以及未来下游来沙量8亿~9亿t情况下,黄河下游主槽不萎缩所需洪水条件,即维持下游主槽过流能力4000m3/s左右,对应的塑槽水量应维持在60亿~70亿m3。     

黄河干流泥沙分布状况及存在问题

利用实测资料系统分析了1950.7-2005.6不同时期黄河干流泥沙分布特点。通过上游宁蒙河段河道冲淤量、主槽平滩流量,中游龙潼河段河道冲淤量、潼关高程、三门峡水库拦沙量、小浪底水库拦沙量,下游主槽冲淤量、滩地冲淤量、主槽平滩流量、二级悬河状况、以及出口断面沙量等参数的变化,综合分析了不同时期不同来水来沙条件下,黄河干流泥沙分布引起的问题。提出了有利于减轻黄河干流泥沙淤积灾害的建议。     

黄河中游粗沙区来沙量与粗泥沙模数变化分析

黄河下游河道泥沙淤积与中游多沙、粗沙区的来沙关系非常密切，其中粒径在于０．０５ｍｍ的粗泥沙是淤积下河道的主要成分。通过重点分析不同年代粗沙区来沙量、粗泥沙模数的变化及水利水保措施对减少粗泥沙的作用，说明黄河中游兴建的水利、水土保持工程对控制水土流失、减少入黄泥沙特别是粗颗粒泥沙发挥了很大作用。     

黄河下游河道未来冲淤趋势研究

进入21世纪以来,黄河中游产水产沙环境发生显著变化,潼关站实测来沙量大幅减少。在中游来沙减少和小浪底水库调水调沙运用的条件下,进入下游的泥沙主要集中在大流量洪水期,其他时段进入下游的水流以清水小流量为主。研究建立了不同时段下游河道冲淤量与水沙量的关系,计算了未来可能水沙条件下下游河道的冲淤趋势。结果表明:在未来年来沙量2亿~3亿t、来水量220亿~250亿m3时,利用4 000 m3/s左右大流量输沙,基本可以维持下游河道主槽不萎缩。     

黄河中游支流治理的重点及其对下游河道减淤作用

一、下游河道淤积的要害黄河的根本问题是泥沙问题,而泥沙淤积的危害主要在下游河道。如何解决下游河道的淤积是治理黄河的一个重要课题。黄河下游来水来沙的基本特点是水少沙多,含沙量高,并且,水量和沙量在时间、空间上的分布极不均匀,年内水沙量主要集中在汛期,甚至集中在几场洪水。另外,沙量的集中更甚于水量。水量主要来自河口镇以上的上游地区,而沙量则主要来自河口镇至三门峡的中游地区,存在着“水沙异源”的特性。     

从“引洛高干淤灌工程”规划谈近期黄河治理问题

本文简要地介绍了引洛高干淤灌工程的规划思想,工程概况、工程效益。认为工程效益是宏伟的:引洛河水灌溉旱原增产粮食是保证的,利用泥沙改地造田,有效地减少进入三门峡水库泥沙,同时,调节洛河水沙,对减轻黄河倒灌渭河,防止黄河西倒影响渭河淤积上延是有作用的。在指出上述效益的同时,从技术上论证了实现工程效益的可能性。黄河的症结所在是泥沙,黄河下游河道排沙力小于进入下游河道来沙量,故下游河道逐年淤积为“悬河”,要改变“悬河”面貌,关键是减少进入下游河道泥沙。根据陕西黑松林等水库的经验,泥沙的最好出路是引洪淤灌,把泥沙引入农田。高干工程根据抵干实践,引水沙限较一般渠道大2—4倍,故引水时,水沙齐用,弃水的含沙量不变,但沙量绝对值减少了近45%,可实现变“沙害”为“沙利”的转化。由此指出了高干工程是三门峡水库以及黄河多沙支流的治理方向。