动态流域模拟模型在黄河宁夏段流域水沙规律研究中的应用

在介绍动态流域模拟模型（ DWSM）的原理、结构、河网汇流顺序等的基础上,并对其算法和存储规则进行改进,以提高模型的计算效率,将该模型应用于黄河宁夏段流域的水沙规律研究中。结果表明DWSM模型在黄河宁夏段流域水沙模拟中具有较好的适用性。     

水沙变化条件下黄河宁蒙河段冲淤演变特征

本文采用实测资料分析的方法,研究了水沙变化条件下黄河宁蒙河段冲淤演变特征,研究结果表明:1986年龙羊峡水库运用后,调节径流泥沙,改变了出库流量过程,使得进入黄河宁蒙河段年均水沙明显减少,年内分配发生变化,洪峰流量大幅度减小。水沙变化导致黄河宁蒙河段同流量水位抬升,河床持续抬高,主河槽淤积萎缩,过流能力降低,说明了水库运用会对下游干流河道冲淤演变带来负面影响。     

黄河上游宁蒙河段造床流量分析

本文介绍了黄河宁蒙河段河道特征及其冲淤情况,阐述了造床流量的基本概念及其计算方法,利用宁蒙河段沿程几个水文站的实测资料分析计算了各断面的造床流量,初步分析了用造床流量冲刷宁蒙河道的可能性,研究宁蒙河段造床流量对于利用水库调节水沙过程塑造合理河床形态,进行河道防治具有一定的理论意义和应用价值。     

黄河宁蒙河段冲淤演变特点及趋势分析

通过分析黄河宁蒙河段冲淤演变及河槽过洪能力变化,进一步认识宁蒙河段冲淤演变规律,并根据下河沿水文站设计水沙条件,估算宁蒙河段2020年、2030年的冲淤变化趋势。分析表明:近期宁蒙河段输沙能力降低,巴彦高勒、三湖河口、昭君坟断面平滩流量呈减小趋势,河道淤积加重,支流淤堵干流情况加重。根据下河沿设计水沙条件推算头道拐水沙量以及区间引沙量,采用沙量平衡法,考虑区间支流来沙、区间风沙入黄情况,预估下河沿～头道拐冲淤量,2020年水平,宁蒙河段年均淤积0.78亿t;2030年水平,宁蒙河段年均淤积0.80亿t。     

黄河宁蒙河段冲淤时空分布特征与淤积原因

在补充完善水沙、观测断面等资料的基础上,采用沙量平衡法和断面法分析计算了1960年以来宁蒙河段的泥沙冲淤量,两种方法计算结果接近、各有特点,可互为补充使用。分析冲淤量时间分布特征表明,不同时期年内的冲淤分配特征不同,1987年以来宁蒙河段泥沙淤积加重,且淤积加重主要集中在汛期和小于0.1 mm的各粒径组泥沙,大于0.1 mm的粗泥沙淤积量有所减少。分析冲淤量空间分布结果表明,宁蒙河段淤积主要发生在内蒙古三湖河口至头道拐河段和巴彦高勒至三湖河口河段,1987年以来以河槽淤积为主,横断面萎缩。根据宁蒙河段水沙来源情况,从多个方面分析宁蒙河段淤积变化原因表明,干流水沙条件变化尤其是龙刘水库联合运用对干流水沙条件的显著改变,包括减少了汛期水量以及大流量过程,是导致宁蒙河段淤积加重的主要原因。     

黑山峡水库对黄河宁蒙河段的综合作用

黑山峡水库位于黄河上游梯级电站的尾部、宁蒙河段的首部,其建成投入运用后,可以有效地协调上游梯级水库发电和宁蒙河段其他综合利用之间的用水矛盾,对上游梯级电站发电流量进行反调节,对黄河水资源和西线工程入黄水量进行合理配置,在宁蒙河段减淤、防凌、防洪、供水、保证生态流量、协调中下游河道水沙关系及增加梯级电站发电效益方面具有重要作用。     

MODIS动态监测黄河宁蒙河段凌情的技术与方法

黄河宁夏河段和内蒙古河段（以下简称宁蒙河段）的凌情是我国大江大河中的一种特殊水文现象，由于凌情引发的凌汛灾害危害巨大，防凌历来是防汛部门的重要任务。在分析黄河宁蒙河道特点、MODIS卫星遥感数据特点和该河段所在区域天气状况的基础上，提出了MODIS遥感动态监测宁蒙河段凌情的技术与方法，研究和应用表明MODIS卫星遥感技术能够实现宁蒙河段凌情实时动态监测，在动态监测封开河长度、壅水漫滩等方面效果显著。     

建立黄河数学模拟系统

“数字黄河”工程经过5年的建设,在数据采集、数据传输、数据存储和数据处理方面取得了长足的进步,数学模拟系统建设将是今后5～10年努力的方向。黄河数学模拟系统建设要围绕黄土高原土壤侵蚀模型、水库调度模型、黄河下游河道水沙演进模型、河口模型、水质预警预报模型、宁蒙河段冰凌预报模型六大模型系统开展。要充分认识黄河数学模拟系统建设的长期性和复杂性,持之以恒地进行黄河数学模拟系统建设。     

DWSM动态并行计算技术

针对DWSM计算模式鲁棒性低、计算时间长、无法实现多核计算等局限性,对模型的算法和存储规则进行相应改进。在遵从DWSM计算逻辑顺序的基础上,抛弃原计算单元顺序表模式关于虚拟河道的假设,采用流域分区概念进行河网树结构的模式设计,在基于叶节点并行计算的基础上研究动态分级并行计算技术,以进一步完善计算模式。以黄河宁蒙段流域为实例,计算结果表明,算法的优化极大地提高了DWSM的计算效率,增强了其对大范围、具有复杂河网结构流域水沙规律研究的适用性。     

黄河凌情预报研究与防凌需求

根据黄河历史凌灾情况和近十几年凌情特点,总结了黄河防凌减灾工作的重要性,阐述了凌情预报对防凌减灾决策的技术支撑作用;在此基础上,结合黄河凌情预报技术现状和防凌减灾技术发展趋势,提出未来黄河防凌决策对凌情预报的技术需求,建议在连续河道地形测量、河道冰凌观测和变动河床冰凌过程研究的基础上,将水文热力学预报模型与冰水动力学模拟模型相结合,建成黄河宁蒙河段冰凌预报模型系统,实现黄河宁蒙河段冰凌过程的连续滚动模拟和预报,更好地为黄河防凌决策提供技术支持。     

黄河干流宁蒙河段风沙入黄沙量计算

黄河流域风沙活动主要分布在三个区域,即青海省龙羊峡以上黄河左岸的共和沙区、宁夏沙坡头至内蒙古河口镇黄河干流两岸的沙漠区以及河口镇以下至无定河河口之间黄河右岸支流的上游区。其中以沙坡头至河口镇之间风沙对黄河的危害最为严重。据输沙平衡法初步计算,该河段每年进入黄河干流的风成沙量约2190万t。     

黄河流域水沙变化趋势多模型预测及其集合评估

黄河水沙变化情势深刻影响着黄河流域水沙调控工程布局、流域内外水资源配置和跨流域调水工程建设等黄河保护与治理开发重大问题的决策。但受研究时段、方法及其边界条件等影响,黄河水沙变化预测成果差异大,难形成共识。本研究基于水沙变化归因和预测结果的不确定性解析,构建了多模型预测成果集合评估技术,预测了黄河流域未来50 a水沙量。结果表明:既有流域水沙变化归因与预测成果差异大,原因在于不同方法因数据输入、变量构成及精度评价方法差异带来的不确定性;提出了基于输入-结构-输出的模型适用性判别准则和评价技术,并基于标准化的数据输入,从数据需求、物理基础、应用效率、输出尺度和预测精度等五个维度,集合评价了现有水沙变化预测模型的适用性;构建了流域水沙变化多模型集合评价-多结果加权融合-BMA集合预测的集合评估技术,根据9类模型预测成果,集合预测了黄河流域未来50 a年径流量为240亿m³,年均输沙量为2.5亿t。     

黄河宁夏段近期水沙特性及冲淤量变化预测

以1950年11月至2018年10月黄河宁夏段水沙系列资料为基础,运用统计法、经验公式法、断面法分析并预测该河道冲淤情况。结果表明,近年来黄河宁夏段水沙量明显减少,年内分配不均,小流量天数显著增加;河道有冲有淤、冲淤交替变化,多年冲淤基本平衡。河段年平均冲淤量的预测值为1993年~2018年的年实测大断面平均冲淤量0.082亿t,若按河段划分,其中沙坡头坝下至枣园年平均淤积157万m³,年平均淤积厚度为0.019 m;青铜峡坝下至石嘴山河段年平均淤积量428万m³,年平均淤积厚度为0.009 m。     

黄河上游宁蒙河道冲淤变化分析

黄河上游来水沙地区分布不均匀，水沙异源。大型水库修库前，来沙多，宁蒙河道淤积，５０年代淤积尤为严重。青铜峡、刘家峡水库运用后，水库大量拦沙，宁蒙河道发生冲刷。龙羊峡，刘家峡水库联合运用后，汛期蓄水削峰，出库中小水流量历时加长，大流量出现机会大大减少，宁蒙河道重新调整，主要表现在；水流挟沙能力降低；河道淤积严重，水位升高，平滩流量减小；河势摆动加剧，滩岸坍塌严重；西柳沟高含沙洪水淤堵干流呈加重趋势。     

深入开展黄河重大问题研究

2002年黄河首次调水调沙试验准备时间长,参加人员多,取得了大量的观测数据。这次试验,确立了三个目标：一是寻求黄河下游河床不淤积的临界流量和临界时间;二是力求能够使得黄河下游的河床全线冲刷;三是验证已有的河道整治工程、数学模型、实体模型,深化对黄河水沙规律的认识。从结果看,试验基本达到了预期的目标。今后,黄河水利委员会将深入研究以下工作：①小浪底水库的运用方式;②黄河下游河床演变规律;③“二级悬河”的成因、危害及解决对策;④黄河河口治理。     

黄河流域产水产沙系统的划分及中游重点区的编码

黄河流域来水来沙的一个显著特点为水沙异源,不同区的水沙特点不尽相同,其对下游河道冲淤演变的影响也不相同.为探求下游河道泥沙淤积与来源区的关系等问题,有必要对黄河流域进行分区考虑.基于前人对黄河流域分区的成果,在保证支流流域完整性的前提下,将花园口以上的产水产沙子系统划分为4个一级区,并将各个一级区进一步划分为若干个二级区.然后对中游重点区进行河网提取及编码应用,编码后的中游重点区共有12万条河段,包含7级河流.此外,在提取河网的基础上,利用编码的便利统计了各支流的流域面积、河网密度等信息.本文研究结合黄河数字流域平台,能为分析中游水沙来源区与下游河道淤积的关系提供依据.     

论古贤水库在黄河治理中的作用

在综合考虑未来黄河水沙变化趋势和黄河水沙调控体系建设的情况下,结合实测资料和数学模型计算成果,系统分析了"拦、排、放、调、挖"等处理泥沙措施在黄河干流不同河段的作用,认为未来应进一步加强"调"的作用,结合"拦、排、放"等措施,延长水库使用寿命,减少下游河道淤积,优化配置黄河泥沙分布。提出了黄河干流不同河段的治理目标:2020年前降低潼关高程1m左右,2020—2050年降低潼关高程2m左右;2030年前维持中水河槽的平滩流量为4000m3/s左右,2030—2050年维持中水河槽的平滩流量为3500m3/s左右。研究了古贤水库在黄河水沙调控工程体系和黄河中下游治理中不可替代的作用,为达到黄河中下游在2050年前的治理目标,阶段性实现黄河长治久安,建议在小浪底水库拦沙库容淤积之前,尽早建成古贤水库,充分发挥古贤与小浪底水库联合调控运用的作用。