黄河下游河道洪水冲淤临界水沙条件的研究

本文总结了以往对黄河下游河道冲淤临界条件的研究情况,根据非饱和输沙理论导出了河段排沙比与水沙系数关系,通过1960～1999年422场次洪水资料的统计分析,建立了黄河下游各河段的冲淤临界水沙条件,该水沙条件包括了洪水平均流量、含沙量,给出了黄河下游花园口以上、花园口～高村、高村～艾山、艾山～利津4个河段在不同三黑小(三门峡、黑石关和小董3站)水沙组合情况下的冲淤关系,该临界水沙条件可为小浪底水库调度决策以及黄河下游治理提供参考。     

从水沙条件探讨黄河下游上下河段冲淤调整关系

在以往对黄河下游河道上段(高村以上)和下段(高村到利津)冲淤调整关系研究的基础上，通过1960～1999年422场次洪水资料的统计分析，按三门峡水库不同运用期分析了上下段的冲淤关系，建立了上下段排沙比与水沙系数的关系，认为上下段冲淤关系随水沙搭配条件而变：水流严重不饱和时上下段冲淤性质一致；轻度不饱和情况下上下段冲淤性质相反；水沙搭配基本平衡时上下段冲淤变化不大。根据上下段冲淤临界水沙系数关系绘制了上下段冲淤关系图，并首次按三黑小(三门峡、黑石关、小董三站)水沙搭配进行了定量分区：上冲下淤、上淤下冲、上下皆冲和上下皆淤区。     

提高黄河下游河道输沙能力的途径探讨

阐述了水流功率原理与输沙机理并导出其公式,结合黄河多沙的特点,认为:1以临界水流功率对应的临界流量与来沙系数临界值来协调水沙关系,可提高黄河下游河道输沙能力并多输沙入海;2在现状河道边界条件下,选择利津断面流量为2 200~3 200 m3/s作为临界水流功率对应的临界流量较为合适,判断下游河道冲淤基本平衡的临界值则取场次洪水来沙系数为0.018 kg·s/m6;3为增大下游河道输沙的水流功率,水库排沙期应尽量使利津站与花园口站平均流量之比大于0.85,并相机利用东平湖向黄河补水。     

黄河水沙关系协调度与骨干水库的调节作用

提出了水沙关系协调度的概念,认为黄河协调的水沙关系是指长时段内维持下游河道(主槽)不淤或微淤的水沙搭配过程。黄河下游冲淤平衡临界来沙系数是0.01 kg·s/m6,采用来沙系数和冲淤平衡临界来沙系数相对关系建立了黄河水沙关系协调度表达式。当水沙关系协调度大于1,说明某断面来沙系数大于河道冲淤平衡临界来沙系数,河道呈现淤积状态,水沙关系不协调;反之,当水沙关系协调度小于1,说明水沙关系协调,且数值越小说明协调程度越高。小浪底水库拦沙和调水调沙提高了水沙关系协调程度,减轻了下游河道淤积,但是小浪底水库拦沙库容淤满后,黄河下游的水沙关系会变为不协调,河道仍将处于淤积状态。     

冲积河流河道演变的水沙因子指标研究进展

水沙条件对冲积河流河道演变起着至关重要的作用,典型水沙因子的选取及其对河床冲淤的影响是河流地貌及河流工程学科的重点,影响着河相关系的研究进展。历年来,不同领域的学者开展了大量相关研究,取得了丰硕成果。分别从流量、含沙量以及水沙组合3方面对水沙因子指标的研究现状进行了总结分析。结果表明:早期学者多以流量或者含沙量单一影响因子对河道冲淤变化规律进行讨论研究,后续研究发现单一影响因子与河床形态没能形成稳定的对应关系,进而指出河床冲淤受水沙组合关系的影响。近期一些水沙组合指标的提出,对滩槽冲淤的定量研究起到了重大作用。类似研究目前多集中在大江大河,较为成熟的研究成果多是以黄河流域为研究对象,在其它流域的应用及修正有待更深入的开展。     

长江宜昌—监利段河床冲淤对宜昌站水沙变化的响应

三峡水库蓄水运行以来宜昌站水沙条件发生了明显改变,驱动下游河床发生新一轮调整。采用回归分析、机理分析等方法,探究了三峡工程运行前后长江宜昌—沙市段及沙市—监利段河床冲淤变化对宜昌水沙站条件的响应规律。结果表明:宜昌—沙市段冲淤量与宜昌站水沙指标间的关联度强于沙市—监利段且前者关联度随时间增强;研究河段月尺度河床演变对宜昌站水沙条件不存在明显的滞后响应;基于宜昌站月均流量分别构建的两个河段冲淤量回归模型可较好反映河床冲淤变化;根据所构建模型的模拟,三峡工程运行前宜昌—沙市段呈“小水小冲、大水大淤”的冲淤格局,冲淤转换临界宜昌站流量约为23 500 m3/s,三峡水库蓄水后该河段全面冲刷,呈“小水小冲、大水大冲”,但随着床沙粗化冲刷量有所下降;三峡水库蓄水前沙市—监利段亦呈“小水小冲,大水大淤”的冲淤格局,冲淤转换临界宜昌站流量约为22 500 m3/s,且同流量下的淤积量大于宜昌—沙市段,三峡水库蓄水后宜昌站小水时该河段冲刷量略大于上游河段,但宜昌站大水时该河段冲刷量明显更小。     

三峡水库蓄水后重庆河段冲淤特性研究

三峡水库蓄水对重庆河段冲淤影响的研究具有重要的科学价值和应用前景。根据水沙连续原理和重庆河段输沙特点,考虑嘉陵江汇流和水沙变化特征,导出了重庆河段泥沙淤积比的公式,分析了不同时期河段冲淤变化特点,论证了重庆河段淤积比与嘉陵江汇流比和寸滩站流量有重要关系。三峡水库蓄水初期重庆河段冲淤特点与蓄水前基本一致,具有汛期淤积、非汛期冲刷的特点。试验性蓄水以来河段冲淤特性发生变化,汛后蓄水期和汛前消落期河段有冲有淤,总体发生淤积。汛期河道有冲有淤,淤积有所减轻,甚至发生冲刷。河道采砂对重庆主城区河段冲淤产生重要影响。     

三峡水库蓄水后荆江沙质河段冲淤分布特征及成因

根据实测水沙、地形资料,分析了荆江沙质河段内洪枯河槽、宽窄河段等不同部位的冲淤幅度差异,并结合观测资料讨论了河道形态调整对水沙过程的响应关系。结果表明:荆江河道泥沙冲淤强度平面分布不均,泥沙冲刷主要集中于枯水河槽,断面形态趋向窄深;宽浅河段冲刷强度大于束窄河段,河道形态沿程趋于均一化。蓄水前河道形态与水沙过程相适应,河床在不同流量下以造床流量为界发生冲淤交替,长时期水沙过程作用下河道整体冲淤平衡。蓄水后含沙量大幅减小、大洪水消减而中洪水持续时间增长是荆江沙质河段冲淤分布特征形成的主要原因。     

来沙系数物理意义的探讨

从不同角度对来沙系数的物理意义进行了探讨,认为来沙系数包含以下几层物理意义:①单位流量的含沙量大小;②实测含沙量与临界含沙量的比值;③水沙搭配参数或冲淤判数;④单位水流功率含沙量的大小;⑤非平衡输沙公式中的关键参数.     

近年来黄河尾闾河道冲淤特性分析

着重分析了1976年清水沟流路以来黄河河口尾间河道冲淤变化特点.结果表明:①1976-2005年间,河口河段经历了强烈淤积-强烈冲刷-持续淤积-持续冲刷等冲淤变化过程;其冲淤变化与水沙条件、流路改道、河口的淤积延伸及河床边界等条件有关;②利津-7断面河段冲淤变化与利津径流量及来沙系数存在一定关系,与大于2 000m3/s的水量关系密切;③7断面以下河段冲淤变化与利津水沙通量,河道边界条件及流路延伸等因素有关.     

黄河下游河槽泥沙扬动与输移特性

本文利用大量水文资料,在前人研究的基础上,分析研究了黄河下游河槽泥沙扬动与输移特性。首先根据水文测验尤其是泥沙级配实测资料,间接分析各家公式的合理性,从而选择出物理概念清晰、符合黄河下游实际的扬动流速计算公式。对于粒径较小的泥沙,沙玉清、窦国仁等现有扬动流速计算公式都适用于黄河;随着泥沙粒径增加,几家公式差异变大,张罗号和罗诗琦公式同实测资料更为符合。在此基础上分析了黄河下游河槽不同粒径泥沙的扬动特性,认为“粗颗粒”泥沙在黄河下游河槽中水流量下亦能扬动。然后,选取黄河下游花园口、高村和利津站为下游代表水文站,采用汛期非漫滩情况下的实测数据,分别绘制了三站流量与泥沙以悬移形式运动的百分比关系图。引入扬动临界流量的概念后,各站泥沙输移特性变化规律基本遵循统一表达形式。进一步定量分析了各水文站泥沙输移特性,给出了扬动临界流量、扬动概率系数、输沙指数同泥沙粒径等因子的关系式,从而建立了泥沙以悬移形式运动的百分比与水沙因子的计算公式。结合未来30年内年均沙量减小的预测结果进行计算,表明黄河下游汛期日平均流量只要大于971 m³s,悬移质泥沙组成中的粗颗粒能保持悬移运动状态,同时表明加大流量是直接提升水流输沙能力的有效手段。     

黄河下游输沙量的沿程变化规律和计算方法

以1950-2002年实测输沙资料为基础，研究了黄河下游的输沙量和排沙比变化特点，参照能够反映黄河特点的考虑上站含沙量的输沙率公式，建立了黄河下游逐河段的输沙量和排沙比计算公式。实测资料的验证表明，本文建立的输沙量和排沙比计算公式具有较高精度，可以作为分析水沙变异条件下黄河下游河道泥沙输移规律的参考。     

论黄河干支流悬移质粒径与含沙量关系

黄河干支流资料表明，河流中悬移质泥沙粗细的变化既有随着含沙量的增加而变粗的，也有随着含沙量的增加而变细的。本文分析了黄河干支流泥沙粒径与含沙量关系的不同资料，提出了较大含沙量情况下泥沙粒径与含沙量的统计关系，解析和讨论了所推导出的悬移质泥沙粒径与含沙量的关系。     

渭河和黄河下游河道冲淤特性研究

对渭河下游和黄河下游河道冲淤特性的研究情况进行了回顾,利用渭河下游和黄河下游实测资料对从非平衡输沙理论推导出的冲淤临界流量与含沙量关系进行了验证和对比。以此为基础,对河床冲淤特性做出了新的解释,即“相对大水冲刷、相对小水淤积”。按照来水来沙指标流量与含沙量的对比关系,将河床冲淤分成相对大水冲刷区、相对小水淤积区2个大区,或分为清水冲刷区（绝对大水冲刷区）、相对大水冲刷区、相对大小水冲淤临界区、相对小水淤积区、绝对小水淤积区5个小区。     

人类活动对无定河流域不同地貌区水沙变化的影响

为了研究人类活动对无定河流域不同地貌区水沙变化的影响,选择无定河流域内风沙区海流兔河和黄土丘陵沟壑区大理河代表水文站1956-2010年的水文泥沙实测数据。采用Mann-kendall和Pettitt法分别对水文泥沙数据进行趋势分析与突变检验,确定发生突变的临界年份,再利用双累积曲线法的回归方程定量确定人类活动对两种地貌区水沙变化的影响。结果表明:风沙区代表水文站韩家峁站控制流域的面降水量、年径流量和输沙量发生突变的临界年份分别为1970年、1985年和1986年;黄土丘陵沟壑区代表水文站绥德站控制流域的面降水量突变的临界年份为2000年,而年径流量和输沙量临界年份均为1971年。与基准期相比,风沙区年径流量与输沙量分别减少10.02%和43.90%;黄土丘陵沟壑区年径流量与输沙量分别减少21.03%和40.20%。人类活动对风沙区的减水和减沙效益分别为21.74%和81.43%,对黄土丘陵沟壑区的减水和减沙效益分别为27.12%和58.46%。     

Sediment load estimates and variations in the Lower Mekong River

Although sediment issues have critical implications for aquatic ecology, agriculture, water supply and river navigation, studies regarding the sediment production, deposition and transportation in the Lower Mekong River are relatively sparse. With the construction and operation of dams in the Upper Mekong River, this issue has attracted more attention in recent years. The estimation of sediment loads has been hindered by the serious lack of sediment measurements in the Lower Mekong River. This study aimed to investigate the possibility of estimating the sediment loads for the years without good quality SSC measurements in the Lower Mekong River. To make this estimate, this study classified the rating curves on the basis of the synchronous nature of the suspended sediment concentration (SSC) and the water discharge among the adjacent stations (e.g. Chiang Saen, Luang Prabang, Nong Khai, Mukdahan and Khong Chiam). Together with other methods, it was possible to estimate the yearly sediment loads for the period of 1962–2003 at the five mainstream Lower Mekong River stations. Consequently, the spatial and temporal variations in the sediment loads and water discharge in the Lower Mekong River were examined. In addition, the possible impacts of Chinese dams as well as the annual sediment load of the Mekong River into the sea were also investigated. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

长江中上游坡耕地侵蚀产沙调控理论与实践

针对以往长江中上游坡耕地水土流失研究中忽视壤中流,侵蚀产沙调控措施缺乏理论依据等问题,以人工模拟降雨实验为手段,基于细沟侵蚀临界坡长等理论,提出了既能截、排地表径流,又能排导壤中流的新型截水沟布局技术,改变了传统截、排水沟的设计思路。其原理是,在坡面截、排水沟的设计和布局中,以坡面细沟发育临界坡长为截水沟布设间距,阻断细沟发生,有效减少坡面侵蚀产沙和面源污染物;截获的坡面污染物通过梯级网络化调控体系排、蓄、集,经处理后可再次利用。该技术有效改善了坡耕地季节性干旱、缺肥以及河流水质问题,为长江中上游地区坡耕地侵蚀产沙调控提供了新思路。     

沙量平衡法计算冲淤量的不确定度：—兰州至花园口河段

本文主要讨论内容有三：一是研究分析兰州以下无实测冲淤变化资料河段的主河槽冲淤厚度，二是对有实测断面法冲淤量河段，可用沙量平衡方程计算综合误差值，中用沙量平衡计算的冲淤量实际上包括了综合误差，三是用无产测冲淤变化资料河段，本文用同流量水位法和沙量平衡法估算兰州以下各个河段的冲淤厚度。还引用不同研究答员用沙量的平衡法计算的头道拐－龙门河段1959－1989年冲淤量，说明其沙量平衡法的冲淤量涌反映实际的河道冲淤情况。     

黄河下游洪水期沙峰滞后特性研究

简要分析了黄河水沙异源的情况，指出沙峰滞后、洪峰与沙峰不同步是造成黄河下游涨冲落淤和小水大灾的主要原因。根据小浪底下游各站沙峰均滞后于洪峰的35场洪水，对沙峰滞后于洪峰的特性进行了剖析，建立了小浪底、花园口、夹河滩、高村、孙口、艾山、利津各河段沙峰滞后时间与上站洪峰流量、沙峰含沙量、洪水传播速度、悬移质泥沙群体沉速之间的回归方程，可以用来查补延长沙峰滞后时间，为下游各站沙峰传播时间的准确预报提供依据。     

黄河洪水洪峰增值机理及影响因素研究

黄河洪水含沙量高,常出现洪峰流量沿程增加现象,但机理和影响因素尚无共识。本文基于断面积分的浑水连续和运动方程,推导了洪峰流量在特征线上变化的(常微分)相容方程,从而得到影响洪峰流量增加/减少的控制因素(即相容方程的源汇项)。据此,对1973—2012年间18场表现出洪峰流量沿程增加的洪水过程进行分析,计算了各控制因素的量级。结果表明,加剧洪峰增值的首要因素是外力的时间累积效应,其次是压力能沿程变化;削弱洪峰增值的主要因素是对流输运不平衡。进一步分析表明,适当增加上游流量并减少来沙,或增加上游流量并增大局部河段的过流面积,有可能抑制甚至消除洪峰增值现象。