黄河水沙过程调控与塑造下游中水河槽

随着黄河流域来水来沙过程的大幅变化及人类活动的加剧，黄河的健康状况日趋恶化。通过对黄河健康的内涵、维持黄河健康生命的理论与技术支撑、流域水沙资源优化配置数学模型、大型水利枢纽联合运用对黄河下游河道的减淤作用、塑造黄河下游河道中水河槽等方面的研究，提出了对黄河水沙调控体系的认识，并认为在目前实际的黄河水沙条件下，通过小浪底水库的调节，黄河下游河道经过5—8年的努力，是可以塑造出一个平滩流量为4000m^3／s左右的中水河槽的。     

从维持黄河健康生命角度看黄河水沙调控体系

把黄河水少、沙多、水沙关系不协调的自然特性作为解决黄河问题的主要矛盾,分析了当前黄河的健康状况,认为协调水沙关系是维持黄河健康生命的根本.从维持排洪输凌、输沙和保证河道低限水量等三个方面,分析了黄河健康生命对水沙调控体系的要求,提出了黄河水沙调控体系的总体布局和运用目标.水沙调控体系总体布局:以干流龙羊峡、刘家峡、大柳树、碛口、古贤、三门峡、小浪底七大控制性骨干工程为主体,海勃湾、万家寨水库为补充,与支流陆浑、故县、河口村、东庄水库共同构成.目标是维持黄河健康和支撑经济社会发展.     

黄河近期主要科技进展与需求

凝练了近期黄河水利科技的主要进展:①防洪减灾方面,主要包括基于卫星的黄河流域水监测和河流预报系统、游荡型河道整治理论与技术、水下根石探测技术、移动式不抢险潜坝技术、堤防安全与病害防治技术、宁蒙河段冰凌观测技术等;②水沙调控方面,主要包括调水调沙理论与实践、小浪底水库拦沙后期运行方式、水沙调控体系联合调控技术等;③水资源管理与调度方面,主要包括黄河水资源统一管理与调度、水权转换理论与实践等;④水资源保护方面,主要包括黄河流域生态保护目标及生态需水、高含沙环境下水污染物迁移转化过程及预报技术等;⑤水土保持方面,主要包括黄河中游多沙粗沙区域界定及产输规律、黄河多沙粗沙区分布式土壤流失评价预测模拟技术、水保措施作用机理及其优化配置等。同时,在黄河健康生命指标体系、数学模拟系统建设、实体模型理论与技术等方面取得了突破性进展。剖析了未来一个时期黄河治理开发、保护与管理面临的新问题,提出了黄河健康生命维持和流域经济社会可持续协调发展的科技需求,主要包括:①黄河水沙情势变化过程及趋势预测;②流域水沙调控理论与技术;③支撑最严格的水资源管理技术;④黄河泥沙处理与资源利用技术;⑤黄河下游河道改造与滩区治理;⑥黄土高原治理关键技术;⑦古贤水利枢纽和南水北调西线重大技术;⑧河流自然过程-生态环境过程-经济社会过程耦合的黄河数学模拟系统建设等工作。     

维持黄河健康生命的若干科学技术问题

由于人类对黄河水资源的过度开发以及对黄河洪水的不当控制，使黄河在满足人类获取巨大经济社会效益的同时。也付出了沉重的代价，主要反映在下游河槽萎缩、水质恶化、河道和河口生态环境退化等。要改善和维持黄河健康生命，需要对黄河健康生命之科学内涵、改善和维持黄河健康生命所需要的水沙条件、保障目标水沙条件的调控技术和边界条件、未来黄河流域水沙形势等方面加强科学研究。     

黄河中下游水库群水沙联合调控技术研究

根据维持黄河下游河槽排洪输沙基本功能的水沙调控指标体系，对黄河不同区域来水进行了分析，提出了小浪底、万家寨、三门峡、故县、陆浑水库的水沙联合调控组合方式，运用神经网络等方法研究了黄河中游水库群水沙联合调度关键问题，包括流量过程、含沙量过程的控制方式及修正模式，并在2005年黄河水沙调控过程中得以运用。     

维持黄河健康生命的关键途径分析

维持黄河健康生命，关键要控制河川径流的数量和质垣不低于某一水平、进入下游的泥沙量不高于某一水平且水沙搭配基本协调。因此，需要通过严格控制人类用水、涵养黄河水源和实施调水补黄工程等增加黄河水量；严格执行国家排污标准，控制入黄排污量、改善支流入黄水质；以实现持续有效地减沙为目标，加大多沙粗沙区水土流失治理力度，努力减少入黄泥沙并改善泥沙级配；科学调控入黄的洪水泥沙，使之不仅兼顾进入下游的水沙搭配，而且兼顾小浪底水库拦沙库容的长期有效利用，并妥善安置入黄泥沙；推进黄河流域水沙一体化管理，构建和谐社会环境。     

黄河流域生态保护和高质量发展水战略思考

黄河流域生态保护和高质量发展已成为重大国家战略,但当前阶段的黄河治理与保护仍存在一些突出困难和问题,需要从战略角度进行思考和逐步推进。通过系统分析当前黄河流域水资源开发利用、泥沙淤积控制、防洪减灾、生态环境保护和经济社会发展等方面存在的突出困难和问题,结合黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略要求,按照"点线面结合""五水同治"总体思路,提出重点补齐防洪与水沙调控薄弱环节、加强干支流水环境与水生态系统保护、实施流域山水林田湖草沙全面综合治理等举措,形成保护水资源、恢复水生态、改善水环境、治理水灾害、强化水监管的水战略总体布局和战略格局,并制定流域协同管理的体制机制框架,以维持黄河生态健康,支撑流域高质量发展。     

新时期治黄方略初探

"水少、沙多、水沙调控能力不足"是治黄历史矛盾。新时期治黄矛盾发生了重大变化,"沙多"得到了大幅度控制,"水沙调控能力不足"有了一定程度的缓解,"水少"已经演化成为主要矛盾。面向新时期黄河流域生态保护和高质量发展目标,应对治黄矛盾的思路在于"增水、减沙、提高水沙调控能力",促进流域水沙关系协调。实施西部调水是破解治黄矛盾的战略性举措,不仅可以保障黄河长治久安,支撑流域高质量发展用水需求,还能够有效提升黄淮海平原生态环境质量。基于治黄矛盾及其发展变化规律,提出了新时期治黄五大方略,即坚持生态优先的高质量发展、以水为脉的系统治理保护、应对极端灾害风险的综合预防、流域自然-社会水循环协同管控、流域和区域统筹的五大平衡控制。     

黄河水沙调控体系建设初步研究

解决黄河水少沙多、水沙关系不协调的有效途径是增水(节水和外流域调水)、减沙(水土保持措施减沙,干支流水库拦沙,小北干流放淤)、调水调沙.完善的黄河水沙调控工程体系应包括黄河干流龙羊峡、刘家峡、黑山峡、碛口、古贤、三门峡、小浪底七大骨干水库和支流泾河东庄水库、沁河河口村水库、伊洛河陆浑与故县水库等,非工程体系主要包括水沙预报系统、不同空间尺度和不同时间尺度的水沙调控调度模型等.黄河水沙调控工程体系必须保证黄河水沙的多年调节、满足调水调沙对水流动力的要求、能够调节水库泥沙、满足小北干流放淤对水沙条件的要求、确保黄河不断流以及支持流域经济社会发展等.     

黄河上游水沙调控的关键科学问题与研究重点

为了促进黄河上游水沙问题的系统解决,从流域系统的角度,结合水沙灾害防治和水资源管理的实际需求,认为黄河上游水沙关键过程与调控是保障黄河上游防洪安全、用水安全和黄河长治久安的重要基础科学问题,具体包括:1风-水-重力侵蚀产沙的耦合过程;2沙漠宽谷河道冲淤过程及河床演变机理;3水库群联动调控水沙的理论与方法。研究重点包括:1沙源解析方法与黄河上游泥沙来源;2风-水-重力侵蚀产沙机理与输移过程;3沙漠宽谷河道洪-床-岸作用机理与冲淤效应;4黄河上游水库群调节与河道水沙过程的响应;5黄河上游水沙关键过程调控理论与方法。     

黄河泥沙研究重大科技进展及趋势

从黄河水沙情势变化、黄河水沙运动基础理论、黄河水沙调控理论与技术、河床演变与河道整治,以及黄河下游河道滩槽协同治理、泥沙综合处理与利用方略等方面,概要地介绍了黄河泥沙研究的重大科技进展,展望了黄河泥沙研究的发展趋势,提出了未来一段时期在“黄河流域生态保护和高质量发展”重大国家战略指引下应关注的重大科学问题。     

黄河河流生命水权探讨

河流生命水权是指河流为维持自身健康生命所需要水资源的权利。相对于河流健康生命的层次,河流生命水权相应划分为河流维持其基本自然属性需要的水权和维持河道内生态需要的水权。研究了三次调水调沙试验的结果,基于多年均衡输沙以及适度淤积两种情况下,确定了不同调水调沙条件下的黄河输沙水权。分析了黄河生态环境需水量,确定了黄河生态环境水权。探讨了黄河河流生命水权实现的制度安排及障碍。     

维持黄河下游排洪输沙基本功能的关键技术研究

以河床演变学理论为基础，结合黄河下游河道输沙特点，对河槽的排洪输沙作用进行了量化表述，界定了黄河下游河槽排洪输沙基本功能．提出了黄河下游排洪输沙基本功能的判别指标体系；利用实体模型试验研究和实测资料分析．建立了水沙过程与河槽冲淤及断面形态调整之间的响应关系，提出了近期基本满足黄河下游河槽排洪输沙基本功能的概化水沙过程及相应的水量。并形成了水沙调控指标体系；初步提出了维持黄河下游河槽排洪输沙基本功能的中游水库群水沙联合调度方案。研究成果可为黄河小浪底水库水沙调控提供科学依据．对黄河下游的防洪减灾及水资源可持续利用具有重要意义。     

小浪底水库泥沙多年调节的减淤效果初步研究

由于黄河水沙条件的变化,三门峡水库“蓄清排浑”运用经验的局限性表现得更为突出。从黄河下游河道输沙、防洪和水充分利用出发,小浪底水库应采取泥沙多年调节的运用方式,平水枯水年蓄水拦沙运用,丰水年集中泄空冲刷产生高含沙洪水,塑造窄深河槽改造高村以上宽浅河道,利用窄保河槽输送高含沙洪水入海,计算结果表明对黄河下游减效果显著,并可大量节省输沙用水。     

黄河调水调沙

黄河下游河道淤积的主要原因在于“水少沙多，水沙不平衡”，按照黄河下游河道冲淤规律，只要把进入黄河下游河道的不平衡的水沙关系调节为协调的强大功能。小浪底水库位于控制进入黄河下游河道水沙的关键部位，该水库控制了黄河径流量的91％，控制了近100％的黄河泥沙，2002年7月4日进行的黄河首次调水调沙试验控制花园口断面流量不大于2600m^3/s，平均含沙量不大于20kg/m^3，小浪底水库泄流历时不少于10天，黄河下游河道共冲刷泥沙0．362亿t，试验达到了预期的目的。通过这次试验，共取得测验数据520万组，这为今后建立更加符合原型黄河实际的数学模型和实体模型提供了极其重要的物理参数，试验证明，利用水库调水调沙，将不协调的水沙关系调节为相协调的水沙关系，是有利于输沙入海、减轻下游河道淤积甚至冲刷下游河道的有效途径之一。     

调水调沙是黄河不淤的关键措施

综合分析了有关部门对黄河调水调沙的试验研究成果，结合近年来黄河水沙情况认为，要解决黄河河道不淤积问题，可能还需要冲沙用水数十亿立方米。今后，随着水土保持工作力度加强、河床形态改善和外流域补水等措施的逐步实施下，不淤积目标是完全可以实现的。建议将调水调沙作为治河的主导战略，强化研究攻关，促进其早日列入计划正式实施。     

2002年黄河调水调沙试验河口形态变化

近年来黄河河口水沙条件基本处于维持不断流状态，汛期非汛期界限已非常不明显，河口形态变化基本特征发生明显改变。调水调沙试验前河口径流作用微弱，河口沙嘴长时间主要受潮流侵蚀作用逐渐向临界平衡状态调整。但是2002年7月调水调沙试验河口有一个14天的0．664亿t泥沙人海口门快速堆积过程，河口形态又形成一个不稳定的快速堆积状态。本文通过2001年6月与2002年7月两次拦门沙测验地形与相关水文资料，计算输海泥沙的数量及其分布，分析了该次调水调沙试验后河口形态特征变化。     

The Yellow River: Managing the Unmanageable

Abstract

Hydrosolidarity in the Yellow River is a complex and difficult task, especially as this river has sediment problems that are unique in the world. The balancing of discharge needed for sediment management, relative to that needed for augmentation of water supply within and outside the basin, and for conservation of threatened ecosystems downstream presents a series of compromises that must rank as amongst the most challenging in basin-wide management of major world rivers. Until such time as south-to-north diversions are in place, the Yellow River is the only major water supply to the North China Plain, where water scarcity is now estimated to be some 40 km³ annually, representing 70 percent of the flow of the Yellow River. The hydrological management of Yellow River erosion involves three major factors: erosion and sediment transport, flooding, and river desiccation in the downstream reaches. This paper outlines several major development projects in the Yellow River basin that are attempting to achieve hydrosolidarity while, at the same time, providing needed water supplies to water-scarce parts of the basin.     

修正水沙资料是当前治黄的基础性研究课题

黄土高原水土保持工作大规模持续进行和黄河干支流水利枢纽工程的大量修建,极大地改变了黄河流域下垫面状况。实测资料分析结果表明:从黄河中游进入黄河的水量、特别是沙量已大幅度减少,小浪底水库的拦沙年限可以延长,黄河流域防洪规划和小浪底水利枢纽设计所预测的水沙量远大于最近10余年实测的水沙量。过去观测的水沙资料已不再具有可重现的性质,必须根据当前下垫面的变化,适时进行修正,用修正后的水沙资料,分析预测此后一段时间的水沙过程,才能作为此后一段时间河流治理规划、工程设计和管理运用的依据。因此,修正水沙资料是当前治黄工作中一项新的迫切而重要的基础性科研课题。     

黄河调水调沙对河口及其三角洲的影响和评价

分析了黄河调水调沙运用期进入河口的水沙条件,然后从三个方面包括防洪形势、生态环境变化、岸线变迁等,对黄河调水调沙运用对河口的积极影响进行了概括总结,文章最后指出:调水调沙作为河流治理最具生命力的举措和发展方向,如何发挥其更有效的作用,应切实注意解决好以下四个方面的问题:①调水调沙运用应注意解决多目标、多效应的协调和实现;②在进行调水调沙运用时,还应着力塑造相对有利的包括河床边界条件在内的其它相关条件;③应着力加强水文水情和河床演变趋势预报工作,科学决策调水调沙运用的时机和方式;④应科学对待调水调沙运用进入河口的泥沙问题。