黄河下游河道11月至次年5月时期输沙和冲淤规律研究

利用1960—2010年黄河下游11月至次年5月时期实测水沙资料,系统地研究了黄河下游河道水沙运动和河床冲淤规律。分析了花园口、高村、艾山和利津等4站输沙率与各自上站的流量、含沙量和输沙率的关系,黄河下游河道冲淤量与小浪底站来水量、来沙量、含沙量和来沙系数之间的关系。结果表明:黄河下游河道的下站输沙率与上站输沙率有很好相关关系,该时期进入黄河下游河道的输沙量小于1.82亿t、或平均含沙量小于12.6kg/m3、或来沙系数小于0.014 kg·s/m6时,下游河道以冲刷为主,反之则以淤积为主;采用本文建立的下站输沙率与上站输沙率关系式计算的黄河下游各河段冲淤量具有较高的精度。利用本文建立的关系式可以方便地预测未来黄河下游河道该时期不同河段冲淤量,对快速判断黄河上中游水利工程建设对下游河道冲淤影响具有重要意义。     

小浪底水库拦沙初期调控异重流方式初步研究

小浪底水库拦沙运用初期,黄河中游来的峰高、量小、沙多又不够一次调水调沙过程的洪水(在考虑水库前期可调水量之后)入库后一般会形成异重流,且出库沙量大、粒径细,因此水库应及时排出;但如果水沙搭配不好,也会使下游河道发生淤积,且呈现沿程均淤的特点;随着排沙期平均流量的增大,全下游淤积比不断减小,并可以由淤积转为冲刷。针对这类洪水,推荐以下游河道不淤积的关系式进行水沙调控,可以在水库适当补水的情况下实现下游河道少淤甚至不淤的排沙效果。     

黄河小北干流河段水沙变化及冲淤特性

依据实测水沙及淤积断面资料,对黄河小北干流河段水沙变化及冲淤特性等进行了分析。结果表明:1多年平均进入黄河小北干流的水、沙量分别为295.3亿m3、8.07亿t,汛期水、沙量分别占全年水、沙量的54.5%、87.7%,多年平均含沙量为27.3 kg/m3;2用实测淤积测验资料计算的1960—2012年黄河小北干流累计淤积量为23.26亿m3,"汛期淤积,非汛期冲刷"是该河段的冲淤特性;3床沙粒径小于0.025 mm和小于0.050 mm沙重百分数沿程分布的特点是自上游向下游沿程逐渐增大,即床沙逐渐变细。     

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。     

黄河内蒙古河段水沙及河床演变特性变化分析

随着黄河上游河段水库联合运用及水土保持工程的实施,内蒙古巴彦高勒至头道拐河段来沙量大幅度减少,河道演变剧烈,研究该河段演变特性变化可为河道防洪、防凌及下游河段水库调水调沙提供技术支持。为此,基于实测水沙及地形资料,并通过输沙率法结合同流量水位及典型断面变化分析了该河段水沙变化特性、河道时空冲淤分布特性及河道冲淤与水沙条件的耦合关系。结果显示,研究河段近期来水来沙总量偏少,至2018年有所增多,河道整体表现为冲刷,2012—2019年河段累积冲刷2.7亿t,其中汛期冲刷1.96亿t,河槽刷深展宽,河床高程下降,局部表现为上游冲刷下游淤积,包头上游河段冲刷量约为3.59亿t,下游河段淤积量约为0.72亿t,汛期冲淤变化比较剧烈。结果表明,来沙量大幅度减少,致使水流含沙量不能满足水流挟沙能力是河段发生整体累积性床刷的主要原因。     

黄河下游河道洪水期输沙规律研究

利用1960—2010年黄河下游304场次洪水实测水沙资料,以小浪底站为黄河下游河道进口控制站,以花园口、高村、艾山和利津4站为节点将黄河下游划分为4个河段,系统地研究了黄河下游洪水期河道水沙输移规律,分析了花园口、高村、艾山和利津4站输沙率与各自上站流量、含沙量和输沙率的关系。结果表明:黄河下游河道的下站输沙率与上站输沙率有很好的相关关系。在此基础上,进一步对小浪底场次洪水来沙系数进行分级,得到了分级来沙系数的下站输沙率与上站输沙率的相关关系。采用建立的下站输沙率与上站输沙率关系式计算得到的黄河下游各河段冲淤量和冲淤过程与实测资料符合很好,具有较高的精确度。利用建立的关系式可以方便地预测未来黄河下游河道洪水期不同河段冲淤量,快速判断场次洪水对黄河下游河道冲淤的影响。     

黄河下游汛期平水期河槽冲淤调整分析

对黄河下游汛期平水期的水沙特点及其对河槽冲淤调整的影响进行了分析,结果表明:汛期平水期进入黄河下游河道的平均含沙量小于15 kg/m3、水沙搭配系数小于0.012 kg·s/m6时,下游河道以冲刷为主,反之则以淤积为主;从长时段看,汛期平水期下游主河槽处于淤积状态;汛期平水期进入下游的水量、沙量较少,对下游河道的冲淤影响相对较小;虽然汛期平水期冲淤量绝对值相对较小,但是其冲淤调整均在主河槽内进行,会对黄河下游防洪产生一定影响.     

论小浪底水库拦沙和调水调沙运用中的下泄水沙控制指标

分析了黄河下游河槽水力形态与流量和含沙量的关系;黄河下游河槽输沙能力与河槽水力形态、泥沙沉速和来沙系数的关系.按照黄河下游各河段的河槽水力形态和输沙能力与流量、含沙量和泥沙沉速的关系,优化水库拦沙和调水调沙相结合的调度,组合形成黄河下游河槽长距离输沙减淤和不淤积的流量、含沙量和泥沙沉速的水沙过程,可以给出水库拦沙和调水调沙的水沙控制指标.     

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。     

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。     

分流对弯道水流紊动强度影响的试验研究

采用先进的三维超声波多普勒流速仪（ADV）对不同分流比情况下弯道水流紊动特性进行了系统的试验研究。根据试验数据,探讨了不同分流比工况下弯道水流的紊动机理,分析了其紊动特性,同时对紊动强度分布特点进行了比较。     

In the Central Committee of the Communist Party of the Soviet Union and the Council of Ministers of the USSR

Power Technology and Engineering -     

前置掺气坎坡度对阶梯溢洪道掺气水流影响的数值模拟

为研究复杂边界条件下气液两相界面的流动及混掺现象对工程建设的影响,结合某大型水电站的溢洪道,利用RNG k-ε模型对其进行三维流场模拟,采用有限体积法离散控制方程,并用GMRES算法进行压力求解,对前置掺气坎式阶梯溢洪道和传统阶梯溢洪道泄流壁面上的高速掺气水流进行数值模拟。结果表明:随着掺气坎坡度的增加,其掺气空腔及掺气浓度均有所增大,随着水流下泄掺气浓度沿程降低,达到一定距离后趋于稳定,掺气浓度值达到了减免空蚀破坏的要求;与传统阶梯溢洪道的模拟结果进行对比可知,增设前置掺气坎后,既可以增加前几级阶梯的掺气浓度使水流提前达到水气平衡,也没有降低阶梯式溢洪道的消能率,为解决传统阶梯溢洪道中出现的工程难题提供了一种新思路。