黄河下游河道高含沙水流的输沙能力分析

相同水流条件下，高含沙水流比低含沙水流具有更大的输沙能力，本文通过对高含沙水流颗粒组成下游河道具体条件的分析，得出下游道高含沙水流输沙能力关系式，用以阐明各种因素对河道输沙能力的影响，为今后小浪底水库运用及下游减淤措施的规划提供一定依据 。     

黄河下游节水减淤的高含沙水流输沙方式研究

黄河下游泥沙淤积的主要原因是河道输沙能力不足,目前着眼于发掘河道输沙能力的各种“调水调沙”减淤措施,包括通过河道输送高含沙水流入海的设想,排１ｔ泥沙用水量为４０￣１００ｍ＾３,浪费了大量的水资源,而减淤效果并不明显。本提出通过明渠高含沙水流将大量泥沙在进入下游河道之前自水库输送到两岸洼地及低滩,既可使下游减淤,又能使水沙得到充分利用。中分析了高含沙输沙明渠的不淤流速、水力坡降、断面尺寸等设计计     

黄河中游多沙粗沙区高含沙水流流变特性研究

在黄河中游多沙粗沙区25条支流大量实验资料的基础上进行了分析[研究，提出了不同河流形成高含沙水流的定量条件，并给出不同地区、不同河流流变参数的经验公式。     

高含沙水流运动特性综述

本文综述了高含沙水流的阻力特征，流速分布，紊动强度分布，能量分布等流动过程中所具有的特性，并和清水、低含沙水流作了对比分析，系统论述高，低含沙水流所共同具有的规律。     

黄河高含沙水流紊动状态下流变特性的探讨

利用潢河干支流河道的实测流速，含沙量资料，分析泥沙在高含沙紊动水流中的沉降速度，得到高含沙水流紊动态下的流变参数ιＢＴ，ηＴ与雷诺数Ｒｅｍ的关系，当Ｒｅｍ〈８００时，流变参数随着Ｒｅｍ的增大而增大；当Ｒｅｍ〉８００后，流变参数测随着Ｒｅｍ的增大而降低并渐趋稳定。     

多沙河流水流输沙能力的研究

河道中出现的高含沙量水流绝大部分属于非均质两相水流，和低含沙水流一样，同样存在水流挟沙力问题.但由于高含沙水流性质的改变，其挟沙能力关系式与低含沙水流存在着较大的差别.本文分析了国内应用最为广泛的水流挟沙力关系式所存在的一些问题，提出了以水流紊动支持泥沙悬移为基础的水流挟沙力公式，并通过水槽输沙试验得到了含沙量较高(S>40kg/m3)时的一种新型挟沙力公式.该公式通过黄河下游、洛惠渠等实测资料的验证，结果令人满意，可应用于计算不同河槽形态的河道输沙能力，水流阻力.     

黄河下游节水减淤的高含沙输沙方式商榷

本文回顾了近２０年有关利用高含沙水流解决黄河下游泥沙问题的研究过程，并节省输沙用水、人为产生高含沙水流、泥沙堆放地点等问题。认为通过小浪底水库对泥沙进行多年调节，产生有利的水沙组合，改进高村以上宽浅游荡河道为窄深河槽，再利用窄深河槽输送高含沙水流经的措施是解决黄河下游防洪、减淤问题的有效措施。     

黄河下游高含沙水流输沙的可能性与制约因素

鉴于黄河历史上曾出现过主槽冲刷状态下的高含沙洪水,考虑到高含沙洪水的强大输沙能力,围绕黄河下游的高含沙洪水泥沙输送能力开展了研究,并对一般挟沙水流和高含沙水流的临界含沙量进行了定量计算。结果表明:天然条件下可实现使河道处于冲刷状态的高含沙洪水,其水沙条件具有一定的特殊性,特别是经过河道沿程天然筛选后的级配与含沙量需满足一定的条件;长距离输沙时,持续的高含沙历时也是远距离传播的必要条件之一。     

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。     

黄河下游河道河槽形态与输沙特性研究

据多年实测大断面的资料统计,分析了各河段的河槽特性水面宽、宽深比B/h、单宽流量与流量的关系.高村以上游荡性河道随着流量的增加,宽深比B/h增加、单宽流量减小,为宽浅型河道;反之艾山以下为窄深型河流.在实测资料范围内,河段的输沙特性与河槽形态关系密切,宽浅型河道具有"多来多淤多排"的输沙特性,窄深型河流在洪水时具有"多来多排"输沙特性.河槽形态的沿程变化,使得洪水输沙能力没有因比降沿程变小而降低,而是通过河宽的沿程变小,流速增加,洪水的输沙能力沿程增强.其底沙的运动速度比洪水传播的慢是造成黄河下游河道长距离冲刷的根本原因.     

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。     

黄河高含沙水流的高效输沙特性形成机理(黄河下游河道存在巨大的输沙潜力)

利用黄河主要干支流渭河、北洛河、黄河下游及三门峡水库大量实测资料,结合高含沙水流流变特性分析得出:河道中的高含沙水流的阻力与低含沙水流相同,均可用曼宁公式进行阻力计算;由于黄河泥沙组成较细,d50=0.03~0.10mm,随着含沙量的增加颗粒的沉速大幅度降低,泥沙在垂线上分布变得更加均匀,当含沙量大于200kg/m3以后发生改变;从泥沙存在对水流结构,流速在垂线上的分布特性上分析,含沙量200kg/m3左右时输送最困难,并得到河道实测资料的证实。由于粘性的增大,粗颗粒泥沙在河道中也能顺利输送,洪水期实测含沙量可达800~900kg/m3,表现出高含沙水流的高效输沙特性;黄河下游艾山以下河段实测洪水的最大含沙量为200kg/m3,在流量2 000~3 000m3/s时,高含沙洪水均可顺利输送。利用河道输送高含沙水流入海的主要障碍是改造宽浅游荡河段为窄深稳定的河槽。     

黄河口潮流与泥沙输移过程的数值研究

黄河口的海洋动力输沙能力受径流、潮流和波浪等动力条件的影响,是个十分复杂的问题.本文利用MIKE21模型建立了渤海水域大模型和黄河口水域的小模型,大模型为小模型提供外海边界条件.利用渤海水域验潮站的分潮资料对大模型进行了验证,计算值与实测值符合良好.黄河口水域小模型计算研究了多个人海流路口外水域的潮流过程和潮流输沙能力,计算结果得到黄河口水域新、老口门附近存在三个高流速区,最大潮流速在1.7m/s左右,自渤海湾向莱洲湾的强大沿岸流输沙是黄河口潮流输沙的主要形式,分析计算口外泥沙净通量得到刁口河、原河道和现行清8流路、马新河、北汊流路和十八户流路口外水域向口门两侧10km外和外海的输沙量占利津沙量百分数分别为51.04%、39.27%、29.94%、17.75%、12.96%和7.22%,年均输往外海沙量分别为3.00亿t、2.18亿t、1.66亿t、0.99亿t、0.72亿t和0.40亿t.计算得到的清水沟原河道的潮流输沙能力与多年资料分析结果基本一致.     

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m³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。     

黄河下游河道巨大的输沙能力与平衡的趋向性——“黄河调水调沙的根据、效益和巨大潜力”之二

尽管黄河下游河道以堆积性著称,河底、水面不断抬高,但在长期水沙作用下,特别是河流的自动调整和反馈迅速,其平衡的趋向性也很明显。从上、下河段挟沙能力及典型资料看,当流量为1000~4000 m3/s时,上段(河南河段)挟沙能力与下段(山东河段)之比为1.049~0.915,即流量小于2000 m3/s时,上段挟沙能力大于下段;而当流量大于2500 m3/s时,下段挟沙能力则大于上段;流量为2300 m3/s时,上、下河段基本平衡。从多年平均过程看,如果不考虑高含沙洪水,不漫滩,流量沿程不变,下段输沙量为上段输沙量的1.01倍,也说明多年输沙量是平衡的。特别是从1960年9月至1996年10月的资料看,三门峡至利津河段淤积36.32亿t,其中20次高含沙量洪水淤积37.22亿t,若不计高含沙洪水,则全河冲刷0.90亿t,占来沙348亿t的0.26%。     

基于床面形态的泥沙输移模式及其在黄河下游的应用

冲积河流系统中,水流在不规则床面上产生的漩涡对泥沙悬浮效率影响很大.基于漩涡流的运动特征及床面形态控制数m,本文研究了水流阻力与床面形态运动之间的关系.同时,在Bagnold泥沙悬浮效率(η_(sl))概念的基础上,提出了床沙质输沙能力公式,对其中的η_(sl)C_*进行了深入研究,建立的η_(sl)C_*与1/m的关系,能够反映床面形态由低能态到高能态区的发展过程.研究提出的输沙公式,经黄河下游调水调沙试验等实测资料验证表明,计算结果与实测值特别是相对平衡条件下的实测值吻合较好.在输沙能力公式研究中引入反映床面形态控制参数是一种新的尝试,该方法在研究中显示出较大的发展潜力.     

黄河下游河道萎缩过程中输沙能力的调整

依据河床演变学原理,根据定位观测资料分析,结合河工动床模型试验,探讨了黄河下游河道萎缩过程中的输沙能力调整关系。研究表明:黄河下游河道主河槽的输沙能力调整趋势取决于河道的萎缩模式;主河槽水流挟沙力与河槽形态的关系仍然符合一般意义下的河床过程规律;河道萎缩后,河道的排沙比减小,但排沙比与河道萎缩模式无关;河道萎缩是可以逆转的。     

高浓度泥浆输送管道阻力及输送能力研究

选择典型堤防淤筑工程与典型管道泥浆输送施工设备，采用现场观测方法对泥浆管道输送能力进行了试验研究。根据实测管道压力、流量、含沙量等资料进行高含沙水流阻力分析，取得了受雷诺数、含沙量影响的管道泥浆阻力系数变化规律，给出了阻力系数与综合泥浆因子间相关关系。在此基础上进一步分析了影响管道输送能力的主要因素，研究了管道泥浆流量与保持泥沙不沉积的有效输送距离间的制约关系。根据实际工程中管径、泥沙含量与颗粒组成对流量的影响，提出了能全面反映管道阻力特性的综合排距(有效输送距离)概念，建立了泥浆管道特征流量与综合排距的关系式，可供泥浆管道设计与泥浆管道施工定额编制时参考使用。