黄河泥沙资源利用的长远效应

黄河多沙给两岸人民带来了严重的洪水灾害,因此黄河的治理措施多基于泥沙的灾害性。随着经济社会发展对黄河水资源的需求日益增加,加之黄土高原地区特殊的地理地貌特征等因素,未来黄河仍将是一条少水多沙河流。经过长期的治黄实践,人们逐渐认识到黄河泥沙的资源属性,其在黄河防洪安全、放淤改土与生态重建、河口造陆及湿地水生态维持、建筑材料等方面具有巨大的利用潜力。研究发现,黄河下游的河道淤积泥沙主要来自少数几场高含沙洪水;水库在拦截黄河泥沙的同时,也对泥沙级配进行了自动分选,为泥沙分类利用创造了条件。利用水库拦减高含沙洪水,不仅可减少下游河道淤积和滩区淹没损失,还为泥沙资源的集中利用创造了前提条件,具有巨大的社会和经济效益;同时,树立充分发挥水库的拦沙作用与泥沙资源集中利用有机结合的新理念,不仅能使水库持续发挥其拦沙减淤效益,也将更彰显黄河泥沙资源集中利用的长远效应。为此,必须从政策和管理层面建立良性运行机制,加强舆论宣传,吸引社会资金和广大群众主动参与黄河泥沙资源利用工作,实现黄河的长治久安。  

考虑滩地横比降漫滩水流二维流速解析解研究

黄河下游河道滩地横比降较大,大洪水时漫滩行洪,滩槽水沙交换剧烈,考虑滩地横比降的影响既符合实际又具有较强的理论意义。漫滩水流流速是研究河流横断面形态调整的重要水力参数,目前对其二维解析解的研究均未考虑滩地横比降的影响。在前人研究基础上,推导出考虑滩地横比降影响的漫滩水流运动方程,拟合无因次横向涡黏性系数计算公式,求解滩地垂线平均流速横向分布的解析解,并利用实测资料进行验证。验证结果表明该解析解可以用来计算滩地垂线平均流速横向分布。  

有效流量研究及应用现状

有效流量概念由Wolman与Miller于1960年提出,其后国外研究人员对这一概念进行了完善,成为塑造或维持河道基本形态和有效输沙的关键调控指标,并被拓展至河流生态系统研究中,广泛应用于欧洲、美洲、亚洲等众多国家的河流管理.我国目前在河流治理中仍采用平滩流量、造床流量、输沙流量等指标,这些指标及相关计算成果的不统一给工程实践带来了极大不便.总结国外对有效流量概念研究的主要进展、计算方法以及在水沙调控、生态调度等方面的应用效果,分析了将这一概念应用于黄河水资源管理的可行性.  

引黄淤灌效益与灌区泥沙资源化模式研究

黄河下游引黄灌区灌溉存在的问题有工程配套设施落后、泥沙清淤困难、影响防洪除涝、占压耕地、堆沙区周边土地沙化等.引黄淤灌的效益主要体现在淤灌增收、围堤放淤、优化粮食品质、加固黄河大堤、开发建筑材料等方面.目前,引黄灌区泥沙资源化利用已经具备了技术基础和条件,灌区泥沙资源化模式可概括为"拦、沉、放"三方面.  

沙漠矿物组成与生态修复的互馈关系研究

以乌兰布和沙漠和库布齐沙漠为研究区域，在流动沙丘、半固定沙丘和固定沙丘分别采集表层（0~20 cm）、中层（20~40 cm）和底层（40~60 cm）沙样，分析了沙漠不同深度沙样的粒径组成、矿物成分、风化程度及三者之间的关系。针对不同植被覆盖区域进行采样，研究了沙漠生态修复与风化程度、黏性矿物含量之间的关系，揭示了沙漠矿物风化程度与生态修复的互馈关系。结果表明：沙漠表层沙样粒径小于中层和底层沙样，黏性矿物含量高于中层和底层；风化程度越高，黏性矿物含量越高，粒径组成越细。植被盖度与矿物风化程度和黏性矿物含量之间具有良好的关系，植被盖度由4%增加至18%~22%时，黏性矿物含量和风化程度增加速率较快，之后增加速率减小。矿物风化程度随生态修复的时间逐渐增加，对库布齐沙漠来说，随着植被盖度和风化程度增加，黏性矿物中伊利石含量显著增加。  

黄河下游重塑黏性土抗冲特性试验

黄河下游河床存在典型的分层结构, 不同部位对水流抗冲性不同, 抗冲性极强的/ 胶泥层0 对河势演变具有重 大影响。通过对黄河下游花园口附近黏性土进行取样, 开展了黄河下游河岸黏性土起动冲刷的水槽试验。分析了 起动切应力随干密度的变化情况, 建立了干密度、含水率与淤积历时的关系, 拟合了黏性土侵蚀系数与起动切应力 的关系式, 结果表明: 黏性土起动切应力随干密度的增大而增大, 两者呈幂函数关系; 当淤积历时较短时, 黏性土干 密度( 含水率) 随淤积历时的增大而增大( 减小) , 两者呈对数函数( 指数函数) 关系; 黏性土侵蚀系数随起动切应力的 增大而减小, 两者呈幂函数关系; 同时研究发现, 黏性土起动切应力与黏粒含量相关, 相同干密度条件下, 黏粒含量 越高起动切应力越大; 黏性土侵蚀系数与该土体的黏粒含量、土体结构相关, 黏粒含量越高侵蚀系数越小, 相应的其 抗冲性越强。  

黄河下游宽滩区重大洪涝灾害情景下的物理暴露量分析

分析黄河下游宽滩区面对重大洪涝灾害情景的物理暴露性可为黄河下游防洪减灾决策提供科学依据。基于情景分析方法和ArcGIS空间分析技术,构建黄河下游宽滩区洪涝灾害数据库,以1958年7月和1977年8月两场历史洪水为情景,结合滩区不同运用方案,分析不同洪水情景下滩区的淹没面积,从人口、GDP、粮食产量、固定资产等方面评估区域承灾体的物理暴露量,得到如下结果:①1958年7月洪水情景下基准方案的淹没面积为1 272.40 km~2。有堤无闸运用方案滩区淹没面积远小于基准方案,在有堤有闸运用方案下,8 000 m~3/s和10 000 m~3/s流量下,淹没面积几乎无变化。1977年8月洪水情景下有堤无闸运用方案滩区几乎没有洪水淹没,有堤有闸运用方案的淹没面积比1958年7月洪水情景下的要小。②如果这两种洪水情景发生在2010年,1958年7月洪水情景下人口暴露量为166.45万人,GDP暴露量为100.26亿元。1977年8月洪水情景下人口暴露量为133.67万人,GDP暴露量为63.82亿元。总体来看,基准方案的暴露量大于有堤有闸方案,然后是分区运用方案,有堤无闸方案最小。这说明在保护滩区方面,有堤无闸的效果要好于有堤有闸方案、分区运用方案和基准方案。  

流域系统科学初探

随着人类社会对河流乃至流域影响广度、深度和强度的不断增加，对流域系统内部不同要素之间的互馈关系和博弈关系研究的不断拓展和深入，以致流域系统治理及其战略研究已经超过传统学科的范畴，亟需建立新的学科支撑体系。本文基于近十年的探索研究，提出了流域系统科学的概念，并对其研究对象、科学内涵、科学问题、研究方法及研究前景进行了全面阐释。流域系统科学以物质、能量、信息、价值流动过程为纽带，以行洪输沙-生态环境-社会经济三大子系统组成的流域复杂巨系统为研究对象，其基础研究需求包括各子系统内部演化过程与机理、各子系统间相互作用关系与协同演化机制、流域系统协调发展策略与战略布局3个层面。流域系统科学以传统学科为基础支撑，基于系统理论和方法探索制约流域治理保护和区域社会经济高质量发展的协同博弈关系，通过全流域系统观测网络和大数据平台建设，构建流域系统治理集成研讨厅，为流域系统治理保护与管理的战略研究提供科学的理论方法体系。  

黄河下游宽滩区滞洪沉沙功能与减灾效应二维评价模型及其应用

黄河下游宽滩区既是大洪水行洪滞洪沉沙的通道，又是滩区群众赖以生存和发展的家园，如何合理运用宽滩区是长期备受关注和争议的话题。本文在水沙统筹、空间统筹和时间统筹原则的指导下，建立了黄河下游宽滩区滞洪沉沙功能与减灾效应二维评价指标体系，构建了基于Pareto最优解的黄河下游宽滩区滞洪沉沙功能与减灾效应二维评价模型，利用1958、1982、1992和1996年4场洪水实测资料，对该模型的合理性进行了验证。应用上述模型对黄河下游宽滩区不同运用方式的12组二维数学模型计算方案进行了评价，结果表明，洪水量级对减灾效应影响显著；相同洪水条件下设防护堤并控制闸门运用（有闸）或分区运用（5滩、10滩）方案能在滞洪沉沙功能和减灾效应之间取得更好的平衡，可作为未来滩区优化运用的决策参考。  

滩区自然-经济-社会协同的可持续发展模式

黄河下游滩区既是行洪、滞洪、沉沙场所，又是滩区民众生产生活的家园。多年来滩区行洪输沙的自然功能，与社会经济发展的社会服务功能协同发展问题一直是黄河下游滩区治理关注的焦点。本文在分析黄河下游宽滩区滞洪沉沙和社会经济发展的基础上，以自然-经济-社会协调发展为目标，构建适用于黄河滩区的系统动力学模型，针对黄河下游滩区最近10年间的社会经济数据进行仿真模拟研究。基于不同来水状态下的治理方案，分析不同量级洪水对滩区经济社会系统发展产生的影响，发现构建8000 m³/s防护堤方案对于稳定提高滩区农业收入水平具有重要作用，并提出新形势下滩区可持续发展的优化治理模式。