黄河干流泥沙空间优化配置研究(Ⅰ)———理论与模型

在分析1950年以来6个不同时期黄河空间泥沙分布状况及存在的主河槽淤积比例偏大、主河槽萎缩、河道输沙能力下降、排沙入海比例减少等问题的基础上,构建了黄河泥沙空间优化配置的总体框架,提出了泥沙优化配置的理论方法,确定了黄河泥沙配置的1个总目标、2个子目标、6个评价指标、7种配置方式和10个配置单元。研发了黄河泥沙空间优化配置数学模型,该模型由河道水沙动力学模型和泥沙多目标优化配置模型两个子模型构成。河道水沙动力学模型计算河道平滩流量、滩槽冲淤量和引水含沙量等,泥沙多目标优化配置模型由综合目标函数和配置约束条件构成。优化配置方案由两个子模型联合计算而得。本文介绍了优化配置模型的计算过程和采用的计算参数。     

河流最小可用能耗率原理和统计熵理论研究

河流是一个具有能量紊动粘性热耗散结构的开放系统 ,依照热力学熵差和统计熵定义了河流水力熵差和统计熵 ,根据耗散结构动平衡稳定的熵和能耗理论 ,建立明渠流和冲积河流的水力熵和统计熵理论 ,提出了明渠流和冲积河流稳定的最小可用能耗率原理和公式 ,该原理全面地反映了河道输水输沙的能耗特性 ,不仅在数学上完整地表达了冲积河流河床演变的基本原理———自动调整作用原理 ,而且还反映了床沙质和冲泻质的划分标准、高含沙水流和挟沙力等特性 ,并用该理论解释了冲积河流水沙运动和河床演变的各种现象。     

流域泥沙资源优化配置关键技术的探讨

本文探讨了流域泥沙资源系统与社会经济、生态环境和水资源系统的相互关系，以及泥沙资源配置的原则、任务和原理。通过系统研究泥沙资源量与水流搬运、生态环境和水资源之间的平衡需求关系，提出了区域承沙能力的概念；给出了流域泥沙资源优化配置的基本方程组。指出流域泥沙优化配置可表达为多目标函数条件极值的求解问题；泥沙资源配置机制包括泥沙运动规律、经济利益（市场经济）、社会环境效益和行政管理及相关政策等。给出了流域泥沙资源优化配置的理论框架，为系统研究流域泥沙资源优化配置奠定了理论基础。     

黄河下游造床流量的变化及其对河槽的影响

本文通过计算黄河下游的第一造床流量和第二造床流量，分析了黄河下游河槽的萎缩过程。第一造床流量与年水沙量的关系分析表明，黄河下游的深槽平浅滩流量700～1000m3/s是相对稳定的，恒定流的平衡输沙能力约为18～21kg/m3。通过小浪底水库拦粗排细年平均拦沙约3亿t，并在汛期强化调水调沙运用，基本可以控制黄河下游河槽的淤积萎缩。第二造床流量和平滩流量的关系分析表明黄河下游恢复和维持平滩流量约4000m3/s的中水河槽是比较合理的。根据小浪底水库调水调沙运用状况，提出了恢复和维持黄河下游稳定中水河槽的措施，并探讨了强化小浪底水库调水调沙运用的方案。     

流域水沙资源优化配置理论与模型及其在黄河下游的应用

本文在分析流域水沙资源利用现状、水沙灾害性及水沙优化配置必要性的基础上，构建了流域水沙资源联合多目标优化配置理论框架，它由河床演变均衡稳定理论和水沙资源联合多目标优化配置理论组成，进而建立了流域水沙资源优化配置数学模型，该模型包括河床演变均衡稳定模型和水沙资源多目标优化配置模型两个子模型。应用模型计算分析了黄河下游主河槽的均衡稳定断面尺寸和输水输沙优化的临界指标，提出了强化非恒定流调水调沙、调控含沙量60～100kg/m3之间的不利水沙条件等改善小浪底水库调度运用的措施，并进一步提出了黄河下游水沙资源多目标优化配置的模式, 应用模型计算分析了不同水沙条件的水沙资源优化配置方案,为黄河下游河道的科学治理提供了新的思路。     

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。     

流域水沙资源优化配置研究综述

水沙合理配置是影响河流健康的重要环境课题,正确认识水沙灾害和水沙利用的相互关系,开展流域水沙资源联合优化配置研究具有重要意义。本文系统地分析与总结了流域水沙资源联合优化配置研究的进展状况,包括局部流域的水土保持规划、水库水沙联合调度运用、灌区水沙输移分配和全流域范围的水沙资源优化配置理论与数学模型研究现状,探讨了目前流域水沙资源优化配置理论、模型、方案和评价中存在的问题,提出了未来流域水沙资源优化配置研究的发展方向。     

论维持黄河健康生命的关键技术与调控措施

随着流域来水来沙过程的大幅变化及人类活动的日趋剧烈,黄河发生了很大的变化,主要表现为：流域生态环境退化,水土流失严重,悬河加剧,功能性断流与水患并存,水质污染日益加剧。本文系统地分析了导致黄河健康恶化的因素,提出基于全流域综合调控的“临界控制论”,可作为维持黄河健康生命的理论基础,它包括黄河流域不同层次的临界指标体系和流域水沙资源优化配置的数学模型。构建黄河流域水沙调控体系是维持黄河健康生命的技术支撑,其主要功能是增水、减沙、调节水沙过程,按黄河现有的条件,下游河道塑造和维持中水河槽的平滩流量约为4000m^3／s左右。     

三峡水库运用对荆江三口分流及洞庭湖的影响

三峡水库运用后荆江河段冲刷观测数据说明其冲刷已呈减缓趋势,预计水库运用20多年时冲刷量接近9亿m3,之后冲刷发展缓慢。三峡水库运用后荆江河段小流量时水位有所下降,但下降速度减缓趋势明显,大流量时变化不大。小流量时水位下降幅度与荆江河段冲刷量相关性较好,并据此估算了未来枯水位变化。三峡水库运用至2010年,干流不同流量下三口分流能力尚未有明显变化,但三峡水库径流调节使三口实际分流量有所减小,年径流量减小约7%。三峡水库汛后蓄水期也降低了洞庭湖水位,使枯水期提前了1个月左右,未来金沙江梯级水电站运用后影响将更大。三峡水库运用后对荆江三口分流及洞庭湖的影响应加以重视,研究应对措施。     

水流挟沙力的统计理论计算方法及其应用

将水流挟沙力作为二维问题处理是水流挟沙力研究的重要方向,采用非均匀沙水流挟沙力的统计理论方法,根据泥沙状态概率和有效床沙级配,推导了悬移质挟沙力、推移质输沙率和推悬比统计理论公式,利用黄河下游水沙资料对公式进行验证,并与半经验悬移质挟沙力和推移质输沙率公式进行计算对比验算。计算结果表明,采用统计理论公式计算中、低含沙水流非均匀沙悬移质挟沙力较为准确,统计理论方法计算的推悬比较为稳定,黄河下游底悬比在0.06~0.11之间变化,可以采用统计理论方法的推悬比公式计算黄河下游的漏测底沙量。