床沙级配调整对黄河下游洪水演进的影响

小浪底水库运行以来,进入黄河下游的水沙条件出现了较大变化,受水库清水下泄影响,黄河下游床沙粒径出现了明显的粗化。为了探讨床沙级配粗化对黄河下游洪水演进的影响,本文首先建立了适用于黄河下游的一维水沙耦合数学模型,然后采用花园口至孙口河段2020年4—10月的实测洪水过程对模型进行了验证;其次根据河段床沙粗化特点,并以花园口床沙粗化过程为代表,设计了4组床沙级配作为模拟计算的初始床沙条件;最后采用验证后的模型进行了模拟计算,分析了床沙级配调整对洪水演进的影响。结果表明：床沙级配调整对黄河下游的流量、水位、含沙量、洪水演进时间以及河段冲淤量均有影响,但是对流量影响较小,而水位、含沙量、洪水演进时间与河段冲淤量对床沙级配的改变响应较为敏感。床沙中值粒径d₅₀由0.076 mm(级配1)增至0.242mm(级配4)时,夹河滩断面水位增高0.89 m,花园口至孙口河段冲淤量由冲刷0.679亿m³转变为淤积0.059亿m³,冲刷量减幅为109%。研究结果可为新水沙情势下黄河下游河道治理提供借鉴与参考。     

变化环境下黄河下游治理模式对河床冲淤的影响

针对近年来入黄水沙量减小的形势,结合黄河下游滩区治理的新思路,利用一维水沙数学模型开展了长历时尺度的下游河道模拟研究。采用2013年汛前实测大断面作为初始地形,针对年均来沙3亿t、6亿t和8亿t三组水沙情景,分别模拟了现状宽河治理模式和防护堤窄河治理模式下下游河道未来50年的冲淤演变趋势,重点关注了累计冲淤量、沿程冲淤分布、滩槽冲淤分布和平滩流量等要素的变化趋势。结果表明:三种水沙情景下窄河模式整体均较宽河模式表现为减淤,其中在来沙3亿t的情景下,窄河治理模式的减淤效果在沿程各河段均有体现;在来沙6亿t和8亿t的情景下,窄河治理模式在游荡型和弯曲型河段有所减淤,但在过渡河段增淤,可导致驼峰淤积现象,河床冲淤规律相对复杂,对治理模式的影响需要进一步研究。     

基于洞庭湖水沙模型的荆南三河冲淤变化研究

荆南三河起于荆江河段,水沙情势受上游来水来沙条件影响较大,荆南三河冲淤变化研究有助于认识洞庭湖地区防洪形势和江湖关系的演变。本文构建了洞庭湖水沙数值模型,计算了三峡工程运行后荆南三河各河段的冲淤变化,并结合实测冲淤数据探究了影响荆南三河冲淤的因素。计算结果表明,三峡工程运行后荆南三河河道发生普遍冲刷,冲刷趋势短期内不会变化,但冲刷强度逐渐下降。三峡工程运行后,荆南三河口门分流量、分流比和分沙比均无明显趋势性变化,分沙量大幅度减小,清水下泄改变了荆南三河冲淤状态。此外,采砂对荆南三河冲淤也有重要影响。     

移动网格下黄河下游游荡段二维水沙数值模拟北大核心CSCD

本文针对游荡型河道水沙数值模拟中岸滩崩塌引起的网格移动问题,采用任意拉格朗日-欧拉方法,在正交贴体坐标系中建立了移动网格下的黄河下游游荡段平面二维非恒定水沙数学模型,同时为使移动网格情况下水沙运动控制方程满足几何守恒律,推导了正交贴体坐标系下网格运动项的计算公式,并采用基于弧长的超限插值法,提出了一种能追踪河岸边界变化的网格移动计算方法。最后采用黄河下游花园口至高村河段2013年实测水沙资料对模型进行验证,结果表明,本模型能较好地模拟出计算河段的水沙输移、滩槽冲淤分布和岸滩冲刷后退过程,所建模型可用于黄河下游游荡型河道水沙运动和滩槽演变模拟。     

不同量级洪水对黄河下游游荡段冲淤变化的影响

小浪底水库运用后,改变了进入黄河下游的水沙条件,引起了下游河道的再造床过程。以小浪底水库调控后的不同水沙过程为基础,研究这些不同水沙组合洪水在下游河道的演进过程及其对冲淤变化的影响,可为黄河下游“二级悬河”治理提供科学依据。文章首先介绍了模拟黄河下游游荡段实际断面形态下洪水演进的一维水沙耦合模型,并利用黄河下游1982年5—10月实测洪水资料对该模型进行了验证,计算所得流量过程、含沙量过程及沿程最高水位等均与实测值较为吻合;最后采用该模型计算了水沙总量相同条件下,不同量级洪水过程在下游游荡段的演进过程,分析了不同量级洪水对河床冲淤变化的影响。结果表明：不同水沙过程对下游游荡段冲淤变化有明显影响,洪峰流量为10000 m3/s及相应含沙量为60 kg/m3的水沙过程在下游游荡段淤积量最大,洪峰流量为4000 m3/s及相应含沙量为30 kg/m3的水沙过程在下游游荡段淤积量最小。从淤滩刷槽的综合效果看,洪峰流量为6000 m3/s及相应含沙量为40 kg/m3的洪水过程对于下游游荡段河床调整较为有利。     

黄河下游平滩河槽形态与水沙搭配之关系

概括总结了对黄河下游断面几何特征与水沙关系(断面河相关系)的研究现状,基于"记忆"效应提出了几何特征与前期水沙的公式,利用1969～1996年水沙资料以及1973～1996年花园口～利津河段统测断面资料进行了统计分析,建立了花园口～高村、高村～艾山、艾山～利津河段平滩几何特征与前期水沙参数的(沿程河相)关系,认为各河段断面平滩几何特征与前期(前4年)水沙搭配条件有关,前期冲淤对断面形态的影响可以通过水沙搭配来反映,边界条件对断面形态的影响可以通过水沙参数的指数来反映.     

基于水沙关系系数法确定黄河下游造床流量

在分析评价已有造床流量确定方法的基础上,指出了平滩流量法、输沙率法、输沙能力法、水沙综合频率法四种常见方法在计算黄河下游造床流量中的不足。引入水沙关系系数频率,提出了一种适用于黄河下游水沙变异特点的造床流量确定方法。采用新方法与传统四种方法对黄河下游造床流量进行了计算分析比较,结果表明在一般情况各方法均较接近;而在水沙变异期,水沙关系系数频率法显示出能正确反映造床特性、合理确定造床流量的特点,充分体现了中常流量在造床作用中的重要性。经比较认为,水沙关系系数频率法更具适用性与合理性,能为黄河下游河道管理提供科学的技术参数。     

中小流量下黄河下游游荡段河床调整规律

小浪底水库运用后,进入黄河下游河道的水沙情势发生显著变化,大流量洪水频率大幅减小,中小流量洪水作用凸显。为揭示黄河下游游荡段中小流量下的演变特征,本文开展了500、1000、1500和2000 m3/s流量级下黑岗口—夹河滩段的动床物理模型试验。结果表明,垂向上,研究河段河床冲刷与淤积沿程相间分布,具有典型的游荡性河段的冲淤交替特征;横向上,中小流量下游荡段仍存在横向摆动的可能,且随着流量增大,主流弯曲系数由1.18减小至1.13,河道逐渐由蜿蜒向顺直发展;纵向上,各流量下深泓线调整趋势与冲淤量变化规律基本一致。此外,本文着重分析了河道工程与桥下河段河床的时空调整过程并运用随机模型进行了模拟。通过分析发现：时间上,河道工程附近河床垂向调整速率早期较快,之后随时间快速非线性减缓;空间上,桥下河段累积冲刷深度沿程非线性减小,空间衰减特性显著。应用表明,随机模型对典型局部河段的时空调整预测效果较好,相关系数R2可达0.74以上。本文探讨了中小流量下黄河下游典型游荡段长河段与局部的冲淤演变特征,可为未来黄河下游典型游荡性河段的河道整治与保护提供科学依据。     

黄河下游水沙变化及河床纵横断面的演变

近年来，黄河下游来水来沙出现一些新的特点，水沙的变化必然影响下游河床纵剖面和横断面的调整变化。本文利用黄河下游1960-1997年的水沙资料和1977-2002年的断面资料统计分析了黄河下游水沙历年、汛期和脉动变化特点以及主槽平均河床高程和河相系数变化特点。分析表明：1）1986年以后，黄河下游水沙量和水沙脉动量显著减少，艾山以下河流非汛期时常出现断流现象；2）黄河下游纵剖面呈S型发展；3）黄河下游主槽断面面积减小。主槽明显萎缩。     

冲积河道冲淤临界流量的探讨

利用非饱和和输沙公式，首次提出了以悬移质为主的冲积河流中冲淤临界流量与水沙以及边界条件的一般关系。该关系表明，冲淤临界流量主要与含沙量成某一次方的比例关系，同时受水沙搭配关系以及边界条件的影响。     

黄河冲淤特性"相对清水冲刷、相对浑水淤积"

本文回顾总结了以往对黄河干支流河道冲淤特性的研究情况 ,利用所提出的冲淤临界流量与含沙量的关系与渭河下游、黄河下游进行了对比。以此为基础 ,勾画出了黄河干支流冲积河道“相对清水冲刷、相对浑水淤积”的物理图景 ,提出了多沙河流“相对清水冲刷、相对浑水淤积”的冲淤特性     

黄河干支流洪水冲刷初步研究

本文在高含沙洪水冲刷规律探讨的基础上,进一步对黄河干支流洪水冲刷河床的力学机理进行了分析,建立了非恒定水流冲刷深度与来水来沙与河道边界条件的关系,并用黄河干支流资料进行了讨论与验证,该公式为无量纳形式,考虑因素简单,计算方便,适用于所讨论区域的低含沙与高含沙洪水主槽的冲刷问题,可以估算供水时主槽的最大冲刷深度。     

特约文章：黄河水沙变化与治理方略研究

The key problem in the management of the Yellow River stems from its distinct characteristic, namely the insufficient runoff and excessive sediment loads lacking sufficient coordination, which causes complexity and difficulty in management. This paper examines the changes in runoff and sediment loads of this river and its characteristics of fluvial process in recent decades, based on a review of its management history. Then, we describe a strategic thinking of river management that would be effective in the existing water and sediment condition of the river to cope with its various new features, such as sharp decline in runoff and sediment loads, river channel shrinkage, intensified ‘secondary suspended river’, and increasingly prominent contradiction between floodplain reclamation and river harnessing. Our strategy in managing the Yellow River is to regulate its relation between water and sediment and improve the lower channel, under which several engineering measures should be adopted: construct a river regulation system for water and sediment control, reconstruct and maintain the primary channel with sufficient water and sediment transport capacity, lower the Tongguan elevation in the middle reach, improve the river channel in the lower reach, and stabilize the flow paths in the river mouth. The strategy and measures would provide a useful support for comprehensive management of the Yellow River.     

冲积河流河型的成因及分类与判别计算方法研究

本文建立的冲积河流河型成因的输沙平衡程度概念认为,不同冲积河流河型形成的根本原因在于其输沙平衡程度的不同。根据强平衡输沙概念,建立了冲积河流稳定程度公式。利用黄河、渭河和汉江部分资料进行的初步计算表明,根据河型成因的输沙平衡程度概念,基于冲积河流稳定程度公式,采用模糊聚类方法,可以建立一套完整的河型分类与判别的模糊聚类计算方法。     

黄河下游河道的输沙平衡关系及应用

Equilibrium sediment transport relations in terms of discharge and channel shape for the lower Yellow River were obtained by introducing the characteristics of sediment transport of the lower Yellow River into the general formulations of equilibrium sediment transport for two-phase heterogeneous flows. These relations can be used for analyzing the characteristics and trend of adjustments in longitudinal and transverse channel shapes of a channel reach in response to variations of flow and sediment load. The applicability of the equilibrium sediment transport relations was verified for adjustment of channel cross section based on the stage-discharge relation of a typical hyperconcentrated flood at the Jiahetan station in 1977, which indicates that the adjustment was not a permanent one.The proposed equilibrium sediment transport relations for the lower Yellow River are closely related to parameters of “equilibrium slope” and “hydraulic geometry” used in river training. Because of the adjustment of channel slope is related to cross-sectional shape, the cross-sectional parameter must be included in the “equilibrium slope”.The equilibrium sediment transport relations for the lower Yellow River provide a quick calculation method for various channel designs. This is very important for transport of sediment from the Yellow River to farmland using irrigation channels, deposition of sediment on floodplains using desilting channels, and reduction of sediment deposition in the lower Yellow River.     

特约文章：三峡水库下游河床冲刷与水位变化

为探析三峡水库下游河床冲淤与水沙输移之间的关系以及河床冲淤对洪枯水位的影响,采用三峡水库运用前后长江中下游水文泥沙和河道地形资料,分析归纳了主要水文站水沙变化、沿程河道冲淤分布和洪枯水位变化特征。研究表明：冲刷集中于枯水河槽既与洪水频次减少、中等流量持续时间加长有关,也与中等流量下河道冲刷率大、洪水流量下河道冲刷率小的特点有关;主冲刷带自上而下推移,目前仍位于荆江河段;粗沙（d > 0.125 mm）的年均输移量至监利基本可恢复至蓄水前的多年均值,城陵矶以下长河段冲刷主要是细颗粒冲刷导致;河道冲刷导致中枯水位明显下降,并在城陵矶以上沙质河段呈现加速下降趋势,但当流量大于平滩流量附近的临界值时,高水位变化不大,初步预估这种变化特点将在较长时期内保持。     

小浪底水库拦沙期黄河引水对河道泥沙输移影响机理探讨

影响河道泥沙输移效率的因素众多,如水沙协调性、泥沙组成、引水规模、河道形态等。引水对河道泥沙输移会造成增淤或减淤,其增减淤量随水沙条件、分流比、河道边界等因素而变化,本文从黄河泥沙输移规律出发,探讨了不同水沙和冲淤条件下,引水规模对黄河冲积性河道泥沙冲淤调整的影响,量化了增(减)淤判数与分流比、泥沙输移比之间的关系。成果对黄河引水方案的科学制定及引水工程的运行调度具有参考价值。