黄河下游高效输沙洪水研究

在进行以输沙入海为目的黄河小浪底水库调水调沙方案的制定时,必须同时考虑两个目标,即(1)提高洪水输沙效率,减少河道淤积;(2)节省输沙用水,降低水资源消耗.同时满足输沙效率较高和输沙用水较省这两项要求的洪水可称为高效输沙洪水.以黄河下游1950-1985年间历次洪水的实测资料为基础,运用统计方法,研究了黄河下游的高效输沙洪水.研究表明,输沙效率随输沙用水的增大而增大,只有某种中等的输沙用水量与中等的输沙效率的组合,才可能是较优或最优的.高效输沙的排沙比可以取为0.85～1.00之间.基于1950-1985年资料进行了研究,结果表明,黄河下游流量在2 600～4 800m~3/s之间,含沙量在30～50kg/m~3之间,排沙比在0.85～1.00之间的洪水,可以作为高效输沙洪水.若考虑排沙比＞0.85,这样的洪水在1950-1985年间的274次洪水中出现过27次.     

黄河下游洪水冲淤特性及高效输沙研究

以黄河下游实测洪水资料为基础,对洪水冲淤特性及高效输沙过程进行了分析。结果表明:①洪水平均流量大于2 000 m3/s后,排沙比的大小主要取决于洪水平均含沙量的大小;②输沙水量与排沙比的关系因含沙量的不同而分带分布,同一含沙量级洪水的输沙水量随着排沙比的增大而减小,当排沙比达到一定程度后,随着排沙比的增大,输沙水量不再明显减小;③可以用平均流量为3 200 m3/s、平均含沙量为65 kg/m3的水沙搭配来代表黄河下游高效输沙洪水过程。     

黄河中游水库群联合调控塑造高效输沙洪水探讨

基于三门峡水库、小浪底水库实测资料与数学模型计算成果,对黄河中游水库群水沙联合调度塑造高含沙水流进行研究,重点探讨了古贤水库建成运用后的影响,得出以下主要结论:(1)利用古贤水库提供可调水量冲刷三门峡水库并与小浪底水库错峰,可塑造小浪底水库最长历时的排沙过程,此方案下小浪底水库出库含沙量在50 kg/m~3以上的天数约为20 d,双库联合运用较单库运用含沙量大于50 kg/m~3的天数增加7 d;(2)利用古贤水库提供可调水量冲刷三门峡水库并与小浪底水库沙峰对接,可塑造小浪底水库最大出库含沙量,此方案下小浪底水库最大出库含沙量在400 kg/m~3以上,日均含沙量在200 kg/m~3以上的天数约为3 d,冲刷量增加1.8亿t。合理运用黄河中游水库群进行联合调水调沙,可有效塑造高效输沙洪水过程,并达到减少水库泥沙淤积的目的。     

黄河下游中常洪水调控指标

从塑槽径流条件、水流动床阻力、河道整治、滩区及防洪等方面,论证了未来黄河下游主槽目标过流能力采用4 000m3/s左右的合理性,提出了黄河下游发生明显淤滩刷槽的临界流量。同时,根据不同量级洪水河道的冲淤特点,提出了小浪底水库控制下游流量、含沙量指标。即在目标主槽过流能力条件下,控制漫滩洪水流量不低于6 000m3/s,含沙量不大于250-300kg/m3;小漫滩洪水和非漫滩洪水,尽量按流量2 300-4 000m3/s、含沙量20-50kg/m3的水沙搭配控制,避免出现4 000-6 000m3/s8、00-2 300m3/s两个量级的洪水过程。     

黄河下游河道输沙水量的计算方法及应用

本文在以往输沙水量研究成果的基础上，从输沙机理分析着手，根据河道输水输沙实际过程，剖析径流量中各部分水量在泥沙输移中的作用，引入净水量的概念，提出了输沙水量和单位输沙水量的定义及其计算方法，根据1950～2000年黄河下游河道实测水沙资料，计算了1950～2000年三门峡水库运用不同时期黄河下游河道输沙水量与单位输沙水量的变化过程，分析了输沙水量和单位输沙水量与径流量、输沙量、流量、含沙量、冲淤量、来沙系数等因素的关系，得到了黄河下游河道输沙水量与单位输沙水量的计算公式。     

黄河下游高含沙洪水河床形态及调控指标

利用水库调控高含沙洪水是维持黄河下游主槽不萎缩的重要途径。基于黄河下游实测高含沙洪水冲淤特性的分析,按流量大小对高含沙洪水进行了分类,提出了黄河下游高含沙洪水的分类调控思路及相应的调控指标。大漫滩高含沙洪水,在满足黄河下游防洪要求的前提下,控制洪峰流量大于1.5倍的平滩流量,来沙系数在0.012~0.04 kg·s/m~6范围内。一般高含沙洪水,控制黄河下游洪水流量接近平滩流量,并尽可能控制来沙系数在临界值附近。高含沙小洪水,控制黄河下游洪水流量在2 500 m~3/s以下,洪水沙量小于2亿t。高含沙洪水经过分类调控后,可较大限度地利用滩地淤沙、主槽输沙能力排沙及花园口以上较大的主槽库容滞沙,维持或提高黄河下游主槽过流能力。     

黄河下游河道冲淤平衡时输沙水量变化规律研究

根据1950～2000年黄河下游河道汛期实测径流量和输沙量资料,计算得到了花园口-高村和艾山-利津河段处于冲淤平衡状态时的输沙量、输沙水量与单位输沙水量,并分析了三者之间的关系.研究表明:河段处于冲淤平衡状态时,输沙水量随着输沙量的增大而增大,单位输沙水量随着输沙量、输沙水量的增大而减小,输沙效率增大;随着河槽形态趋于窄深,一定输沙量所需输沙水量减小,单位输沙水量减小,输沙效率提高.     

黄河下游漫滩洪水调控模式研究

针对漫滩洪水特性提出了改善黄河下游“二级悬河”的方案,应用动床模型试验对改善方案进行了模拟研究。结果显示：控制漫滩可以有效的减缓“二级悬河”的发展,加大主槽累计冲刷量,减小滩区淹没面积及改善河道横比降。如果黄河下游遭遇大漫滩洪水,可以在控制漫滩条件下排放最大洪峰流量不超过10 000 m3/s的过程洪水。     

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。     

塑造黄河下游高效输沙的断面形态

利用实体模型试验,研究了不同水沙过程中桑庄险工-孙口断面河道形态的变化,探求了对于维持黄河下游河槽排洪输沙基本功能有利的水沙过程。试验表明：①与初始断面相比,各方案断面形态均向刷深、展宽的方向变化,洪峰流量为2600～4000m^3／s时,断面刷深比较显著,河相系数较小,洪峰流量超过4000m^3／s时断面持续刷深效果则不明显,河相系数也相应增大;②随着流量增大,断面面积逐渐增大,而增幅却逐渐减小,与初始断面相比,各方案河相系数总体上有所减小。     

黄河下游河道输沙沿程调整变化模拟

黄河下游河道输沙具有多来多排多淤的特点,一般采用考虑上站来水含沙量的输沙率经验公式描述。通过比较输沙率经验公式与不平衡输沙理论方程之间的区别与联系,从理论上对经验公式的指数变化规律进行了研究,并构建提出了一种变幂指数的泥沙输移模型。基于所建立的泥沙输移变幂指数模型,结合黄河下游河道沿程实测水沙资料,重点对花园口—高村(游荡型)、艾山—利津(弯曲型)段输沙沿程调整变化情况进行了模拟计算。结果表明,计算值与实测值基本一致,确定系数均大于0.97。     

用泥沙输移公式推求黄河下游河道输沙水量

根据输沙水量的概念和黄河下游河道泥沙输移规律,分析了输沙水量与泥沙输移之间的关系,进而推求了黄河下游河道输沙水量实用公式,计算了下游河道输沙水量,分析了冲淤平衡状态时下游河道单位输沙水量与输沙量的关系.分析表明,推导出的输沙水量实用公式可用于估算下游河道年输沙水量.     

黄河下游河道整治与平衡输沙

提高河道输沙能力的基本途径是减少河床的阻力损失,且有与流量相适应的河湾曲率半径、窄深河槽和平整连续的护湾工程,以及各河湾之间流势的衔接配合,这将有利于稳定主槽和平衡输沙.比降是影响输沙能力的重要因素,黄河高村以下河道特别是艾山以下河道比降大幅度减小,必须相应缩窄河宽,才能达到与上游河段输沙能力一致.修建潜水丁坝,可减轻艾山以下小比降河段在非汛期的淤积.黄河水流的挟沙能力不仅与水力因素和泥沙粒径有关,而且随含沙量的增大而增大,具有多值关系和隐函数特性.     

黄河下游最小输沙用水总量的初步估算

黄河下游河道的输沙能力是冲积河流随来水来沙自动调整的结果。黄河下游输沙用水总量是黄河下游河道这种自动调整水沙关系的宏观表现。作者通过对1949-1953年黄河下游主要水文站实例资料的分析，找到黄河下游最小输沙水量，据此估算了黄河下游在小浪底水库投入运行后20年内的最小输沙用水总量。     

长江上游高洪水期泥沙输移特性

长江上游高洪水期(汛期)泥沙输移特性是决定三峡库区泥沙淤积的关键因素,直接关乎三峡水库使用寿命及综合效益的发挥。借助干、支流长系列水沙资料,分析了长江三峡水库入库寸滩站高洪水期泥沙输移特性,结果表明:近40 a来,寸滩站场次洪水中7 d洪量未出现趋势性变化,而7 d沙量显著减少,高洪水期输沙经历了“涨水输沙占优—涨、落水基本持平—落水输沙占优”的变化过程。2013年以前,寸滩站高洪水期径流及泥沙均主要来自于金沙江,而向家坝、溪洛渡水电站陆续投运后,2013—2019年寸滩站洪水场次(洪峰流量30 000 m³/s以上)共计14场。从径流来源来看,仅4场主要来自于金沙江,其余9场主要来自于嘉陵江,1场来自岷江;从泥沙来源来看,9场主要来自于嘉陵江,其余5场分别来自于沱江、岷江、横江,金沙江已不是寸滩站高洪水期过程中泥沙的主要来源区。研究成果可为三峡水库沙峰排沙调度、库尾减淤调度提供理论支撑,为长江泥沙治理提供保障。     

渠化黄河下游河道与其对防洪输沙影响探讨

依据 5 0年代以来的黄河洪水灾害事例和实测水文数据的变化趋势 ,揭示了黄河洪水正在向着“小水大灾 ,防不胜防”的不利局面发展的现实。进而依据其发生、发展的成因要素和客观事实 ,论证了渠化黄河下游河道对防洪输沙的正面影响和对社会经济、生态环境的综合效益 ,从而确立了渠化河道的重要性和必要性。     

黄河下游不同含沙量洪水对河道冲淤的影响

通过对黄河下游洪水进行分类对比，系统地分析了各类洪水水沙特性、冲淤规律，着重强调了1986年以来水泥冲淤特性。研究了不同含沙量级洪水对河道冲淤的影响作用。研究表明，一般洪水对冲淤影响最大的因素是含沙量，高含沙洪水是来沙量，低含沙洪水的来水量。