黄河内蒙古段河道冲淤对水沙的响应

针对黄河内蒙古河段淤积严重、成因复杂的状况,通过沙量平衡法、考虑支流来沙,采用统计和相关分析法,分析河段淤积过程和关键影响因子。研究表明,1952年以来,内蒙古巴彦高勒到头道拐河段经历了累计淤积-相对平衡-累计淤积的过程,淤积总量14.2302亿m3,其中7-10月淤积量占全年的81.9%,三湖河口以下淤积量占83.3%。上段巴彦高勒-三湖河口河段冲淤变化的主要影响因素是来流的水沙组合和风沙入黄量,不淤的临界条件是来沙系数小于0.007kg·s/m6。下段三湖河口-头道拐河段淤积的主要影响因素是孔兑来沙,维持不淤的临界条件是综合来沙系数小于0.005kg·s/m6,孔兑来沙量小于0.1亿t。从全河段看,十大孔兑来沙对河床淤积的影响最大。     

黄河宁蒙河段洪水冲淤规律分析

分析了1973—2005年宁蒙河段汛期场次洪水的冲淤特性、冲淤效率与下河沿断面水沙量之间的关系。结果表明:当下河沿断面洪水平均含沙量大于7 kg/m3时,宁蒙河段以淤积为主;当下河沿断面洪水平均含沙量小于7 kg/m3时,宁蒙河段以冲刷为主,且流量为2 200～2 500 m3/s时冲刷效率最大,此时洪水总水量应大于25亿m3。     

2012年黄河上游洪水及河道冲淤演变分析

2012年黄河上游洪水具有洪峰流量大、持续时间长、洪水量大的特点,经过龙羊峡和刘家峡水库的调节,进入宁蒙河段的洪峰流量为2 710³ 520 m3/s,沿程总体呈减小趋势;内蒙古河段出现历史最高洪水位,在三湖河口到头道拐河段发生大范围漫滩。研究表明,经过洪水持续作用后,宁蒙河段平均河底高程下降,内蒙古河段1 000 m3/s同流量水位显著降低,三湖河口断面同水位过流能力增加约700 m3/s;巴彦高勒—三湖河口泥沙冲刷0.421亿t,三湖河口—头道拐为淤积,其中主槽冲刷约0.260亿t、滩地淤积约0.725亿t;大漫滩洪水时的淤积量以及非漫滩洪水的主槽冲刷量均与水量具有较好的相关关系。     

基于水库群联合调度和人工扰动的黄河调水调沙

为减少小浪底水库及下游河段的淤积，通过水库群的联合调度充分利用万家寨、三门峡、小浪底等干流水库汛前蓄水，在小浪底库区人工塑造异重流，加大小浪底水库的排沙量。同时辅以人工的泥沙扰动措施，调整了库尾段不利的淤积形态。利用进入下游河道水流富余的挟沙能力，在黄河下游“二级悬河”及主槽淤积最为严重的卡口河段实施河床泥沙扰动，减轻下游淤积并扩大下游河道的主槽过洪能力。试验取得了预期效果，小浪底库区淤积三角洲冲刷泥沙1.329亿m3，设计淤积平衡纵剖面以上淤积的3850万m3泥沙全部冲刷消除，小浪底库尾淤积形态得到合理调整；下游卡口河段扰起泥沙164.13万m3，扰沙河段的平滩流量增加了510～640m3/s；下游河道利津以上各河段均发生冲刷，小浪底～利津河段共冲刷0.665亿t。说明通过调水调沙塑造适当的水沙过程，可以遏制黄河下游河道形态恶化的趋势。     

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。     

黄河下游低含沙洪水的冲淤特性兼论艾山-利津河段不淤临界流量

黄河下游上、下河段河道形态迥异,同流量输沙能力上段大,下段小。观测表明一定流量的低含沙洪水,就全下游来说可以产生冲刷,但对下段(艾山以下)来说往往发生淤积。本文通过实际资料分析了下游河段的排沙比关系及不同来沙条件下泥沙冲淤强度等规律,并利用下游低含沙水流挟沙力关系,深入分析了艾山—利津河段不淤临界流量。结果表明这段河道不淤流量不仅与来水含沙量有关,还与河口段淤积延伸对艾山—利津段水面比降有顶托作用有关。     

黄河内蒙古河段洪水期冲淤临界条件分析

分析了黄河内蒙古巴彦高勒-三湖河口和三湖河口-头道拐河段洪水期冲淤变化与水沙组合因子的响应关系,结果表明,两河段洪水期单位水量冲淤量与来沙系数的相关关系最密切。上段1952-1968年、1969-1986年和1987-2012年三个时段其相关系数分别达到0.83、0.80和0.94,都有随着来沙系数增加单位水量淤积量增加的趋势,洪水期冲淤临界来沙系数分别为0.0040kg·s/m6、0.0046kg·s/m6和0.0063kg·s/m6;下段1952-1968年和1987-2012年两个时段其相关系数分别达到0.96和0.84,洪水期冲淤临界来沙系数分别为0.0055kg·s/m6和0.0050kg·s/m6。对于上段洪水期,当平均含沙量大于10kg/m3时,各级流量洪水都发生淤积;当平均含沙量小于7kg/m3时,各级流量洪水都发生冲刷。     

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。     

黄河高村以下河段河槽淤积成因分析

河槽是黄河下游排洪输沙的主要通道,而1986年后河槽严重淤积使下游致灾洪水量级大幅降低.基于:1965年-2007年实测资料和河流泥沙动力学理论,现对高村以下河段河槽淤积原因进行了分析,发现其河槽淤积几乎全部发生在非汛期;引黄灌溉和高含沙洪水分别是非汛期和汛期河槽淤积的主要原因,20世纪90年代后期断流加剧则使高村-艾山段淤积比例明显增大,因此,为实现减淤,一要严格控制平水期花园口流量不超过700～900 m3/s、杜绝断流,二要保障汛期大流量洪水,三要合理调控高含沙洪水.黄河孙口以上河段"上陡下缓",若遭遇"孙口以上各河段水面宽相差不大",必然出现"上冲下淤"现象;以往该情景主要发生在平水期,但因小浪底水库持续清水刷深河槽,目前此现象甚至发生在流量3 500～4 000 m3/s的洪水期,因此建议小浪底水库以"维持下游河槽微冲微淤"为原则尽早提高其排沙比.     

黄河上游干流各控制站水沙变化规律分析研究

选取黄河上游46个各类水文站资料,使用常用的时域分析法和频域分析法来处理数据。结果表明:①1952-1959时段来水量处在平水状态,宁蒙灌区引水量为统计时段最低水平;刘家峡以上河段输沙量也处在平均状态,兰州-青铜峡河段增加幅度最大,同时青铜峡以下河段的淤积强度也最大。1960-1968时段来水量为最大,输沙量为次大,仅低于前一时段。下河沿-青铜峡、石嘴山-巴颜高勒河段处在淤积状态,青铜峡-石嘴山河段及巴颜高勒以下河段处在冲刷状态。1969-1985时段来水量为次大,宁蒙河段输沙量大大少于前两个时段。1986-1993时段宁蒙河段来水量为次小,输沙量基本为最小水平。1994-2003时段主要产流区水量处在统计时段的最枯段,从源区到宁蒙河段,沿程水量偏少幅度基本一致。②黄河上游水沙序列年际发生根本转变的主要决定因素是上游降水量、引水量的增大及龙羊峡、刘家峡两座水库联合运用,将大量的汛期水量调节至非汛期,从而使汛期洪水流量大幅减小,其挟沙能力降低,从而造成汛期泥沙淤积在库区和河床中。而非汛期水量虽然明显增加,但挟沙水流并没有增大,从而使汛期淤积的泥沙没有得到冲刷。     

黄河下游高含沙水流基本特性与输沙能力

采用理论研究和实测资料分析方法对黄河下游高含沙水流的基本特性进行了系统分析,得出黄河下游高含沙水流多属于两相非均质流,与一般含沙水流具有相同的运动规律的结论。采用达西阻力公式形式,给出了适用于黄河下游高含沙水流的悬移运动阻力坡降及推移运动阻力坡降计算方法。黄河下游高含沙水流经常处于不平衡输沙状态,这种不平衡输沙条件下的河段排沙比大小不能反映平衡输沙条件下的河段输沙能力。因此,探讨了河段纵坡J、横断面参数M及泥沙粗细组成对输沙能力的影响,给出了以河道形态参数表达的河道输沙能力关系。分别以花园口河段和艾山河段为代表分析了黄河下游上、下河段输沙能力大小的沿程变化,发现相同流量下,上段河道输沙能力为下段河道的1.3~1.4倍。本文成果对研究黄河下游高含沙洪水处理对策及水库调水调沙运用的效果具有一定理论意义和实际价值。     

渭河下游河道输沙特性与形成窄深河槽的原因

通过实测资料分析得出：含沙量２００ｋｇ／ｍ＾３以上的洪水，河道排沙能力强，５００ｍ＾３／ｓ流量的排沙比可达１００％；含沙量１００－２００ｋｇ／ｍ＾３的洪水，８００－１０００ｍ＾３／ｓ流量的排沙比才能达到１００％，河槽排沙能力低，主槽淤积机会多，数量大，对河道不利；高含沙量小水，主槽淤积严重；高含沙量大洪水淤滩刷槽，形成窄深河槽。河岸抗冲稳定性较强，并经常出现高含沙量大洪水，是形成渭河下淤窄深河槽的     

黄河上游宁蒙河道冲淤变化分析

黄河上游来水沙地区分布不均匀，水沙异源。大型水库修库前，来沙多，宁蒙河道淤积，５０年代淤积尤为严重。青铜峡、刘家峡水库运用后，水库大量拦沙，宁蒙河道发生冲刷。龙羊峡，刘家峡水库联合运用后，汛期蓄水削峰，出库中小水流量历时加长，大流量出现机会大大减少，宁蒙河道重新调整，主要表现在；水流挟沙能力降低；河道淤积严重，水位升高，平滩流量减小；河势摆动加剧，滩岸坍塌严重；西柳沟高含沙洪水淤堵干流呈加重趋势。     

维持黄河下游主槽平滩流量4000m3／s所需水量

基于黄河下游历史实测资料,分析了流量、水量、含沙量和来沙量等主要因素与主槽形态的响应关系,通过对未来入黄泥沙形势、黄河下游洪水形势、黄河下游不同量级洪水的挟沙能力、不同量级及历时的洪水塑槽机理分析,阐述了小浪底水库运用后进入黄河下游的泥沙将主要在洪水期下泄的特点,以及未来下游来沙量8亿~9亿t情况下,黄河下游主槽不萎缩所需洪水条件,即维持下游主槽过流能力4000m3/s左右,对应的塑槽水量应维持在60亿~70亿m3。     

小浪底水库开发任务的库容要求分析

分析认为，小浪底水库逐步抬高汛期水位沙和调水调沙运用，库区为锥体淤积，由下而上、由低而高逐步淤积，比降变小，主汛期运用水位２５４ｍ，形成高滩槽形态，不影响三门峡坝下水位；支流拦沙库容充分淤积，拉沙库容约８０亿ｍ＾３，若水库一镒抬高水位或主汛期高水位蓄水拦沙，水库为三角和带状淤积，在淤积向坝前推进过程中，洲面淤２高，淤积上延，河床比降增大。为了不影响三门峡坝下水位，主沁期运用水位要降至２４０～２６０     

小浪底水库对下游河道的冲刷效果及趋势预测

对小浪底水库对黄河下游河道的冲刷效果及趋势进行了分析和预测,结果表明:①小浪底水库投入运用以来,通过水库拦沙和调水调沙,黄河下游冲刷效果明显,至2010年10月,黄河下游河道累计冲刷泥沙19.4亿t,2 000 m3/s同流量水位下降1.6 m左右,下游河道主槽最小过流能力由2002年汛初的不足1 800 m3/s提高至4 000 m3/s;②在小浪底水库主要拦沙期的2008—2020年,下游河道基本不淤积,2020年以后下游河道快速回淤,在2028年左右回淤量达到建库前水平,届时小浪底水库拦沙期恢复的4 000 m3/s左右的中水河槽将难以维持。建议尽早开工建设古贤水利枢纽,争取在2025年前后建成生效。     

辽河干流河道演变与维持河道稳定的输沙水量研究

在对辽河干流河道冲淤演变特性观测研究的基础上，对维持河道稳定的输沙水量进行了分析计算。研究成果表明，辽河河道输沙水量与来沙量大小成正比，上中游河段输沙水量为16.15亿m3，下游河段输沙水量为26.22亿m3，辽河干流下游河段多年平均输沙水量小于不淤(高效)输沙水量，说明现有的来水量不足以维持下游河道的冲淤平衡，要保证下游河道不发生持续性淤积，还需要采取其它措施增加输沙水量，以便维持下游河道的相对稳定。     

西线南水北调对黄河干流的减淤作用研究

南水北调西线工程通过向黄河河道内配置部分水量,进入黄河干流的水沙调控体系,经干流水库的联合调度,进行全河调水调沙,可塑造协调的水沙过程。由水量配置方案,利用建立的输沙关系推算相应的设计沙量,结果表明:按西线调水向河道内配置水量35亿m3,宁蒙河道、小北干流河道和黄河下游河道分别减淤为0.35亿、0.30亿t和0.27亿t。     

不同来源区洪水对黄河下游游荡河段河床横断面形态调整过程的影响

以黄河下游实测流量过程等水文资料为基础 ,从流域系统的角度出发 ,以洪水作为联系流域系统各子系统耦合关系的指标 ,揭示了不同来源区洪水对黄河下游游荡河段洪水前后河床横断面形态变化的不同影响及其原因。上少沙来源区洪水使河床形态变宽浅为主 ,变宽浅主要由于主槽淤积所造成 ;下少沙来源区洪水使河床宽深比以变窄深为主 ,主要由于主槽冲刷所造成 ;多沙粗沙来源区洪水造成河床宽深比减小 ,主要由于高含沙洪水淤滩刷槽所造成 ;多沙细沙来源区的洪水后宽深比变化不大 ,仅略减小 ,也存在淤滩刷槽的过程     

黄河下游输沙能力的表达——“黄河调水调沙的根据、效益和巨大潜力”之一

黄河下游输沙能力的表达,即不同河型的输沙能力公式.从公式可以看出,输沙能力的大小,除与泥沙粗细有关外,主要决定于坡降和河相系数.挟沙能力沿程调整的方式是:黄河下游上段游荡型河段坡降大,主要靠河相系数大来抵消;而下段弯曲型河段坡降小,主要由河相系数减少来补偿.