基于洪水过程的黄河下游游荡型河段冲淤特性研究

为了把握洪水泥沙过程对黄河下游游荡型河段河床冲淤调整的影响,通过平面二维水沙数值模拟与实测资料分析,进行了不同水沙过程下黄河下游河道冲淤规律的探讨。研究发现不同洪水泥沙过程对河槽的调整塑造有明显不同的影响,大洪峰流量塑造的河槽在非洪峰期难以维持原有输沙强度。主槽累积刷槽效应与洪水泥沙过程有很好的响应关系,塑造出最适宜河床断面形态的洪水过程才能实现最佳输沙效率。在不同量级漫滩洪水条件中,对应洪峰6 000m3/s的洪水过程,塑造的断面形态具有最大累积刷槽效应,故可采用其作为黄河下游漫滩洪水的调控指标。     

黄河下游高含沙洪水河床演变模式及异常现象探讨

高含沙洪水强烈快速的造床作用是造成水位，流量异常的根本原因，在嫩滩淤积，高滩深槽塑造时期，过水断面面积大幅度减小，使水位陡涨，水位偏高，造成洪水漫滩，而当高滩深槽发展到一定程度后，高含沙水流使主槽发生强烈冲刷，水位陡落，并进而使前期漫滩水流迅速回归主槽，当水位陡落发生在洪峰顶附近时，即可造成最大洪峰流量沿程增大的异常现象。     

黄河下游漫滩高含沙洪水淤滩刷槽效果研究

采用定性和定量分析相结合的手段,分析了黄河下游漫滩高含沙洪水淤滩刷槽的效果。结果表明:黄河下游漫滩高含沙洪水淤积主要集中在高村以上河段,高村以下河段淤积量仅占全下游淤积量的3.2%;从同流量水位以及横断面的调整变化来看,高村以上河段的淤积主要集中在滩地,而主槽大多表现为冲刷;从滩槽淤积量分配来看,发生漫滩高含沙洪水年份整个汛期利津以上河段主槽淤积量占全断面淤积量的47.7%,而漫滩高含沙洪水期间主槽淤积量仅占全断面淤积量的10.3%。     

淤滩与刷槽之间有必然的联系

实测资料与动床摸型试验均表明，在洪水过程中淤滩与刷槽虽然同时发生，但它们之间并没有必然的联系。在多沙河流上洪水漫滩必然会造成滩地淤积，并在滩唇形成自然堤，阻断滩槽水流交换；主槽的冲刷发生在涨水期，在落水期不管含沙量大小，河床均处于淤积状态。漫滩后的清水在滩地上流动缓慢，远远小于主槽水流的运动速度，因此漫滩水往往在落水期才能汇入主槽，且只能起到减少主槽淤积的作用，无法改变由于洪水的非恒定性形成的落水期河床必然淤积的状态。实测资料表明，含沙量100～200kg／m^3的不漫滩洪水在涨水期仍可造成主槽的强烈冲刷。     

淤滩与刷槽之间没有必然的联系

实测资料与动床摸型试验均表明,在洪水过程中淤滩与刷槽虽然同时发生,但它们之间并没有必然的联系。在多沙河流上洪水漫滩必然会造成滩地淤积,并在滩唇形成自然堤,阻断滩槽水流交换;主槽的冲刷发生在涨水期,在落水期不管含沙量大小,河床均处于淤积状态。漫滩后的清水在滩地上流动缓慢,远远小于主槽水流的运动速度,因此漫滩水往往在落水期才能汇入主槽,且只能起到减少主槽淤积的作用,无法改变由于洪水的非恒定性形成的落水期河床必然淤积的状态。实测资料表明,含沙量100~200 kg/m3的不漫滩洪水在涨水期仍可造成主槽的强烈冲刷。     

黄河下游漫滩洪水淤滩刷槽及淹没风险研究

黄河下游漫滩洪水具有较强的塑槽作用,同时存在较大的淹没风险。通过实测资料分析、实体模型试验和数学模型计算,对黄河下游大漫滩洪水淤滩刷槽作用及淹没风险进行了初步探讨。研究表明:对于漫滩系数大于1.5的实测大漫滩洪水,主槽冲刷量一般是滩地淤积量的0.35~0.80倍。在漫滩系数小于2.5时,主槽冲刷量增加不明显,但滩区淹没面积及淹没损失增加显著;在漫滩系数大于2.5时主槽冲刷量明显增大,其滩地淹没面积达到最大,淹没损失增加缓慢。     

黄河高村河段漫滩洪水特性分析

1前言由于黄河下游已连续多年未发生较大洪水,河床在逐年淤积抬高,主槽变得更加宽浅,造成河道行洪能力降低。高村水文站是黄河进入山东的第一个重要控制站,测验河段位于黄河下游游荡河段的末端,两岸堤距5km,属宽浅河道。断面形态由二级悬河发展为由主槽、滩唇至生产堤间、生产堤至左岸大堤三部分组成的复式断面。河道的变化带来了洪水特性的变化,黄河“96.8”洪水表现出的高水位、小流量漫滩成为该河段漫滩洪水的新特点,漫滩过程更趋复杂。2002年7月“人造洪峰”(以下简称“02.7”洪水)再次得到了充分体现。本文根据“76.8”、“82.8”、“9…     

黄河下游漫滩洪水的淤滩刷槽作用

淤滩刷槽是指多沙河流发生漫滩洪水时出现的滩地淤积、主槽冲刷(或少淤)的现象,为多沙河流的主要特征之一。以黄河下游河道为对象,利用实测洪水资料,对漫滩洪水的滩槽水沙交换、主槽断面形态改善及其对滩槽冲淤的影响进行了研究。滩槽水沙交换及其引起的主槽断面形态改善是造成漫滩洪水淤滩刷槽的主要原因。淤滩刷槽可减少河道的总淤积量,并可改善河道的横断面形态。当漫滩洪水来沙系数小于0.012 kg·s/m~6及洪水漫滩系数大于1.5时,淤滩刷槽作用明显。为减少主槽及河道的淤积,其可作为漫滩洪水调度的调控指标。     

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。     

黄河下游洪峰流量对断面塑造作用的试验研究

根据泥沙动床模型试验结果,探讨了黄河下游不同洪水洪峰流量下断面的冲淤及形态响应、洪峰含沙量对河槽塑造过程中水流运动、泥沙冲淤、主槽形态及过流输沙能力影响等问题,研究结果表明,断面响应与洪峰流量大小、历时、来沙系数及初始断面形态有关,大漫滩与一般漫滩洪峰流量对断面塑造特性有明显的不同,弯顶断面和顺直断面具有不同的冲淤特性,研究得到大漫滩、一般漫滩及不漫滩洪峰流量下断面的响应模式,建立了典型断面形态参数对一般漫滩及不漫滩洪峰流量下水量、来沙系数参数响应的经验关系式.     

游荡型河段双岸整治对黄河下游河道的影响分析

针对游荡型河段主流宽浅散乱、河床极不稳定的特点，在黄河花园口一夹河滩河段两岸布置了对口丁坝整治工程。利用黄河下游水动力学泥沙数学模型，采用小浪底水库15a设计水沙系列，对黄河下游各河段的冲淤、典型断面的平滩流量变化进行了计算，分析了对艾山以下窄河段带来的影响，并与现状工程方案进行了比较，结论认为：①花园口-夹河滩河段布设双岸整治工程比现状工程条件下，15a间铁谢-利津河段多冲刷泥沙2．33亿t，冲刷量主要分布在花园口-高村段；②双岸整治工程方案和现状工程方案相比较，高村以下河段各站平滩流量减小，但和2002年汛前相比，山东河道仍具有较强的过洪能力；③在游荡型河段进行双岸整治工程布置，可以减少小浪底排沙期间河道的淤积，提高河南河段的输沙能力，而对山东河段的影响不是太明显。     

小浪底水库拦沙初期黄河下游冲淤效果分析

根据实测资料分析了1999年11月～2007年10月小浪底水库拦沙初期黄河下游河道冲淤变化情况,结果表明:①小浪底水库运用8年来,累计冲刷量为10.549亿m3,其中汛期冲刷量占全年冲刷量的69%,花园口洪峰流量大于2 000 m3/s的洪水冲刷量占总冲刷量的38%,6次调水调沙冲刷量占总冲刷量的20%;②下游河道冲刷量具有两头大、中间小的特征,冲刷强度沿程逐渐减弱,高村以上河段的断面形态调整为展宽和下切同时进行,高村以下河段以下切为主;③下游河床明显粗化,主槽过流能力明显增加;④平滩流量基本为3 650-5 800 m3/s,部分河段仍小于4 000 m3/s的低限标准.     

黄河小北干流和渭河揭河底冲刷现象分析

黄河1964～1977年六次揭河底冲刷洪水来源,除1970年8月一次洪水来源为府谷吴堡区间的孤山川、窟野河、秃尾河、佳芦河粗沙区暴雨洪水外,其它五次均为吴堡龙门区间的暴雨洪水。渭河1964～1992年七次揭河底冲刷洪水均为泾河的高含沙量洪水,主要来自马连河、蒲河和红河。黄河、渭河的揭河底冲刷的共同点是高含沙量大洪水,长河段的自上而下的沿程主河槽冲刷。黄河小北干流主河槽宽浅,单宽输沙率小,冲刷河段短,均未超过潼关;渭河主河槽窄,单宽输沙率大,冲刷河段长,1966年、1977年均发展到潼关和与溯源冲刷交会,导致潼关1000m3/s水位降低1.0～2.3m。     

基于洪水涨冲落淤特性分析游荡性河道双岸整治对冲淤的影响

基于黄河下游及主要干支流、美国密苏里河和密西西比河的实测资料,分析了低含沙洪水和高含沙洪水的输沙与冲淤特性。研究表明,河道沿程比降虽然变缓,但河宽变窄,流速沿程增加,是造成冲积河流保持洪水输沙平衡的边界条件。底沙的运动比洪水波传播得慢,是造成洪水在河道中长距离冲刷的根本原因,而与河道的比降陡缓关系不大。河道输沙特性呈现"多来多排",是形成河床沿程冲刷的水流动力条件。通过黄河下游河道双岸整治,河道形成窄深、归顺、稳定的河槽,使洪水造床和输沙作用增强,从而对河道冲刷作用增加。     

黄河下游河道大断面平滩流量推算新方法

为尽可能准确地计算黄河下游各河段尤其是瓶颈河段的平滩流量,推求了河道大断面平滩流量计算的新方法。结论认为：①用曼宁公式等方法计算诸如黄河下游河道这样的河流大断面的平滩流量会带来很大的偏差;②用相对水位流量关系来反映断面与绝对高程无关的水位流量关系,认为相对水位流量关系沿程是逐渐变化的;③提出了在汛期利用经过分析取舍后的出水高度资料计算平滩流量的实时校正的方法,但这种方法计算的平滩流量多数情况下偏于保守;④新方法的计算结果很大程度上依赖于观测资料的精度和可靠性,因此,在利用实测资料之前需要对其进行具体分析。     

渭河和黄河下游河道冲淤特性研究

对渭河下游和黄河下游河道冲淤特性的研究情况进行了回顾,利用渭河下游和黄河下游实测资料对从非平衡输沙理论推导出的冲淤临界流量与含沙量关系进行了验证和对比。以此为基础,对河床冲淤特性做出了新的解释,即“相对大水冲刷、相对小水淤积”。按照来水来沙指标流量与含沙量的对比关系,将河床冲淤分成相对大水冲刷区、相对小水淤积区2个大区,或分为清水冲刷区（绝对大水冲刷区）、相对大水冲刷区、相对大小水冲淤临界区、相对小水淤积区、绝对小水淤积区5个小区。     

黄河宁蒙河段冲淤演变特点及趋势分析

通过分析黄河宁蒙河段冲淤演变及河槽过洪能力变化,进一步认识宁蒙河段冲淤演变规律,并根据下河沿水文站设计水沙条件,估算宁蒙河段2020年、2030年的冲淤变化趋势。分析表明:近期宁蒙河段输沙能力降低,巴彦高勒、三湖河口、昭君坟断面平滩流量呈减小趋势,河道淤积加重,支流淤堵干流情况加重。根据下河沿设计水沙条件推算头道拐水沙量以及区间引沙量,采用沙量平衡法,考虑区间支流来沙、区间风沙入黄情况,预估下河沿～头道拐冲淤量,2020年水平,宁蒙河段年均淤积0.78亿t;2030年水平,宁蒙河段年均淤积0.80亿t。     

维持黄河下游河槽排洪输沙能力方案分析

利用黄河下游水动力学泥沙冲淤数学模型,采用3个20年设计水沙系列对河段的冲淤及平滩流量的变化进行了计算与分析,结果表明:①各水沙系列的前10年,下游各河段均处于沿程冲刷状态,而后10年各河段则出现了淤积;②只有系列2能维持整个下游河道的平滩流量在4000 m3/s以上;③各系列前10年塑造河槽阶段的水沙过程均比较合理,基本实现了平滩流量稳定增大的目的,后10年河道平滩流量则出现了不同程度的减小;④应尽量控制小浪底出库含沙量不超过200 kg/m3且细泥沙比重在75%以上。     

黄河下游不同流量级洪水冲淤特性的计算与分析

运用黄河下游水文学冲淤计算模型,对2002年和2009年小浪底水库调水调沙试验方案进行了计算,计算结果与实测值吻合较好。以2002年调水调沙总水量为控制指标,选取2002年地形(长期淤积)和2009年地形(长期冲刷)为边界条件,以清水下泄和来沙系数为0.01 kg.s/m6两类洪水,按照不漫滩、平滩和小漫滩三种方案,计算了黄河下游河道在不同边界条件下的滩槽冲淤量,以及各河段平滩流量的变化特征,对比分析了两类洪水在不同方案下的滩槽冲淤效果。对于清水冲刷,当以下游河道的最大平滩流量控制小浪底水库下泄流量时,全下游的冲刷效益最大。对于来沙系数为0.01kg.s/m6的高含沙水流,流量级越大,全下游的主槽冲刷量和平滩流量增幅越大,但淹没损失也较大。需要通过进一步研究,得到使全下游冲刷效益和淹没损失达到最优化的流量,作为小浪底水库的调控下泄流量。     

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。