黄河下游第二造床流量研究——“黄河下游调水调沙的根据、效益和巨大潜力”之四

首先分析了水流塑造横剖面的机理,指出冲积河道洪水期间的冲刷是塑造横剖面的关键因素,并用长江荆江段观音寺水文站与监利水文站洪水期横断面变化资料予以说明,进而提出了第二造床流量的概念,即塑造河道横剖面的代表流量.利用两种挟沙能力公式,分别计算了黄河下游4个水文站历年的第二造床流量,两者结果差别很小.平滩流量是第二造床流量的滞后表现,在径流量处于减少的趋势下,平滩流量滞后于第二造床流量,故后者要小于前者.资料分析表明:最大5 d平均流量与第二造床流量关系密切,后者主要取决于洪峰,5～10 d调水调沙期间的平均流量就是第二造床流量.平滩流量与第二造床流量的差别,往往通过冲淤来表现;由第二造床流量和冲淤量推算的平滩流量与实际平滩流量也很相近.     

黄河下游河道巨大的输沙能力与平衡的趋向性——“黄河调水调沙的根据、效益和巨大潜力”之二

尽管黄河下游河道以堆积性著称,河底、水面不断抬高,但在长期水沙作用下,特别是河流的自动调整和反馈迅速,其平衡的趋向性也很明显。从上、下河段挟沙能力及典型资料看,当流量为1000~4000 m3/s时,上段(河南河段)挟沙能力与下段(山东河段)之比为1.049~0.915,即流量小于2000 m3/s时,上段挟沙能力大于下段;而当流量大于2500 m3/s时,下段挟沙能力则大于上段;流量为2300 m3/s时,上、下河段基本平衡。从多年平均过程看,如果不考虑高含沙洪水,不漫滩,流量沿程不变,下段输沙量为上段输沙量的1.01倍,也说明多年输沙量是平衡的。特别是从1960年9月至1996年10月的资料看,三门峡至利津河段淤积36.32亿t,其中20次高含沙量洪水淤积37.22亿t,若不计高含沙洪水,则全河冲刷0.90亿t,占来沙348亿t的0.26%。     

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.     

黄河调水调沙的效益——"黄河调水调沙的根据、效益和巨大潜力"之八

2002-2006年黄河调水调沙的效益主要表现在：①加大了入海泥沙,使下游含沙量加大73.3%,达到了三门峡水库初期运用冲刷的水平。②冲刷降低了洪水水位。下游河道总冲刷量13.23亿t,仅及三门峡水库初期运用冲刷量的57.2%,而3000 m^3/s水位降低在高村以上相近,在艾山以下小浪底运用的水位降低明显好于三门峡初期运用的。特别是利津,前者水位下降1.00 m,后者抬高0.01 m。③进入下游河道流量在2500 m^3/s以上,保证了全河冲刷;同时尽可能避免了中、小流量,未出现山东河段的回淤,从而使全河造床流量均匀加大。④不仅消除了小浪底工程论证和初设阶段对＂冲黄河、淤山东＂的担心,而且使山东河段冲刷比例增加。较之三门峡水库运用初期艾山至利津的冲刷量及冲刷比例,均有明显增加。当然,调水调沙的最根本效益,是利用水动力普遍扩大了主槽,使平滩流量增加1800-2000m^3/s,改善了近900 km的河道,流量在1800-4000 m^3/s时洪水不上滩,产生了巨大的防洪效益,这在世界治河史上是没有的。     

黄河下游河道造床流量的计算方法

本文对已有造床流量的研究现状进行了评述和论证,在此基础上,提出了适用于确定黄河下游河道造床流量的修正途径,并对黄河下游河道造床流量进行了分析,所得结果可供河道整治工程规划设计时参考使用。     

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。     

黄河下游河道平滩流量与造床流量的变化过程研究

采用黄河下游各水文站1950-2003年实测资料,系统分析了过去50多年间黄河下游平滩流量和造床流量的变化过程及其与花园口来水量的响应关系,分析表明在过去50多年间黄河下游平滩流量和造床流量总体上呈逐渐减小的趋势,其数值随花园口来水量的丰枯而变化,花园口来水量大,造床流量就大,造床能力就强,塑造的主河槽的平滩流量也大。文中给出了平滩流量与造床流量的响应关系,通过造床流量和平滩流量的比较,指出黄河下游造床流量小于平滩流量,过去50多年间水流塑造河床的能力小于主河槽当时的过流能力,黄河下游主河槽萎缩是河道演变响应来水变化的必然结果。研究结果进一步表明,通过小浪底水库调整进入下游的来水过程,增大河道的造床流量,进而增大河道的过洪能力是治理河道萎缩的重要措施之一。     

黄河调水调沙的巨大潜力——"黄河调水调沙的根据、效益和巨大潜力"之九

黄河调水调沙在防洪治河、减淤方面已发挥了很大作用,仍有巨大潜力：①塑造洪峰加大输沙能力,特别是扩大河槽;如果水量稍多,还有适当扩充的余地。②减少中小流量,避免冲刷后的回淤及“冲河南、淤山东”,但800—2000m’／s尚有减少的空间。③保证必要的平滩流量,不能单靠冲刷,要维持一定的洪峰;蓄水量稍丰时,适当扩大平滩流量是有可能的。④尽管黄河下游河道有多来多排及多淤的特性,但平衡输沙才是输沙能力最大的。当然,全部都按平衡输沙是不可能的,如何安排,是值得具体研究的。     

小浪底水库淤积与下游河道冲刷的关系—“黄河调水调沙的根据、效益和巨大潜力”之六

从理论上证明紧靠水库下游河道的排沙比与水库排沙比有密切关系,并且几乎是单值的函数.利用三门峡水库20年运行资料,建立了其排沙比与下游河道排沙比的关系.同时用小浪底水库初期运用7年资料进行了检验,证明是符合实际的,进而给出了在不同来沙条件下,小浪底水库各种淤积情况时下游河道排沙比、冲刷数量、减淤比及减淤时间.下游河道排沙比与水库排沙比关系表明,河道冲刷量与减淤量均存在极大值,这表明该关系表达机理的深刻.显然这个关系对调水调沙是很重要的,可以立刻作出有效的选择.     

黄河上游宁蒙河段造床流量分析

本文介绍了黄河宁蒙河段河道特征及其冲淤情况,阐述了造床流量的基本概念及其计算方法,利用宁蒙河段沿程几个水文站的实测资料分析计算了各断面的造床流量,初步分析了用造床流量冲刷宁蒙河道的可能性,研究宁蒙河段造床流量对于利用水库调节水沙过程塑造合理河床形态,进行河道防治具有一定的理论意义和应用价值。     

黄河各冲积性河道输沙能力分析

利用实测资料,从泥沙组成、主槽流速、河道比降、断面形态等方面对宁蒙河道、小北干流河道、黄河下游河道、渭河下游河道的输沙能力进行了分析。结果表明:宁蒙河道比降最小、流速低、泥沙颗粒较粗、沉降速度大,是河道输沙能力小于其他冲积性河道的重要原因;北干流河段比降大、流速大但是泥沙颗粒较粗,特别是宽浅的断面形态直接影响着河道的输沙能力;下游河道尽管河道宽浅,但是泥沙颗粒较细,特别是大流量以及高流速决定了河道的输沙能力较大;渭河下游泥沙颗粒最细,沉降速度最小,窄深的断面形态决定了该河道具有极强的输沙能力。     

不同使用方式下刁口河流路泄洪排沙能力研究

在拟订清水沟流路和刁口河流路不同使用方式及其水沙调配方案的基础上,利用黄河河口相关数学模型,对刁口河流路的泄洪排沙能力进行了计算。结果表明:当利津站流量≤4 000 m~3/s时黄河来水全部走清水沟流路,当利津站流量4 000 m~3/s时启用刁口河流路分流、最大过流为3 000 m~3/s的方案为最佳水沙调配方案。该方案在设计水沙系列条件下,刁口河流路水位升高速率、河道延伸长度均为最低,总淤积量也处于较低水平,能够有效减轻河口防洪压力。     

射流清淤对提高潼关河段输沙能力的作用

根据水流输沙机理及潼关河段射流清淤的野外试验资料,分析了影响潼关河段输沙能力的因素及射流船的射流冲刷效果,并初步计算了射流清淤对提高输沙能力的作用。研究认为,潼关河段的射流清淤,一方面通过射流装置冲起大量泥沙,提高了水流的含沙量,另一方面改善了清淤河段的河槽形态,使之趋于窄深,从而提高了河道输沙能力。初步结果表明,射流清淤使河道增加的输沙量是射流冲起泥沙量的1．6倍左右。     

坡面雨滴溅蚀坡长及坡面流输沙能力的探讨

通过对坡面雨滴溅蚀过程的分析，提出了雨滴溅蚀有效坡段的概念．在坡面流近似为运动波的条件下，利用Govindaraju．et．al．提出的坡面流分离变量形式，导出了坡面流的微分基本方程及其近似解．最后利用有效坡段和坡面流近似解，讨论了B．T．Guy坡面流输沙能力公式的应用范围．本文的研究，对了解坡面流输沙能力qs（x，t）的变化规律有重要意义．     

黄河口海洋动力输沙能力与流路安排研究

从不同时间尺度分析了黄河入海口的海洋动力输沙能力,阐述了黄河入海流路选择与海洋动力输沙能力的关系。结果表明:黄河口海洋动力输沙能力与流路安排紧密相关,黄河河口海洋动力输沙能力应从宏观、中观、微观三重特性上去把握,三者是相互对立统一的辩证关系。在黄河下游改道入海口选择时,应考虑渤海或黄海的近岸输沙能力;进行黄河三角洲的流路规划时,应分析各流路多年平均海洋输沙量;在确定清水沟流路组合方案时,应分析海洋动力的微观输沙能力。     

多沙河流横断面调整及其对排洪和输沙能力的影响

多沙河流输沙能力的变化，突出地表现为河槽横断面的调整。黄河下游高含沙洪水过后，使游荡型河段河槽宽深比大幅度减少，从而提高了同流量的输沙能力，但因此使排洪能力大幅度下降。频繁出现的高含沙洪水异常高水位证明，断面缩窄比前期河床淤高对洪水位的影响更大。为了解决排洪与输沙的矛盾，建议排江与输沙分道，即尽可能地将高含沙水流徙用干流水库拦蓄，再用明渠向两岸高浓度输沙放淤，而河道只输送低含沙水流入海。     

拓石水文站泥沙停测分析

通过收集拓石水文站2003~2015年共13年非汛期泥沙单样含沙量资料,在满足规范要求的前提下,运用水文现象变化的自然规律,进行拓石水文站非汛期泥沙停测分析,经分析本站非汛期泥沙测验符合规范规定的泥沙测验停测标准,分析成果在实际工作运用,达到简便测验方法、减轻职工工作量,提高工作效率目的。     

泥沙颗粒相对隐蔽度理论分析及其应用

泥沙颗粒相对隐蔽度对泥沙的起动、输移等研究均有重要意义。简要阐述了作者近年来在相对隐蔽度理论分析及其应用方面的部分成果,包括：基于不同维度的相对隐蔽度及隐蔽度的分布规律;基于隐蔽度分析的底坡、岸坡及床面上泥沙起动流速;基于隐蔽度分析的宽级配非均匀沙起动特性 Shields 带状曲线成因分析以及基于隐蔽度分析的泥沙颗粒水下内摩擦角试验等相关研究,最后对泥沙颗粒相对隐蔽度的实验研究提出了展望。