边界条件对荆江监利河段枯水河槽形态调整的影响

受三峡工程运用及洞庭湖出流顶托的影响,荆江监利河段的进口水沙过程及其出口侵蚀基准面发生改变,河床调整剧烈,枯水(5 000 m~3/s流量)期河槽形态发生变化,对航道条件产生了一定影响。基于监利河段实测水沙及断面地形资料,首先通过一维水动力学模型计算了该河段2002～2017年各固定断面的枯水河槽形态参数(枯水河槽面积、宽度、水深及宽深比),其次采用河段平均方法计算了监利河段尺度的枯水河槽特征值,最后建立了以上特征参数与上下游边界条件之间的综合关系。结果表明:(1)受大规模护岸及护滩工程控制,近期监利河段枯水河床调整以水深变化为主,2002～2017年河段尺度的水深累计增加了0.49 m,相应宽深比减小了8%,河床趋于窄深,航道条件整体改善;(2)在部分过渡段与急弯段(如大马洲及七弓岭河段),边滩冲刷剧烈,断面趋于宽浅,航道条件恶化;(3)枯水河槽形态调整受上下游边界条件的共同控制,其中河段枯水河槽水深、面积及宽深比与前5 a汛期平均水流冲刷强度(上边界条件)以及上下游水位差(下边界条件)密切相关。定量分析了在上下游边界条件共同作用下,近期监利河段枯水河槽调整过程及其对航道条件的影响,建立的经验公式可用于预测该河段枯水河槽形态的变化过程,研究成果有助于定量评估监利河段的航道条件。     

小浪底水库对下游游荡河段河床形态与过流能力的影响

小浪底水库蓄水拦沙以来,进入黄河下游的泥沙大幅度减少,引起了下游河道的再造床过程。以黄河下游游荡河段1986-2015年实测大断面资料为基础,从河床冲刷量、平滩河槽形态、平滩流量等方面分析了小浪底水库运行前后黄河下游游荡河段的河床调整过程及过流能力变化,并还原了无小浪底水库时的平滩河槽形态参数及平滩流量。研究结果表明:小浪底水库运行后,黄河下游河道持续冲刷,累计冲刷量为18. 6亿m³,其中游荡河段所占比重达到72%。典型断面及河段尺度的平滩河槽形态调整明显,平滩河宽与水深增加,河相系数逐年递减,横断面形态总体向窄深方向发展。主槽过流能力明显增加,河段平滩流量都有不同程度增加,游荡河段内三个分河段的增幅分别为3 381 m³/s、4 450 m³/s及4 590 m³/s。还原了无小浪底水库条件下2015年汛后游荡河段的平滩面积及平滩流量计算值,分别为有小浪底水库时的64%和80%。     

黄河下游河道横断面的若干特点

探讨了黄河下游不同河段断面水力几何形态及断面形态特征参数之间的相互关系与变化特点,认为:①游荡型河段河宽随流量的增大而增大,但水深与流量之间没有相关关系,河相系数也随流量的增大而增大,面积的增加主要是通过河宽的增加来实现的,面积与水深之间没有相关关系,而平均水深随河宽的增加具有减小的趋势;②蜿蜒型河段在水流达到满槽河宽之前,断面几何形态和断面特征参数的变化与游荡型河段相似,在水流达到满槽河宽之后,断面几何形态和断面特征参数的变化与游荡型河段的断面极为不同;③过渡型河段断面特征参数的变化既具有游荡型河段的断面特征,又具有弯曲型河段的断面特征,但在1965~1974年的集中整治后,变为弯曲型河段的断面参数变化特征;④研究黄河下游河道输沙及河床演变时,必须注意到不同河段断面形态的显著区别,特别是蜿蜒型河段的断面形态在满槽河宽前后的显著区别。     

黄河下游游荡性河道治理方向探讨—兼论河槽形态与河型

本文首先指出:黄河下游生产堤的存在不是产生二级悬河的主要原因,治理宽浅游荡河段的方向是塑造窄深河槽.不同河段的对比分析表明,宽浅河流总是顺直的,而只有窄深河槽的河段才能形成弯曲性河流.本文对不同的来水来沙条件下黄河下游游荡性河段的河槽形态变化进行了较为全面的分析研究,发现高含沙洪水能塑造窄深河槽,游荡性河段较陡的比降是造成河槽不稳定的因素,在天然来水来沙条件下,河床调整呈恶性循环,只有特殊的水沙组合才能对其进行改造.因此,主要由高含沙洪水输送泥沙,塌滩的低含沙洪水很少发生的北洛河模式可称最优.     

黄河下游游荡性可道治理方向探讨——兼论河槽形态与河型

本文首先指出：黄河下游生产堤的存在不是产生二级悬河的主要原因，治理宽浅游荡河段的方向是塑造窄深河槽。不同河段的对比分析表明，宽浅河流总是顺直的，而只有窄深河槽的河段才能形成弯曲性河流。本文对不同的来水沙条件下黄河下游游荡性河段的河槽形态变化进行了较为全面的分析研究，发现高含沙洪水能塑造窄深河槽，游荡性河段较陡的比降是造成河槽不稳定的因素，在天然来水来沙条件下，河床调整吴恶性循环，只有特殊的水沙组合才能对其进行改造。因此，主要由高含沙洪水输送泥沙，塌滩的低含沙洪水很少发和的北洛河模式可称最优。     

黄河下游河道河槽形态与输沙特性研究

据多年实测大断面的资料统计,分析了各河段的河槽特性水面宽、宽深比B/h、单宽流量与流量的关系.高村以上游荡性河道随着流量的增加,宽深比B/h增加、单宽流量减小,为宽浅型河道;反之艾山以下为窄深型河流.在实测资料范围内,河段的输沙特性与河槽形态关系密切,宽浅型河道具有"多来多淤多排"的输沙特性,窄深型河流在洪水时具有"多来多排"输沙特性.河槽形态的沿程变化,使得洪水输沙能力没有因比降沿程变小而降低,而是通过河宽的沿程变小,流速增加,洪水的输沙能力沿程增强.其底沙的运动速度比洪水传播的慢是造成黄河下游河道长距离冲刷的根本原因.     

黄河下游河道断面形态参数变化与主河槽萎缩趋势分析

采用时间序列分析法对黄河下游河道断面形态参数变化趋势及其变异点进行了分析。结果表明从20世纪50年代以来,特别是90年代以来黄河下游花园口站、高村站、艾山站和利津站断面形态参数发生了趋势性变化,主河槽变化的最显著特征就是断面平滩流量下降,相应的平滩面积、平滩河宽、平均水深、最大水深均出现不同程度的减小,平滩宽深比增大。变异点分析表明黄河下游河道主河槽总体上在1970—1975年开始萎缩,1990年以后进入严重萎缩期。     

黄河下游河道河槽形态与输沙特性研究

根据多年实测大断面统计资料,分析了黄河下游各河段的水面宽、宽深比B/h、单宽流量与流量的关系。结果表明:高村以上游荡型河道随着流量的增加,宽深比B/h增加、单宽流量减小,为宽浅型河道;艾山以下情况与高村以上相反,为窄深型河道。在实测资料范围内,河段的输沙特性与河槽形态关系密切,宽浅型河道具有"多来多淤多排"的输沙特性,窄深型河道在洪水时具有"多来多排"的输沙特性。河槽形态的沿程变化,使得洪水输沙能力没有因比降沿程变小而降低,而是随河宽的沿程变小,洪水的输沙能力沿程增强。河道底沙的运动速度比洪水传播慢,这是造成黄河下游河道长距离冲刷的根本原因。     

水沙变异条件下黄河下游河道横断面形态特征研究

通过对黄河下游各水文站1950～2003年实测资料的分析，探讨了过去50多年间黄河下游河道横断面形态变化过程及其与来水量的响应关系。分析得出，过去50多年间，黄河下游河道主河槽发生了明显的淤积萎缩，游荡性河段的萎缩程度大于弯曲性河段，平滩面积呈明显减小的趋势，宽深比有增大的趋势，但各河段河型没有发生转化；平滩面积随年来水量和当年最大洪峰流量的增加而增大，宽深比随来沙系数的增加而增大。由黄河下游排沙比与来水来沙的关系分析表明，黄河下游花园口～利津河段不淤积的花园口临界年均来沙系数约为0.012，临界年平均流量约为1850m3/s。综合分析认为，在目前下游河道来水偏枯的条件下，下游河道的平滩流量不宜也不可能太大，从维持中水河槽和满足流域经济社会发展需要考虑，在花园口年来水量为200～250亿m3时，花园口控制洪峰流量在4000m3/s左右、年均来沙系数不大于0.012的来水来沙过程比较合适。     

高含沙洪水后黄河下游游荡段宽深比变化规律

黄河下游汛期往往会发生含沙量超过300 kg/m3的高含沙洪水,使下游河床形态发生显著调整,研究高含沙洪水后游荡段平滩宽深比变化规律对充分认识下游河床演变特点具有重要意义。选取1970—1999年中13个高含沙洪水年份,以游荡段28个实测断面地形资料为基础,计算了各年汛前及汛后的平滩河槽形态参数,分别从断面及河段尺度分析了高含沙洪水作用下河床形态的调整特点,探讨了汛期水沙条件、汛前河床形态等因素对游荡段平滩宽深比变化的影响。结果表明:汛后宽深比与花园口断面平均输沙率及汛前宽深比关系密切,可用幂函数表示;用2002年及2004年游荡段实测资料验证该幂函数关系式,计算值与实测值吻合较好。     

黄河下游河道断面形态参数变化与主河槽萎缩趋势分析

本文采用时间序列分析的方法对黄河下游河道断面形态参数变化趋势及其变异点进行了分析，分析结果表明从20世纪50年代以来，断面形态参数发生了趋势性变化，特别是90年代以来各站平滩流量和平滩面积均有显著的下降趋势，花园口站、高村站和利津站平滩河宽出现了显著下降趋势，花园口站、艾山站平均水深显著下降，高村站和艾山站的平滩水位显著抬高，艾山站的宽深比也有显著增大的趋势。黄河下游河道主河槽萎缩的最显著特征就是断面平滩流量和平滩面积的显著下降，相应的平滩河宽、平均水深、最大水深出现不同程度的下降，另外可能还伴随着平滩水位和断面宽深比的上升。黄河下游河道主河槽在70年代开始初步萎缩，90年代以后进入严重萎缩期。     

基于RS与GIS的黄河下游河势演变分析

利用黄河下游多年的遥感影像及水文资料,在GIS平台的支持下,通过黄河水面、河心滩、主流线、低滩、控导工程等信息的提取,对12年来黄河下游河势演变的特点进行了研究和分析,并对近年来黄河下游河道治理的效果进行了综合评价.研究结果表明:黄河下游游荡型河段缩短;主流线摆动幅度减小,主流线长度增加,曲率增大;主槽的面积大幅度减小,中水河槽平均宽度显著减小.     

小浪底水库运用后黄河下游河床调整规律

小浪底水库的运用改变了坝下游的水沙条件,引起了黄河下游河道的再造床过程,给防洪及滩地利用等带来了一系列影响。利用黄河下游1999—2015年水沙及断面地形等实测资料,分析了近期黄河下游河床的调整过程及特点:1进入下游河道的年均沙量仅为0.88亿t,累计河床冲刷量达18.7亿m3,其中游荡段冲刷量占总冲刷量的72%,在冲刷过程中河道纵比降变化不大,河床粗化较为明显,床沙中值粒径由建库前的0.06 mm增大到水库运用后的0.15 mm;2河床断面形态调整较为显著,下游各河段调整均表现为向窄深方向发展,其中游荡段主槽展宽较为明显,平滩河宽由1999年的943 m增大到2015年的1 275 m,过渡段及弯曲段的平滩河宽调整较小,此外各河段平滩流量也显著增大,游荡段、过渡段、弯曲段平滩流量分别由1999年汛后的3 229、2 339、3 080 m3/s增大到2015年汛后的7 126、4 864、4 721m3/s;3河床平面形态总体保持稳定,各河段深泓摆动幅度均有所下降,其中游荡段的年平均深泓摆动幅度由建库前的234 m降低到水库运用后的123 m;4河段尺度的平滩河槽形态参数(如平滩河宽、平滩水深、平滩面积、平滩流量)及深泓摆动强度与水库运用后前4 a平均的水流冲刷强度密切相关。     

河道整治工程对游荡型河道断面形态的影响

基于1960—2014年黄河下游游荡型河道整治工程修建情况和实测流量及断面地形资料,分析各时期工程密度和在同流量条件下断面形态（河宽、水深、河相系数）的变化情况,结果表明：黄河下游游荡型河道整治工程的修建有效改善了河道断面形态,在河道整治工程密度较小时不能有效控制河势,整治工程对河道断面形态影响较小;随着河道整治工程密度的增大,在同流量条件下河宽减小,水深增大,河相系数减小,河道断面形态向窄深方向发展,可见河道整治工程在达到一定密度时对河道断面形态有明显的改善作用,在一定程度上限制河段的游荡特性,起到了稳定主流、控制河势的作用。     

黄河下游河道横断面变化特点分析

探讨了黄河下游不同河段断面水力几何形态及断面形态特征参数之间的相互关系与变化特点。研究结果表明:①游荡型河段,河宽随流量的增大而增大,但水深与流量之间基本没有相关关系;②蜿蜒型河段,在水流达到满槽河宽之前,断面几何形态和断面特征参数的变化与游荡型河段相似;在水流达到满槽河宽之后,水面宽与流量关系不大,平均水深与流量成正比关系;③过渡型河段断面特征参数的变化具有游荡型河段的断面特征,又具有弯曲型河段的断面特征。     

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…     

黄河下游河型转换及弯曲变化机理

冲积河流河型转换及弯曲变化机理是一个有争议的自然科学难题,根据河道卫星图片量测结果,分析了黄河下游各河段的主河槽弯曲系数变化,各河段的主河槽弯曲系数对比表明,小浪底水库运用后,黄河下游各河段的主河槽弯曲系数有所增大,其中游荡型河段主河槽弯曲系数由1.12增大到1.29,游荡型有向弯曲型转化的趋势;过渡性河段的主河槽弯曲系数由1.23增大到1.35,过渡性河段基本转变为弯曲型;弯曲型河段的主河槽弯曲系数由1.19增大到1.25.探讨了河道形态弯曲变化的机理,从理论上解释了水库的滞洪沉沙作用使下泄水流含沙量减小、泥沙粒径变细、洪峰调平,使下游游荡型有向弯曲型转化的趋势,主河槽弯曲系数增大.     

黄河下游游荡性河段清水下泄期河道断面形态的调整过程

为预测小浪底水库运用后下游河道断面形态调整趋势，以1960～1964年三门峡水库清水下泄期定位观测资料为基础，结合物理模型试验，研究了清水下泄过程中黄河下游游荡性典型河段河势变化趋势、河道横断面形态的调整过程及其模式。研究表明，若缺乏较完善的整治工程体系的约束，尽管在上游水库建成运用后的清水下泄初期，河势会趋于相对归顺，但冲刷后期将会出现明显的坐湾摆动现象，游荡性并不能改变；横断面调整过程的模式基本上为“下切+展宽—下切—下切+局部河段展宽”；为利于河槽形成窄深断面，上游水库下泄流量不宜过小且历时不能过长，同时，流量变幅不宜过大。     

黄河下游河道渠化治理

黄河下游河道,尤其是游荡性河段的治理一直是一个有争议的问题。作者提出黄河下游河道渠化治理方案。即依托现有的大堤,利用混凝土四面六边透水框架群这一新型河道整治工程技术,在两大堤之间整治出一条稳定的渠化河槽,形成窄槽宽滩复式断面。文中对渠化治理的可行性及渠化设计流量、设计河宽、治导线等参数进行了分析,为渠化治理提供科学依据。     

近期黄河下游游荡河段床面下切与横向展宽的定量关系

水库运用初期,坝下游河床通常会发生冲深下切及滩岸崩退过程,但是现有研究较少分析河床下切与横向展宽之间的定量关系。以1999-2015年游荡河段实测断面地形资料和水沙资料为基础,分析了近期游荡河段的河床调整过程,发现河床调整以床面下切为主,部分河段崩岸明显;建立了不同河段累计床面下切值与累计滩岸崩退宽度之间的经验关系,其相关系数均大于0.8;根据水沙控制方程推导了河床下切与展宽之间的定量关系,发现累计床面下切值与河宽变化率及初始水深有关,各河段的相关系数均大于0.8;预测了未来游荡河段河床形态的调整过程,发现当各河段持续下切至某一值时,两种方法计算下的河床展宽值较为接近,一定条件下可用来估算河床下切和横向展宽的实际情况。