小浪底水库的拦粗排细及异重流排沙——"黄河调水调沙的根据、效益和巨大潜力"之七

介绍了水库淤积时的泥沙分选规律,给出具体分析公式和算法。对小浪底水库异重流排沙做了深入分析,包括潜入条件和异重流畅流排沙、浑水水库排沙以及两者结合的排沙效果,指出后者排沙比最大,同时验证了排沙时的淤积及分组排沙比。在调水调沙过程中,应很好地利用异重流排沙。     

黄河下游河道输沙泄洪机理、能力及治理前景

经过我国几代人对黄河泥沙输移的研究和实践,认识已有重大突破。围绕黄河高含沙水流运动规律及应用前景这个中心,研究了高,低含沙水流运动规律多方面问题,为多沙河流防洪规划提出了新的指导原则。其中黄河下游可以利用高含沙洪水输沙入海,窄深河道洪水的非恒定性输沙泄洪机理是新的治黄主张的理论基础。     

黄河粗沙输沙量沿程变化分析

根据对黄河干支流28个主要水文站1952－1998年悬移质泥沙中粗泥沙输沙量的分析得出：1967年以来，随着上游青铜峡、刘家峡、龙羊峡等大型水利枢纽的相继投入运用，头道拐站的悬沙输沙量明显减少，但悬沙中粗沙量变化不大；头道拐一龙门区间，70年代中后期悬沙输沙量明显减少，其中粗泥沙量减少的幅度更大；三门峡水库出库粗、细泥沙量随水库运用方式的不同而变化，从时段累计结果看，蓄清排浑控制运用期，潼关以下库区在运用年内虽然达到了冲淤平衡，但已呈现出“拦细排粗”的特性；下游河道粗、细泥沙量的变化主要受三门峡水库运用方式的影响，粗泥沙量的变化主要发生在高村以上河段，高村以下相对稳定。     

利用洪水排沙治理黄河下游河道的工作建议

根据黄河河槽窄深特点,提出了利用洪水排沙入海为主的治理建议,使黄河的泥沙尽量调节到洪水期输送。这样,小浪底水库在平时可以蓄水拦沙,兴利发电,在洪水时集中排沙。由小浪底水库运用以来（2000～2009年）下游河道河床冲淤变化数据进行分析得出,要充分利用洪水排沙,水库应有充足淤积量,水库运用水位应控制在死水位与设计防洪限制水位254m间变化。由于洪水输沙存在“涨冲落淤”的输沙特性,水库调节时应尽量把泥沙加在涨水期,洪水来时应先放空水库,利用洪水“涨冲”的特性多排沙,一般情况不要再放平头峰,尤其要防止落水时加沙。     

黄河粗泥沙集中来源区拦沙工程布局

利用黄河粗泥沙集中来源区水文、地质研究成果以及实地调查和勘测资料,采用典型分析和综合对比分析的方法,依据现行规范和规定,以及提出的工程布局原则,通过对典型小流域建设目标分析、单坝工程设计、布局方案设置、控制面积对比、防洪能力对比、拦沙能力对比、淤地面积对比等,论证确定每条典型小流域中小型拦沙坝布局与规模成果。利用典型小流域布局成果,确定黄河粗泥沙集中来源区布置拦沙坝10 165座,其中中型拦沙坝1 995座、小型拦沙坝8 170座。     

黄河小浪底水库异重流排沙效果分析及下游河道的响应

全面分析了小浪底水库蓄水拦沙期2000-2006年库区及下游河道泥沙冲淤调整;在分析泥沙输移规律的基础上量化了连续冲刷状态下河道输沙能力变化与累计冲刷量间的关系,揭示了冲刷条件下河道输沙能力降低是因为床沙有效交换层内小于0.05mm的细沙及中沙补给不足造成的;结合三门峡水库拦沙期的观测资料,对比研究了异重流洪水期间小浪底水库的排沙效果及其下游河道对高含沙异重流水沙过程的响应,指出了小浪底水库对洪水具有较大的"拦粗排细"潜力,且高含沙异重流洪水不会造成河道严重淤积.因此,在洪水调度中,要充分利用水库塑造异重流洪水,多排少拦,以达到下游河道长期减淤的目的.     

黄河小北干流放淤试验"淤粗排细"效果分析

黄河小北干流连伯滩放淤试验结果显示:①在2004-2006年黄河干流来水不利的水沙条件下,通过放淤闸、弯道溢流堰、退水闸的合理布置、调度运用和淤区的合理布置,基本可以实现淤粗排细目标。淤区大于0.050mm的粗沙淤积量占淤积泥沙总量的39.7%,大于0.025mm的中、粗沙占淤积总量的72.2%;②淤区进口含沙量越大,泥沙粒径越粗,落淤效果越好;③淤区淤粗、排细呈明显的反比例关系,适当减小粗沙落淤率,可以显著提高细沙排出率。     

黄河小浪底水库拦沙后期运用方式探讨

简要分析了小浪底水库拦沙后期"多年调节泥沙,相机排沙出库"运用的必要性,初步拟定了水库调节指令,结合水库及下游河道淤积发展过程预测,探讨了拟定运用方式的合理性。     

黄河粗泥沙区某拦沙坝安全稳定性分析

为了分析某拦沙坝运行18年以来的拦沙情况及安全稳定性,按照水土保持技术规范,采用刚体极限平衡法,对影响大坝安全的地质环境、暴雨洪水及拦沙等问题进行深入探讨,对坝体的稳定性、安全性从技术层面和管理层面进行细致分析。经过分析,提出该坝18年来已淤积泥沙28.62万m3/a,其安全系数小于1.151,可抗御30年一遇洪水,结论可为大坝的后续运营和监管提供科学支撑。     

黄河下游洪水的输沙效率及其与水沙组合和河床形态的关系

以1950-1985年间274次洪水的资料为基础,对黄河下游洪水的输沙效率进行了研究,查明了场次洪水排沙比随流量变化的3个临界点。同时还发现,当场次洪水平均含沙量小于34.02kg/m3时或当来沙系数小于0.01kg.s/m6时,下游河道可以不淤。黄河下游游荡段排沙比最小,过渡段次之,限制性弯曲段最大,可见窄深河段的输沙效率要高于宽浅段。上述3个河段处不冲不淤状态时的临界含沙量依次增大,证明窄深河段可以在含沙量较大时保持临界不冲不淤状况。     

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。     

黄河中游粗沙区来沙量与粗泥沙模数变化分析

黄河下游河道泥沙淤积与中游多沙、粗沙区的来沙关系非常密切，其中粒径在于０．０５ｍｍ的粗泥沙是淤积下河道的主要成分。通过重点分析不同年代粗沙区来沙量、粗泥沙模数的变化及水利水保措施对减少粗泥沙的作用，说明黄河中游兴建的水利、水土保持工程对控制水土流失、减少入黄泥沙特别是粗颗粒泥沙发挥了很大作用。     

黄河粗泥沙界限与中游多沙粗沙区区域研究

本文首先讨论了黄河粗泥沙界限的确定方法，认为以下游淤积物中占多数的观点来确定黄河粗泥沙粒径界限较好，经分析淤积物中0．025mm以上的泥沙占多数，0．05mm以上的泥沙近半数；然后讨论了中游多沙粗沙区区域界定的两种方法，认为指标法能够直观反映出多沙粗沙区的位置I最后甩0．OSmm和0．025mm两种界限分析了多沙粗沙区面积，分别为8．15万km^2和6．99万km^2．两者位置和面积比较接近，但在治理方略上有一定差异．前者强调治沟治基岩，后者强调沟坡兼治。     

黄河中游多沙粗沙区重点支流粗泥沙粒径组成分析

利用坝地钻探取样资料分析了泥沙空间分布规律,通过输沙模数指标计算了黄河中游多沙粗沙区重点支流中各级泥沙的产沙量。结果表明:受水流分选作用的影响,表现出坝后淤积物粒径比坝前淤积物粒径粗的特点;受地表组成物质的影响,泥沙粒径空间上整体呈现出由南向北逐渐变粗的趋势;根据多沙粗沙区重点支流泥沙粒径、产沙量分析结果和淤地坝分布情况,可有针对性的开展沟道拦沙工程来达到有效控制泥沙的目的。     

拦减粗泥沙对下游河道的减淤效果

以实测资料为依据，结合数学模型，重点探讨了粗细泥沙在三门峡汇流区及黄河下游河道的调整机理。计算分析表明，拦减粗泥沙对汇流区与黄河下游的减淤量比值约为０．５，其减淤效果主要在下游，对下游而言，１９７４￣１９９９年若将进入下游的粗泥沙含量控制在１５％￣２０％，则减淤比变化范围为０．６５￣０．８０，且减少的主要为粗颗粒泥沙。     

黄河中游水库群水沙联合调度所涉及的范畴

黄河以“多沙、善淤、善徙、善决”著称于世，究其原因主要是“水少沙多，水沙关系不协调”。黄河又是国内乃至世界上开发程度较高的河流，大型水利枢纽的修建，不可避免地改变了天然水沙过程，使不协调的水沙关系增加了人为因素。在当前黄河中游水库群已经大部分投运的情况下，如何利用水库群的控制和调节，达到既能保持水库的有效库容，使枢纽的防洪、防凌、灌溉、供水、发电等效益得以充分发挥，又能塑造出合理的水沙过程，使下游河道河床淤积稳定在“允许淤积量”内甚或有所冲刷，保持河道的生命活力，是水沙联合调度的研究范畴。针对黄河泥沙的特点，从分析黄河的来水来沙特点开始，系统研究高含沙水流的运动规律、黄河水库的淤积和排沙规律，探求水库的异重流调度和多目标调度的优化方法、途径以及水沙联合调度对下游影响的评价方法等，将可能为黄河调水调沙调度提出一套可靠实用的理论方法和技术措施。     

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。