黄河下游排沙特性及其对径流需求量的分析

通过黄河下游特征水沙年及三门峡水库不同方式运行期间泥沙输入与输出的分析，排沙能力的对水沙条件依赖关系的分析，论述了黄河下游排沙特性，并对黄河排沙的径流需求量作了探讨，为黄河流域可持续发展工程建设，如南水北调供水规划、建立黄河流域水资源配置体系，提供科学依据。     

黄河下游最经济输沙水量及其估算

从河流输沙水量的概念出发,根据输沙平衡原理推导出在考虑河道冲淤、引水引沙情况下河流最经济输沙水量的计算式。由此式可知,输沙水量与含沙量成反比;并且通过对实测资料的分析,得到输沙水量与流量也成类似的反比关系。最经济输沙水量是输沙效率与河道淤积状况综合最优时的输沙水量,也就是平滩流量时对应的输沙水量。以小浪底水库运用前20年黄河下游河道基本不淤及年引沙量为1．0-2．0亿t为条件,选取月均平滩流量3500m^3/s、月均含沙量40-100kg/m^3,得到黄河下游在维持良好输沙功能前提下的最经济输沙水量为10-25m^3/t。     

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%。     

黄河下游年径流量及输沙量变化的EMD分析

运用EMD方法对黄河下游花园口站1952—2009年年径流量及年输沙量的时间序列资料分别进行了多时间尺度分析,得到了各自具有不同周期的波动分量以及趋势分量。结果表明:黄河下游年径流量、年输沙量的变化过程具有复杂的多时间尺度特性,是多种波动成分共同作用的结果;年径流量和年输沙量变化过程均存在3个波动周期,而趋势项呈递减的态势;相同尺度下的水、沙分量之间具有显著的相关性,而不同尺度下的水、沙分量之间基本无相关性。     

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。     

未来黄河下游治理的主要对策

针对黄河下游治理难度大、河情十分特殊的实际,提出了黄河下游治理的主要对策：①必须把握黄河未来水沙变化的规律;②要解决好黄河下游水资源不足的实际问题,在加大减沙入黄措施的同时寻求调水济黄途径;③应加大宽河道整治力度,重点研究“二级悬河”治理的对策;④对黄河下游宽河道边界应有新的布局;⑤黄河口治理应采取“输、挖、分”并举的方案,即束水冲沙、输沙入海,挖沙疏浚和科学分洪。     

黄河下游洪水期沙峰滞后特性研究

简要分析了黄河水沙异源的情况,指出沙峰滞后、洪峰与沙峰不同步是造成黄河下游涨冲落淤和小水大灾的主要原因。根据小浪底下游各站沙峰均滞后于洪峰的35场洪水,对沙峰滞后于洪峰的特性进行了剖析,建立了小浪底、花园口、夹河滩、高村、孙口、艾山、利津各河段沙峰滞后时间与上站洪峰流量、沙峰含沙量、洪水传播速度、悬移质泥沙群体沉速之间的回归方程,可以用来查补延长沙峰滞后时间,为下游各站沙峰传播时间的准确预报提供依据。     

黄河下游最小输沙用水总量的初步估算

黄河下游河道的输沙能力是冲积河流随来水来沙自动调整的结果。黄河下游输沙用水总量是黄河下游河道这种自动调整水沙关系的宏观表现。作者通过对1949-1953年黄河下游主要水文站实例资料的分析,找到黄河下游最小输沙水量,据此估算了黄河下游在小浪底水库投入运行后20年内的最小输沙用水总量。     

黄河下游输沙量的沿程变化规律和计算方法

以1950-2002年实测输沙资料为基础,研究了黄河下游的输沙量和排沙比变化特点,参照能够反映黄河特点的考虑上站含沙量的输沙率公式,建立了黄河下游逐河段的输沙量和排沙比计算公式。实测资料的验证表明,本文建立的输沙量和排沙比计算公式具有较高精度,可以作为分析水沙变异条件下黄河下游河道泥沙输移规律的参考。     

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。     

黄河水沙过程调控与塑造下游中水河槽

随着黄河流域来水来沙过程的大幅变化及人类活动的加剧，黄河的健康状况日趋恶化。通过对黄河健康的内涵、维持黄河健康生命的理论与技术支撑、流域水沙资源优化配置数学模型、大型水利枢纽联合运用对黄河下游河道的减淤作用、塑造黄河下游河道中水河槽等方面的研究，提出了对黄河水沙调控体系的认识，并认为在目前实际的黄河水沙条件下，通过小浪底水库的调节，黄河下游河道经过5—8年的努力，是可以塑造出一个平滩流量为4000m^3／s左右的中水河槽的。     

黄河下游高效输沙洪水研究

在进行以输沙入海为目的黄河小浪底水库调水调沙方案的制定时,必须同时考虑两个目标,即(1)提高洪水输沙效率,减少河道淤积;(2)节省输沙用水,降低水资源消耗.同时满足输沙效率较高和输沙用水较省这两项要求的洪水可称为高效输沙洪水.以黄河下游1950-1985年间历次洪水的实测资料为基础,运用统计方法,研究了黄河下游的高效输沙洪水.研究表明,输沙效率随输沙用水的增大而增大,只有某种中等的输沙用水量与中等的输沙效率的组合,才可能是较优或最优的.高效输沙的排沙比可以取为0.85～1.00之间.基于1950-1985年资料进行了研究,结果表明,黄河下游流量在2 600～4 800m~3/s之间,含沙量在30～50kg/m~3之间,排沙比在0.85～1.00之间的洪水,可以作为高效输沙洪水.若考虑排沙比＞0.85,这样的洪水在1950-1985年间的274次洪水中出现过27次.     

黄河下游地上河发展趋势研究

本文把黄河下游地上河的发育过程和发展趋势与不同时间尺度的环境变化结合起来，系统、综合地研究了下游河道形成历史与对环境演变的响应；现行下游地上河的环境演变特征；未来５０年环境变化与下游地上河发展趋势预估等问题。     

黄河下游泥沙数学模型及其应用

本针对黄河下游来沙特性和河道冲淤演变的特点，建立了复式断面数学模型，综合考虑了洪水演进，不同粒径泥沙的冲淤特性，断面上的冲淤分布，悬沙和床沙级配的变化调整及其对水流挟沙能力的影响等方面的问题。黄河下游１９７４－１９８８年实测水沙系列验证计算表明，模型在冲淤总量，沿程分布等方面均与实测资料符合良好；小浪底水库对黄河游河道冲淤影响的计算结果与有关献的结论也基本一致。     

对黄河水沙调控体系建设的几点看法

针对黄委的《黄河水沙调控体系建设》报告,对黄河水沙调控体系建设提出了几点看法：①小浪底水库的运用方式需要改变,即汛期要少蓄水,适当地排沙,增加排沙比;②依据目前黄河的来水量,黄河下游河道要达到4000—5000m^3／s的平滩流量的目标是有困难的;③应抓紧制定二级悬河的治理和滩区安全建设方案;④废除生产堤,使滩槽水沙充分交换,是黄河下游泥沙处理的根本途径;⑤开发黑山峡,修建大柳树水库,但水库不能以灌溉为主;⑥修建东庄水库能较好地减轻渭河下游的洪涝灾害;⑦三门峡水库非汛期的控制水位应该进一步降低。     

80年代黄河下游引水引沙情况分析

80年代黄河来水来沙偏枯。但下游引水却逐年增加,年引水量约占河道来水量的1/4;引沙量随来沙量的丰枯而变化,约为2.6～1.0亿t。从历年引水引沙过程分析,高村以上的河南河段引水基本稳定略呈下降趋势,高村以下的山东河段则呈阶梯状稳步上升。这种不平衡的用水状况有待调整。     

黄河水沙变化与下游河道治理思考

由于黄河水沙条件的不利变化，黄河下游出现了小水大灾和长期断流，三门峡水库“蓄清排浑”运用经验的局限性表现得更为突出。从黄河下游河道输沙，防洪和水资源充分利用出发，小浪底水库应采取泥沙多年调节的运用方式，枯水，平水年蓄水拦沙运用，丰水年洪水期集中泄空冲刷产生讷和洪水，塑造窄深河槽，改造高村以上宽浅河道，利用窄深河槽输送较高含沙洪水入，，经多方案计算结果比较分析表明上述方案减淤效益显著，并可大量节省输     

基于床面形态的泥沙输移模式及其在黄河下游的应用

冲积河流系统中,水流在不规则床面上产生的漩涡对泥沙悬浮效率影响很大.基于漩涡流的运动特征及床面形态控制数m,本文研究了水流阻力与床面形态运动之间的关系.同时,在Bagnold泥沙悬浮效率(η_(sl))概念的基础上,提出了床沙质输沙能力公式,对其中的η_(sl)C_*进行了深入研究,建立的η_(sl)C_*与1/m的关系,能够反映床面形态由低能态到高能态区的发展过程.研究提出的输沙公式,经黄河下游调水调沙试验等实测资料验证表明,计算结果与实测值特别是相对平衡条件下的实测值吻合较好.在输沙能力公式研究中引入反映床面形态控制参数是一种新的尝试,该方法在研究中显示出较大的发展潜力.     

黄河泥沙动态分析

文中分年和汛期两方面分析总结了 195 0～ 1999年间黄河中下游径流量、输沙量和含沙量的年际和年内分配变化特点 ,分析了三门峡水库不同运行时期下游河道泥沙动态。研究结果表明 ,黄河泥沙 5 0年间发生了很大的变化 ,表现在径流量、输沙量、含沙量变化不同步 ,水量汛期比例减少而沙量向汛期集中等方面     

黄河下游平面二维水沙运动模拟的有限元方法

本文以水流和泥沙运动规律的研究成果为基础，建立了平面二维水沙模型。用有限元方法导出了本模型的离散方程式，用质量集中和预估校正法处理，迭代求解方程组。