论维持黄河健康生命的关键技术与调控措施

随着流域来水来沙过程的大幅变化及人类活动的日趋剧烈,黄河发生了很大的变化,主要表现为：流域生态环境退化,水土流失严重,悬河加剧,功能性断流与水患并存,水质污染日益加剧。本文系统地分析了导致黄河健康恶化的因素,提出基于全流域综合调控的“临界控制论”,可作为维持黄河健康生命的理论基础,它包括黄河流域不同层次的临界指标体系和流域水沙资源优化配置的数学模型。构建黄河流域水沙调控体系是维持黄河健康生命的技术支撑,其主要功能是增水、减沙、调节水沙过程,按黄河现有的条件,下游河道塑造和维持中水河槽的平滩流量约为4000m^3／s左右。     

维持黄河健康生命的关键途径分析

维持黄河健康生命,关键要控制河川径流的数量和质垣不低于某一水平、进入下游的泥沙量不高于某一水平且水沙搭配基本协调。因此,需要通过严格控制人类用水、涵养黄河水源和实施调水补黄工程等增加黄河水量;严格执行国家排污标准,控制入黄排污量、改善支流入黄水质;以实现持续有效地减沙为目标,加大多沙粗沙区水土流失治理力度,努力减少入黄泥沙并改善泥沙级配;科学调控入黄的洪水泥沙,使之不仅兼顾进入下游的水沙搭配,而且兼顾小浪底水库拦沙库容的长期有效利用,并妥善安置入黄泥沙;推进黄河流域水沙一体化管理,构建和谐社会环境。     

黄河水沙调控体系建设初步研究

解决黄河水少沙多、水沙关系不协调的有效途径是增水(节水和外流域调水)、减沙(水土保持措施减沙,干支流水库拦沙,小北干流放淤)、调水调沙.完善的黄河水沙调控工程体系应包括黄河干流龙羊峡、刘家峡、黑山峡、碛口、古贤、三门峡、小浪底七大骨干水库和支流泾河东庄水库、沁河河口村水库、伊洛河陆浑与故县水库等,非工程体系主要包括水沙预报系统、不同空间尺度和不同时间尺度的水沙调控调度模型等.黄河水沙调控工程体系必须保证黄河水沙的多年调节、满足调水调沙对水流动力的要求、能够调节水库泥沙、满足小北干流放淤对水沙条件的要求、确保黄河不断流以及支持流域经济社会发展等.     

对黄河水沙调控体系建设的思考

近年来,黄河水利委员会在黄河水沙调控体系建设上进行了很多的探索和实践,如调水调沙试验,小北干流淤粗排细的放淤试验,包括下游标准化堤防建设等,目的都是为了解决水少沙多、水沙不协调以及其他一些由来已久的黄河老大难问题.     

黄河水沙调控体系规划关键问题研究

根据黄河水少、沙多,水沙关系不协调的基本特征,统筹考虑防洪、防凌、减淤、水资源配置等方面需求,分析提出了建设黄河水沙调控体系的任务、总体布局、联合运用机制。根据工程建设现状和存在的问题、待建工程在水沙调控体系中的任务和作用,分析了待建骨干工程的建设时机。结果表明:①目前已建的龙羊峡、刘家峡、三门峡和小浪底4座控制性骨干工程在协调水沙关系方面还存在较大局限性;②龙羊峡、刘家峡、黑山峡、碛口、古贤、三门峡、小浪底等干流骨干水库构成了黄河水沙调控体系的主体,其主要任务是对洪水、泥沙、径流进行有效调控,以满足维持黄河健康生命和经济社会发展的要求;③黄河水沙调控体系中各工程的任务各有侧重,但又具有紧密的系统性和关联性,必须做到统筹兼顾、密切配合、统一调度、综合利用;④要加快古贤、东庄水库的前期工作,深入论证黑山峡河段开发方案,并做好碛口水库的关键技术研究工作。     

维持河流健康生命--以黄河为例

通过对河流与人类文明发展相互关系的阐述，确立了河流的价值主体地位，提出了河流治理的终极目标，即维持河流健康生命。以黄河为例，论述了21世纪维持黄河健康生命的治河方略，从理论体系、生产体系和伦理体系3个不同的视角，阐述了这一治河理念的内涵、目标及实现战略。认为应分阶段、有步骤地实施“1493”治河体系，构建人类和河流问的和谐关系，从而使黄河的健康生命得以恢复及维持。     

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。     

黄河水沙调控体系运行机制与效果研究

完善水沙调控体系是应对黄河水少沙多、水沙关系不协调的关键措施.结合实测资料,计算了河道输沙能力,分析了水沙调控体系运行机制,计算了水沙调控体系对黄河水沙关系的调节作用,结果表明:河道输沙效率随着水流流量的增大而增大,且在平滩流量附近存在明显的拐点,骨干水库群联合调控可泄放接近下游河道最小平滩流量的大流量过程,提高河道输...     

黄河水沙调控体系建设关键问题研究

根据黄河水少沙多、水沙关系不协调的基本特征,分析了现状黄河水沙调控存在的问题:一是现状工程条件下,能提供的水流动力条件不足,联合调节水流和泥沙比较困难,不能较长时期维持小浪底水库拦沙期塑造的黄河下游中水河槽;二是现状工程运用不能解决协调宁蒙河段水沙关系和供水、发电之间的矛盾,宁蒙河道淤积萎缩,防凌防洪形势严峻;三是潼关高程居高不下。考虑防洪防凌、减淤、水资源配置等需求,研究提出了黄河水沙调控体系的总体布局,即以干流七大控制性骨干工程龙羊峡、刘家峡、黑山峡、碛口、古贤、三门峡、小浪底为主体,海勃湾、万家寨水库为补充,支流陆浑、故县、河口村、东庄水库配合,共同构成工程体系,由监测体系、预报体系和决策支持系统构成非工程体系,为水沙联合调度提供技术支撑。从河道减淤、防洪防凌安全以及水资源优化配置等需求出发,研究了黄河水沙调控指标体系,定量提出了维持河道排洪输沙功能的调控指标、河段防洪防凌指标以及实现水资源有效管理的调控指标等。在此基础上,研究提出了水沙调控体系联合调控方式。从待建工程的开发任务、在水沙调控体系中的地位和作用以及黄河治理开发的迫切要求出发,分析确定了待建骨干工程的开发次序为古贤、黑山峡和碛口水利枢纽工程。古贤水利枢纽工程在黄河治理开发和管理中具有承上启下的战略地位,对于保障黄河防洪安全具有重要作用,建议尽快兴建古贤水利枢纽,争取在小浪底水库拦沙库容淤满前投入运用。     

黄河治理的终极目标是 “维持黄河健康生命 ”

"维持黄河健康生命"是一种新的治河理念,其初步理论框架为:"维持黄河健康生命"为黄河治理的终极目标;"堤防不决口,河道不断流,污染不超标,河床不抬高"是体现终极目标的4个主要标志。该标志可以通过减少入黄泥沙措施的建设、流域及相关地区水资源利用的有效管理、增加黄河水资源量的外流域调水方案研究、黄河水沙调控体系建设、制定黄河下游河道科学合理的治理方略、使下游河道主槽不萎缩的水量及其过程塑造、满足降低污径比使污染不超标的水量补充要求、黄河河口治理、黄河三角洲生态系统的良性维持等途径得以实现。"三条黄河"建设是确保各条治理途径科学有效的基本手段。     

黄河下游水沙变异与河道响应

对龙羊峡、刘家峡和三门峡3座水库修建后黄河下游的水沙变异与河道响应情况进行了分析,认为:①三门峡水库运用后,汛期下泄水量占全年的比例平均为45%,和天然情况相比减少了15%,排沙量更为集中(占全年的95%以上),和天然情况相比增大了10%左右,水沙更趋不平衡;②汛期洪水减少,洪峰流量和洪峰期水量减小,含沙量增大,形成小水带大沙;③洪水的造床作用明显减弱,使得河流平面尺度和断面尺度减小,河床冲淤演变所涉及的范围有所减小,河道的淤积更加局限在中水河槽内,主槽和嫩滩的淤积导致了“二级悬河”的发育和发展。建议在现有水库对水量实行调节的同时,尽快修建中游泥沙调节水库,实现黄河水沙的统一调控,创造比较和谐的水沙关系,维持黄河健康生命。     

维持黄河生命低限流量研究

在给出黄河生命低限流量和河流生命定义的前提下,以水流连续方程和动力方程为理论基础,得到黄河干流主要节点生命低限流量数值。通过估算入黄一级支流最低入黄流量及黄河干流自然损耗量,如河道水面蒸发、水库水面蒸发、水库渗漏量、河道侧渗量等,逐步得到了黄河干流主要断面生命低限流量数值。该数值是维持黄河健康生命的关键指标之一。     

万家寨引黄工程的调度控制和运行

万家寨引黄工程调度控制和运行系统是一个复杂的自动化监控系统，分为6个单元：①万家寨水库—申同嘴水库；②申同嘴水库—分水闸；②南干一级、二级泵站—头马营隧洞出口；④汾河河道和汾河水库；⑤北干运行单元；⑥供电系统。包括系统的安全运行，稳定运行，经济运行，设备的安全运行，系统的集中、统一控制及调度5个部分。     

对洪水资源化维持黄河健康生命的初探

通过对实施黄河洪水资源化的研究,认为采取“蓄洪”、“调沙”、“冲污”、“造床”、“引洪”等方式,可以解决黄河中下游的断流及缺水、泥沙淤积等问题,还能缓解黄河水质污染、生态环境恶化等。利用好黄河的洪水资源,可实现“堤防不决口,河道不断流,污染不超标,河床不抬高”的目标,从而维持黄河的健康生命。     

黄河治理的终极目标是"维持黄河健康生命"

"维持黄河健康生命"是一种新的治河理念,其初步理论框架为:"维持黄河健康生命"为黄河治理的终极目标."堤防不决口,河道不断流,水质不超标,河床不抬高"为体现其终极目标的四个主要标志.该标志应通过九条途径得以实现,"三条黄河"建设是确保各条治理途径科学有效的基本手段.     

实施规划谋求黄河长治久安

国务院批复的《黄河近期重点治理开发规划》,明确提出了2001～2010年10年的治理开发目标和实现这一目标的各项措施,为实现黄河堤防不决口、河道不断流、水质不超标、河床不抬高的目标,谋求黄河长治久安,奠定了坚实的基础。     

基于耗散结构理论的黄河健康生命内涵分析

应用基于热力学第二定律发展起来的耗散结构理论，对黄河健康生命的内涵进行了分析，认为：黄河是一个复杂的开放系统，具有非平衡有序结构、内部子系统之间存在非线性作用、通过结构与功能之间的涨落可达到有序和谐，因而满足耗散结构的4个条件。增大负熵流是维持黄河健康生命的根本途径，应根据不同子系统的特点采取相应措施，确保黄河向有序的方向发展，成为一种自组织的时间、空间和功能的有序耗散结构。     

黄河防凌预案中的刘家峡水库调度

水库调度是黄河防凌调度中最为重要的河段防凌手段之一。在黄河上游河段历年的黄河凌汛情况较为严重,通过对刘家峡水库在凌汛期间的水库调度来调节上游河段凌汛情况取得较好的效果。就近些年来刘家峡水库在黄河凌汛期的水库调度方法进行了归纳总结,力图使黄河凌汛期间的水库调度方法系统化,为黄河防凌中新的水库调度方法的探索寻求理论基础。     

黄河流域水资源多维临界调控研究

以黄河水资源可再生性和可持续性发展理论为指导，分析了黄河流域多维临界调控措施、方案；基于协同学原理和耗散结构理论，应用系统科学的方法，建立了黄河流域多维临界调控仿真模型；通过对黄河水资源分配进行大量模拟研究，实现了黄河流域水资源优化配置，以期实现黄河水资源的可持续发展。