艾利河段泥沙输移特性及不淤临界含沙量探讨

对艾山—利津河段泥沙输移特性进行的分析表明：①艾山以下窄河段的河床演变具有“大水冲、小水淤”及“细沙冲、粗沙淤”的基本特点,并且淤积主要集中在非汛期,粗沙、中沙及细沙均发生淤积;汛期除粗沙淤积外,细沙及中沙均发生冲刷。②艾山—利津河段河道冲淤主要与流量大小有关。同时,根据1960～2002年的洪水资料,分析了粗沙、中沙、细沙冲淤的临界流量,建立了艾山—利津河段不同粒径组泥沙排沙比与流量间的关系;考虑到洪水演进及区间引水引沙等因素,初步建立了在洪水期艾山—利津河段不发生淤积的条件下艾山站临界含沙量与流量间的关系式。     

对口丁坝双岸整治对黄河下游河道冲淤的影响

选取低含沙水沙系列、枯水多沙水沙系列以及规划设计的未来50 a水沙系列,利用黄河下游一维水沙数学模型,模拟计算了对口丁坝双岸治理方案下黄河下游河道在3种水沙系列条件下的冲淤状况。结果表明,游荡性河段采用对口丁坝方案整治后,输沙能力得到了提高,该河段多输送的泥沙一半以上输送到利津以下,其余部分淤积在高村—利津河段,其中淤积以高村—艾山河段为主,艾山—利津河段的冲淤情况与现状相比变化不大。     

黄河下游河道11月至次年5月时期输沙和冲淤规律研究

利用1960—2010年黄河下游11月至次年5月时期实测水沙资料,系统地研究了黄河下游河道水沙运动和河床冲淤规律。分析了花园口、高村、艾山和利津等4站输沙率与各自上站的流量、含沙量和输沙率的关系,黄河下游河道冲淤量与小浪底站来水量、来沙量、含沙量和来沙系数之间的关系。结果表明:黄河下游河道的下站输沙率与上站输沙率有很好相关关系,该时期进入黄河下游河道的输沙量小于1.82亿t、或平均含沙量小于12.6kg/m3、或来沙系数小于0.014 kg·s/m6时,下游河道以冲刷为主,反之则以淤积为主;采用本文建立的下站输沙率与上站输沙率关系式计算的黄河下游各河段冲淤量具有较高的精度。利用本文建立的关系式可以方便地预测未来黄河下游河道该时期不同河段冲淤量,对快速判断黄河上中游水利工程建设对下游河道冲淤影响具有重要意义。     

黄河下游河道洪水期输沙规律研究

利用1960—2010年黄河下游304场次洪水实测水沙资料,以小浪底站为黄河下游河道进口控制站,以花园口、高村、艾山和利津4站为节点将黄河下游划分为4个河段,系统地研究了黄河下游洪水期河道水沙输移规律,分析了花园口、高村、艾山和利津4站输沙率与各自上站流量、含沙量和输沙率的关系。结果表明:黄河下游河道的下站输沙率与上站输沙率有很好的相关关系。在此基础上,进一步对小浪底场次洪水来沙系数进行分级,得到了分级来沙系数的下站输沙率与上站输沙率的相关关系。采用建立的下站输沙率与上站输沙率关系式计算得到的黄河下游各河段冲淤量和冲淤过程与实测资料符合很好,具有较高的精确度。利用建立的关系式可以方便地预测未来黄河下游河道洪水期不同河段冲淤量,快速判断场次洪水对黄河下游河道冲淤的影响。     

小浪底水库运用以来高村—艾山河段冲淤演变

研究了小浪底水库运用以来黄河下游高村—艾山河段泥沙冲淤演变情况和冲刷强度的变化趋势。结果表明:在非汛期,黄河下游发生冲刷的河段主要在高村以上尤其是夹河滩以上,高村—艾山河段大致维持冲淤平衡状态,而艾山以下河道则发生淤积;调水调沙使高村—孙口河段由微淤状态进入微冲状态;孙口—艾山河段由微冲微淤状态变为冲刷状态;从冲淤强度沿程分布看,高村—孙口河段1999年10月至2006年10月间汛期和非汛期均为冲刷,孙口—艾山河段汛期冲刷而非汛期略为淤积。     

大洪水时黄河下游河道冲淤规律

以几场较大洪水过程为例,总结了黄河下游不同河段大洪水时的水沙特征,对大洪水时下游河道的冲淤规律进行了分析。结果表明:黄河下游洪水的来源区不同,洪水含沙量差别很大,洪水峰型组合和"胖"、"瘦"程度也不同;花园口站洪峰流量为8 000～15 000 m3/s时,下游各河段冲淤强度变化不大,但随着洪峰流量继续增大,铁谢—高村游荡型河段和高村—艾山过渡型河段洪峰期冲淤强度与花园口站最大洪峰流量呈正比关系,艾山—利津弯曲型河段冲淤强度与花园口站最大洪峰流量呈反比关系。     

黄河下游不同治理方案下河道冲淤规律研究

针对黄河下游宽河治理的现状方案和窄河治理的防护堤方案,采用一维非恒定水沙数学模型,对设计年均来沙分别为3亿、6亿t和8亿t的3组系列年水沙情景开展了计算。结果表明:年均来沙3亿t情景下,两种方案黄河下游均表现为微冲,冲刷量分年、分滩槽、分河段都差别较小,第50 a末两种方案的最小平滩流量为4 019～4 067 m~3/s;年均来沙6亿t情景下,两种方案黄河下游均表现为淤积,防护堤方案在全下游减淤15.78%,减淤主要发生在花园口—艾山河段,其中花园口—高村、高村—艾山分别减淤22.53%、23.45%,艾山—利津河段稍有增淤,第50 a末黄河下游最小平滩流量为2 389～2 608 m~3/s;年均来沙8亿t情景下,两种方案黄河下游淤积量都较大,防护堤方案在全下游减淤16.78%,在铁谢—花园口、花园口—高村、高村—艾山河段分别减淤18.40%、20.83%、21.85%,艾利河段增淤4.99%,至第50 a末黄河下游最小平滩流量为2 058～2 420 m~3/s,两种治理方案对西河口以下河长的延长值影响不是太大。     

黄河下游河道洪水冲淤临界水沙条件的研究

本文总结了以往对黄河下游河道冲淤临界条件的研究情况,根据非饱和输沙理论导出了河段排沙比与水沙系数关系,通过1960～1999年422场次洪水资料的统计分析,建立了黄河下游各河段的冲淤临界水沙条件,该水沙条件包括了洪水平均流量、含沙量,给出了黄河下游花园口以上、花园口～高村、高村～艾山、艾山～利津4个河段在不同三黑小(三门峡、黑石关和小董3站)水沙组合情况下的冲淤关系,该临界水沙条件可为小浪底水库调度决策以及黄河下游治理提供参考。     

黄河下游河道冲淤分布模式及冲淤特征

为揭示黄河下游河道的沿程冲淤分布模式及分布特征,对黄河下游1952—2021年间共70年的河段实测冲淤量数据进行了系列统计分析。研究表明：(1)黄河下游河道存在7种沿程冲淤分布模式,其中全线冲刷、全线淤积、上冲下淤、上淤下冲等4种为基本模式。上淤下冲模式的冲淤临界位置在孙口附近,上冲下淤模式的冲淤临界位置在游荡性河段。各模式对河道整体冲淤的贡献率存在较大差异,两边冲中间淤模式对冲刷量的贡献率最大,全线淤积模式对淤积量的贡献率最大;(2)1952年以来,黄河下游河道沿程冲淤分布模式的变化过程可分为1952—1959年、1960—1985年、1986—1999年、2000年后共4个阶段;(3)各河段冲淤量大小以0点为中心近似呈偏态分布,冲淤量在多年尺度下具有沿程减小的趋势性特征以及“冲久必淤、淤久必冲”的周期性特征;(4)各河段整体冲淤发生年数差别不大,反映了河道冲淤的平衡趋向性;70年内淤积于黄河下游河床底部的泥沙有一半左右被冲走,花园口到孙口河段的累计冲淤量接近下游总冲淤量的8成,孙口以下河段很小;(5)全线冲刷模式为小浪底水库运用后下游河道的主要冲淤模式,小花段前期淤积的泥沙基本被冲完,夹高段、高孙段及孙艾段仅冲走了前期淤积泥沙的二到三成。研究结果总结了黄河下游河道的沿程冲淤分布模式,分析了冲淤分布特征,有助于深化对下游河道冲淤现象的整体认识。     

2000—2013年黄河下游河道冲淤变化分析

为了给黄河下游河道整治及滩区治理提供参考,利用实测资料对2000—2013年的黄河下游冲淤特点进行了分析,结果表明:1黄河下游全断面累计冲刷17.162亿m3,冲刷最大年份为2003年;2冲刷在纵向上的分布极不均匀,夹河滩以上河段冲刷面积超过了4 000 m2,而艾山以下河段不到1 000 m2;3同流量水位降幅上大下小,流量为3 000 m3/s时水位降幅为1.33~2.58 m,其中高村以上河段超过2 m、利津河段为1.33 m;4下游河道主槽排洪能力显著增强。     

从水沙条件探讨黄河下游上下河段冲淤调整关系

在以往对黄河下游河道上段(高村以上)和下段(高村到利津)冲淤调整关系研究的基础上，通过1960～1999年422场次洪水资料的统计分析，按三门峡水库不同运用期分析了上下段的冲淤关系，建立了上下段排沙比与水沙系数的关系，认为上下段冲淤关系随水沙搭配条件而变：水流严重不饱和时上下段冲淤性质一致；轻度不饱和情况下上下段冲淤性质相反；水沙搭配基本平衡时上下段冲淤变化不大。根据上下段冲淤临界水沙系数关系绘制了上下段冲淤关系图，并首次按三黑小(三门峡、黑石关、小董三站)水沙搭配进行了定量分区：上冲下淤、上淤下冲、上下皆冲和上下皆淤区。     

黄河下游高含沙水流基本特性与输沙能力

采用理论研究和实测资料分析方法对黄河下游高含沙水流的基本特性进行了系统分析,得出黄河下游高含沙水流多属于两相非均质流,与一般含沙水流具有相同的运动规律的结论。采用达西阻力公式形式,给出了适用于黄河下游高含沙水流的悬移运动阻力坡降及推移运动阻力坡降计算方法。黄河下游高含沙水流经常处于不平衡输沙状态,这种不平衡输沙条件下的河段排沙比大小不能反映平衡输沙条件下的河段输沙能力。因此,探讨了河段纵坡J、横断面参数M及泥沙粗细组成对输沙能力的影响,给出了以河道形态参数表达的河道输沙能力关系。分别以花园口河段和艾山河段为代表分析了黄河下游上、下河段输沙能力大小的沿程变化,发现相同流量下,上段河道输沙能力为下段河道的1.3~1.4倍。本文成果对研究黄河下游高含沙洪水处理对策及水库调水调沙运用的效果具有一定理论意义和实际价值。     

黄河高含沙水流的高效输沙特性形成机理(黄河下游河道存在巨大的输沙潜力)

利用黄河主要干支流渭河、北洛河、黄河下游及三门峡水库大量实测资料,结合高含沙水流流变特性分析得出:河道中的高含沙水流的阻力与低含沙水流相同,均可用曼宁公式进行阻力计算;由于黄河泥沙组成较细,d50=0.03~0.10mm,随着含沙量的增加颗粒的沉速大幅度降低,泥沙在垂线上分布变得更加均匀,当含沙量大于200kg/m3以后发生改变;从泥沙存在对水流结构,流速在垂线上的分布特性上分析,含沙量200kg/m3左右时输送最困难,并得到河道实测资料的证实。由于粘性的增大,粗颗粒泥沙在河道中也能顺利输送,洪水期实测含沙量可达800~900kg/m3,表现出高含沙水流的高效输沙特性;黄河下游艾山以下河段实测洪水的最大含沙量为200kg/m3,在流量2 000~3 000m3/s时,高含沙洪水均可顺利输送。利用河道输送高含沙水流入海的主要障碍是改造宽浅游荡河段为窄深稳定的河槽。     

Equilibrium sediment transport in lower Yellow River during later sediment-retaining period of Xiaolangdi Reservoir

The Xiaolangdi Reservoir has entered the later sediment-retaining period, and new sediment transport phenomena and channel re-establishing behaviors are appearing. A physical model test was used to forecast the scouring and silting trends of the lower Yellow River. Based on water and sediment data from the lower Yellow River during the period from 1960 to 2012, and using a statistical method, this paper analyzed the sediment transport in sediment-laden flows with different discharges and sediment concentrations in the lower Yellow River. The results show that rational water-sediment regulation is necessary to avoid silting in the later sediment-retaining period. The combination of3 000 m3/s < Q < 4 000 m3/s and 20 kg/m3< S < 60 kg/m3(where Q is the discharge and S is the sediment concentration) at the Huayuankou section is considered an optimal combination for equilibrium sediment transport in the lower Yellow River over a long period of time.     

黄河下游平滩流量对来水来沙变化的响应

本文探讨了平滩流量对来水来沙的滞后响应规律,发现平滩流量不仅与当年的水沙条件有关,而且与前期水沙条件有关,是一定时期内的水沙条件累积作用的结果。当采用滑动平均值来反应前期水沙条件的累积影响时,得出平滩流量与滑动平均汛期流量和滑动平均来沙系数的相关程度分别在4年和5年时达到最大值。据此建立了能够反映来水流量和来沙系数前期综合影响的平滩流量计算方法,可以用来估算黄河下游主要测站平滩流量随水沙条件的变化。     

不同来源区洪水对黄河下游游荡河段河床横断面形态调整过程的影响

以黄河下游实测流量过程等水文资料为基础 ,从流域系统的角度出发 ,以洪水作为联系流域系统各子系统耦合关系的指标 ,揭示了不同来源区洪水对黄河下游游荡河段洪水前后河床横断面形态变化的不同影响及其原因。上少沙来源区洪水使河床形态变宽浅为主 ,变宽浅主要由于主槽淤积所造成 ;下少沙来源区洪水使河床宽深比以变窄深为主 ,主要由于主槽冲刷所造成 ;多沙粗沙来源区洪水造成河床宽深比减小 ,主要由于高含沙洪水淤滩刷槽所造成 ;多沙细沙来源区的洪水后宽深比变化不大 ,仅略减小 ,也存在淤滩刷槽的过程     

水沙变化条件下黄河下游连续弯段水流特性研究

小浪底水库建成后,黄河下游水沙条件及边界条件发生了显著变化。在这种新的来水来沙和边界条件下,下游河道河床及河势必定发生新的演变趋势。本文选取黄河下游伟那里至大田楼之间典型连续弯段为研究对象,采用Delft3D数学模型对水沙变化条件下弯曲河道中的水流形态进行模拟。结果表明:纵向垂线平均流速在沿程及沿河宽方向均发生显著变化,且在弯段的不同部位水流形态也不同,此外弯道中边滩和深槽的存在进一步加剧了流速分布的不均匀性,使得流速重新分布;弯道中水动力轴线的变化规律与不同量级的流量密切相关,大流量和小流量时,主流线变化规律有所不同,这对河床演变具有重要影响。     

水沙变化对渭河下游河道淤积和纵剖面的影响

将渭河下游按照纵比降变化情况分为上、中、下三段，分别是陡坡段、过渡段和缓坡段，认为沿程冲淤会影响整个河段，溯源冲淤主要影响中、下段；1990年以来渭河下游的持续堆积主要是由来水来沙变化引起的，持续淤积使潼关高程持续抬高，从而也加重了渭河下游中、下段的淤积；并与黄河下游纵剖面的变化进行了对比。     

黄河下游水沙变化特点

本文以黄河下游河段小浪底、花园口、高村、艾山、利津水文站1950—2016年水沙资料为研究对象,通过实测资料分析与理论分析对黄河下游水沙特点进行研究。结果表明:近70年来黄河下游沿程各水文站年水沙量整体上呈现减小的趋势;水沙年际间、年内分配不均匀;1986年后下游水沙关系明显恶化,2003年后水沙关系又得到明显改善;近年来黄河下游大流量减少,小流量增多,输水输沙主要集中在1000~4000m~3/s洪水中;确定保证下游微淤甚至冲刷的来沙系数应不超过0.01kg·s/m~6。分析黄河水沙变化特点,掌握其变化规律可为缓减黄河下游水沙关系,完善治黄方略提供条件。