黄河上游梯级水库群调水调沙潜力初步研究

利用水库群开展水沙调控是解决黄河上游泥沙淤积的有效措施之一。以1956~2010年长系列来水、来沙资料为准,分析了黄河上游沙漠宽谷河段的水沙规律和调控时机,以龙羊峡、刘家峡水库(龙刘)为调控手段,在以水定电模式下建立黄河上游梯级水库群联合调度模型。在3种情景下求解模型可知:(1)黄河上游调水调沙14、30 d的最大需水量分别是32×10~8和67×10~8m~3;(2)定量给出了梯级水库群的调水调沙潜力,调水调沙14 d的周期为2年1次,调水调沙30 d的周期为3年1次;研究成果对黄河上游沙漠宽谷河段河道水沙调控以及梯级水库群科学调度具有重要的指导意义和应用价值。     

黄河“2010·08”洪水泥沙调度简析

黄河汛期的洪水泥沙是造成水库及河道淤积的最主要原因,如何合理处置高含沙洪水是汛期水沙调控亟待解决的问题。分析了2010年8月黄河强降雨洪水的实际水沙调度过程及结果,并通过数学模型计算验证对比了"规则调度"与实际调度效果的不同。结果表明:在"2010.08"洪水以及同类的"上大高含沙洪水"的调度中,要根据水沙来源和分布确定调度原则和侧重点。同时,塑造更充分的冲刷性异重流和形成下游河道的冲刷过程,需要利用中游水库群进行水沙过程对接。在保障防洪安全的前提下,合理突破常规水库调度方式,能优化水库、河道减淤的效果。     

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。     

黄河水沙调度效果与未来下游滩槽综合治理思路

下游滩槽综合治理是黄河综合治理实践中存在的突出问题之一.在分析近期黄河流域水沙情势的基础上,采用实测资料系统分析了黄河水沙调度效果,并提出了未来黄河下游滩槽综合治理思路.研究表明:近期黄河流域水量偏多,编号洪水出现频次增加,通过水库群联合调控保障下游防洪安全势在必行;黄河水沙调度在调节洪水流量过程、库区排沙以及减少下游...     

黄河中下游水沙调控体系研究与实践

人类活动对流域自然产沙和输移过程影响越来越大,黄河来水来沙情势与过去相比发生了显著变化。分析了黄河来水来沙特性、变化原因和发展趋势,介绍了黄河中下游水沙调控体系骨干工程及其发挥的巨大作用,总结了近年来黄河中下游水库群调度主要实践,分析了水库群联合调度存在的问题,并就如何进一步做好黄河中下游水库群联合调度提出了展望和建议。     

小浪底水库水沙联合调度实践及思考

小浪底水库是黄河中下游水沙联合调度体系的骨干水库,与黄河中游干支流水库群联合调度运用,成效显著。总结分析小浪底水库历年参与黄河水库群联合调度运用实践经验与问题,提出了优化小浪底水库汛前调水调沙、汛限水位动态控制、防凌运用方式的建议。     

从黄河"96·8"洪水谈泥沙优化调度的必要性

黄河"96.8"洪水洪峰流量不大,但黄河下游水位高、出险多、灾情重。其原因是主河槽淤积严重,不仅与长期淤积抬高有关,尤其与当年洪水前期的小流量高含沙来水造成主河槽淤积关系密切。提出应开展泥沙的场次洪水和年际间的优化调度,综合考虑水库与河道的泥沙冲淤情况,通过水库的水沙联合优化调度,塑造理想的洪水与泥沙过程,避免出现小水大沙和大水小沙现象,充分利用水流的输沙能力和淤滩刷槽的特点,实现洪水的减淤效益最大化。     

长江上游水库群联合调度中的泥沙问题

长江上游已形成以三峡水库为核心的世界上规模最大的巨型水库群,2012年开始实施上述水库群的联合调度。分析了水库群联合调度中,与水库泥沙密切关联的汛期防洪、汛末蓄水和汛前消落调度方案及其对水库泥沙带来的影响。在较为深入、系统地研究了长江泥沙变化规律及其原因、水库淤积和长江中下游河床冲刷特性的基础上,对水库群联合调度中面临的水库淤积与长期使用问题,以三峡水库为例,提出了精细化的"蓄清排浑"和库尾减淤等泥沙调度方法。对水库群水沙联调,促进流域泥沙合理配置以及水库群联合调度条件下的泥沙问题与应对措施等提出了建议。     

当前黄河防汛特点与水库优化调度

分析了当前黄河防汛出现的新特点:人类活动造成的黄河流域下垫面变化对中小洪水影响较大,但对大洪水不会有决定性的影响;河道被侵占,进一步发生萎缩,将加重洪水灾害;小浪底水库为黄河下游水沙调度提供了优化空间,但调度难度及要求相应增大;群防队伍组织困难,防汛战斗力差,遇险外迁撤离任务重;黄河下游河道特殊,情况复杂,舆论宣传报道难掌控。提出了未来水库优化调度的建议:黄河水沙关系不平衡,需进一步完善水沙调控的工程体系和非工程措施,开展水沙联合调度;黄河属于资源性缺水河流,应进行分期汛限水位和分级洪水调度研究,开展洪水资源化利用的合理调度。同时分析总结了调水调沙的作用与效果,提出在基本保障黄河两岸工农业引用水的情况下,要用好规划确定的黄河输沙与生态水量,持续开展黄河下游调水调沙。     

黄河中游水库群防洪调度中泥沙处理对策

由于黄河水沙集中的特点，使得中游干流三门峡、小浪底等水库在拦蓄洪水的同时也造成了库区的泥沙淤积，水库防洪调度必须考虑泥沙的处理。通过分析现状黄河中游水库群联合防洪调度方式，阐明防洪调度方案在泥沙处理方面存在的问题，并提出三门峡适时控制、三门峡和小浪底轮流退水、陆浑和故县最后退水等减轻水库和下游河道泥沙淤积的对策。     

黄河干支流防洪形势、总体布局及治理措施

目前，黄河下游洪水威胁依然是国家的心腹之患，中下游干流河段及主要支流防洪工程还不完善，洪水灾害时有发生。黄河下游防洪治理的基本思路是：“上拦下排、两岸分滞”控制洪水；“拦、排、放、调、挖”处理和利用泥沙。黄河防洪减淤的总体布局是：在充分利用现有干支流水库的基础上，继续兴建中游干流古贤、碛口水库，支流沁河河口村水库；根据水沙条件的变化，长期不懈地进行下游堤防加高加固、河道整治、挖河固堤等下排工程建设，排洪排沙入海，保证设防标准内的防洪安全，重点进行东平湖滞洪区建设，长期开展上中游黄土高原的水土保持，减少入黄泥沙；完善防洪非工程措施，黄河下游的主要治理措施是堤防加固，河道整治，东平湖滞洪区加固，滩区安全建设，挖河固堤，河口治理以及古贤，河口村水库建设，上中游干流河段和主要支流的治理措施主要是堤防，河道整治或防冲护岸工程建设。     

黄河治理方略

治黄方略为我国历代安民的决策课题。本文针对“水少沙多”这两点黄河难治的症结，指出减少入黄沙量的治本之策为采用现代工程措施，将黄土高原水土严重流失区整治成错落有致的相对平原，改变其侵蚀地理环境。同时提出了与外流域调水结合的综合治理方略，把黄河下游河道作为淮河及汉江上游洪水的入海通道，增加黄河过洪能力，小浪底水库也可乘机排沙入海。     

流域水沙资源优化配置理论与模型及其在黄河下游的应用

本文在分析流域水沙资源利用现状、水沙灾害性及水沙优化配置必要性的基础上，构建了流域水沙资源联合多目标优化配置理论框架，它由河床演变均衡稳定理论和水沙资源联合多目标优化配置理论组成，进而建立了流域水沙资源优化配置数学模型，该模型包括河床演变均衡稳定模型和水沙资源多目标优化配置模型两个子模型。应用模型计算分析了黄河下游主河槽的均衡稳定断面尺寸和输水输沙优化的临界指标，提出了强化非恒定流调水调沙、调控含沙量60～100kg/m3之间的不利水沙条件等改善小浪底水库调度运用的措施，并进一步提出了黄河下游水沙资源多目标优化配置的模式, 应用模型计算分析了不同水沙条件的水沙资源优化配置方案,为黄河下游河道的科学治理提供了新的思路。     

论"以水库调控为中心"的治黄方略

在王化云“蓄水拦沙”治黄思想的基础上,提出了“以水库调控为中心,上中下游一体治理,兴利与除害并重,水、土、沙资源充分利用”的治黄新方略。分析认为,应抓紧把现有的黄河控制水库体系完备起来,从根本上消除下游特大洪水的威胁,并尽可能实现洪水资源化;在此基础上,对下游河道实行缩窄整治,并做好河口流路规划。为保证水库群的正常运行,当务之急是在多沙支流上建大中型拦泥库,有效地减少入黄沙量。此外,还要改善水库调度的方法,并引入其他措施,以减少水库及下游河道的淤积。各种措施都要围绕着“水库调控”这个中心,互相协调,以取得“兴利除害”的最佳效果。     

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     

小浪底水库“拦沙后期”水沙调控运用的思考

阐述了小浪底水库对黄河下游防洪减淤的贡献和当前下游河道出现的新情况。根据三门峡水库的经验,提出在"拦沙后期"水库下泄泥沙的级配控制、扩大下游河道的输沙能力、水库高含沙调控等水库水沙调控可能遇到的挑战。建议在"调沙减淤"的理念下,制定新的水库水沙调控模式和运行方式,建立包括水库以及下游河道在内的一整套水沙调控决策系统,以尽可能地延长水库寿命和确保下游河道的长治久安。     

维持黄河下游排洪输沙基本功能的关键技术研究

以河床演变学理论为基础，结合黄河下游河道输沙特点，对河槽的排洪输沙作用进行了量化表述，界定了黄河下游河槽排洪输沙基本功能．提出了黄河下游排洪输沙基本功能的判别指标体系；利用实体模型试验研究和实测资料分析．建立了水沙过程与河槽冲淤及断面形态调整之间的响应关系，提出了近期基本满足黄河下游河槽排洪输沙基本功能的概化水沙过程及相应的水量。并形成了水沙调控指标体系；初步提出了维持黄河下游河槽排洪输沙基本功能的中游水库群水沙联合调度方案。研究成果可为黄河小浪底水库水沙调控提供科学依据．对黄河下游的防洪减灾及水资源可持续利用具有重要意义。     

宁蒙黄河治理对策

资料分析表明,宁蒙黄河冰凌灾害频繁的被动局面是由于主槽萎缩、卡冰结坝所致;而洪灾与用水安全问题则是河势变化无常和多沙支流突发性洪水淤堵干流形成"沙坝"引起的。为有效恢复宁蒙河段的行洪排沙功能,实现河道减淤、恢复和维持河道中水河槽、保障防洪(凌)安全的宁蒙黄河治理目标,从产沙、输沙、调控机理三个角度出发,分析了各因素对宁蒙黄河河床演变特征的影响。就产沙而言,通过产沙地貌分区、遥感影像分析和流域水系分区相结合的方法确定黄河上游不同沙源区的分布。基于提出的风蚀输沙通量计算方法及风沙入河估算方法,并结合区域风速与植被覆盖率实测数据,发现近30 a风速下降、区域植被覆盖率上升是风沙侵蚀量与入黄风沙量逐渐减少的原因。分析宁蒙河段日均风速、日降雨量和已有侵蚀观测资料,发现宁蒙地区的风水两相侵蚀主要体现为风蚀与水蚀交错存在及其交互促进,风力侵蚀主要发生在3—5月,水力侵蚀则集中在7—9月。现场观测与黄土降雨侵蚀模型试验则表明,重力侵蚀在黄土高原的整个侵蚀过程中占有重要的份额,暴雨形成的径流是黄土遭到侵蚀的主要外营力,也是激发和加剧重力侵蚀发展的重要影响因子。总体来看,宁蒙黄河的流域产沙具有典型的风-水-重力多营力交互特点,在比尺模型与野外观测揭示的流域径流汇集过程、沟道水流与河床自适应以及非平衡输沙机理基础上,构建了复杂地貌形态的小流域产流产沙动力学模型,成功模拟了不同植被特征和分布状况对流域产流产沙的影响,并得出了植被的减水减沙效果与延滞径流洪峰的作用同郁闭度呈正相关关系,陡坡区域植被对径流洪峰的延滞作用大于缓坡区域的结论。就输沙而言,以泥沙起动、推移质输沙与河床均衡调整等基础理论为基础,提出了水沙两相流数值模拟方法与冲积河流全沙运动模型相似条件。数值计算与模型试验表明,龙羊峡、刘家峡水库联合运用改变径流分配是导致宁蒙河道淤积萎缩的主因,协调水沙关系是修复黄河行洪排沙功能的有效途径。并分析确定了宁蒙黄河河道水沙调控阈值和多沙支流入汇口干流防淤堵的流量阈值,即宁蒙黄河临界调控流量为2 000～2 500 m~3/s,临界含沙量5.4～10.5 kg/m~3,调控时间为15～20 d,证实了通过协调水沙关系可修复和维持宁蒙黄河行洪排沙功能;防止多沙支流入汇堵河的黄河流量阈值为2 500 m~3/s,治理淤堵沙坝配合"挖引疏浚"有效冲刷的干流阈值流量为3 000 m~3/s。从各河段模型试验给出的来沙系数阈值沿程减小的变化趋势看,在内蒙古河段现状河床边界条件下,全线冲刷要求的流量至少为2 600 m~3/s,表明黑山峡工程必须预留充足的水沙调控库容。就宏观调控而言,针对流域下垫面条件多样、入黄泥沙沙源众多、河道输沙受水库调度影响显著等特点,以干流水库群为调节器,以径流泥沙为调节对象,采用模块化开发方法集成了风-水-重力侵蚀模型、河道输沙模型、冰情预报模型于水库联调模型上,构建了可进行大范围、高精度的水沙过程模拟预报的宁蒙黄河区域数字流域模型平台,并成功在下河沿—石嘴山河段进行了调试和应用。此外,针对宁蒙黄河河型复杂、凌汛期易卡冰结坝、夏季多沙支流突发性洪水易堵干流形成"沙坝"等河情状况,提出了"水沙调控、支流拦沙、堤外放淤"的处治模式。在稳定性分汊河段、大型支流入汇段、受沙卵石河床组成限制的河段,则指出不宜强行套用微弯型治理方案,而可采用"工程导送(简称为‘导’)、塞支强干(简称为‘塞’)、挖引疏浚(简称为‘挖’)"方针,亦即"导、塞、挖并举"的对策。建设黑山峡水库、南水北调西线工程等是宁蒙河段长远治理的根本对策,通过增加河道内汛期水量和调水调沙,恢复并维持中水河槽,提供防凌库容,才能彻底解决宁蒙河段凌洪灾害,并得出建立黄河上游沙源固定、支流泥沙阻截、干流泥沙输导与堤外淤沙处置的"固-阻-输-置"综合防治体系,是目前可行的治理对策的结论。     

黄河宁夏段干支流洪水组成分析

黄河宁夏段干支流洪水特性差异,洪水来量及遭遇组合复杂,再加上汛期青铜峡水库防洪形势严峻,故需要对青铜峡水库入库洪水来源及洪水组成进行分析。基于Copula函数构建青铜峡水库上游干支流洪水变量的联合分布,并采用最可能地区组成法计算青铜峡水库上游最可能发生的干支流洪水要素组合。结果表明:青铜峡水库断面设计洪水主要来自上游干流,合理的洪水管理应当考虑支流对青铜峡水库断面影响。通过与同频率地区组成法和典型年实测洪水组成对比分析可知,基于Frank Copula函数的最可能组成法能得到更加合理的干支流洪水遭遇组成情况,从而为青铜峡水库断面提供了更加合理的上游洪水组成方案。     

河床演变的均衡稳定理论及其在黄河下游的应用

在系统分析有关河床演变均衡稳定理论的研究成果基础上,指出河流熵理论的最小可用能耗率原理及其表达式完整地表达了冲积河流河床演变的自动调整作用基本原理,应用河流最小可用能耗率原理的表达式封闭河床演变方程组,建立河床演变均衡稳定数学模型,应用该模型计算了黄河下游各河段在不同水沙条件下的河槽均衡稳定断面,并计算分析了小浪底水库下游的清水冲刷、拦粗排细和水温变化及涨冲落淤等因素对河槽均衡稳定的影响,分析了河道输水输沙优化的临界指标,提出了强化非恒定流调水调沙、调控60-100 kg/m3的不利来水含沙量和以滞洪拦粗排细运用为主等改善小浪底水库运用的措施。