小浪底水库运用前后黄河下游河道河型变化及成因分析

利用实测资料分析、理论判别和分形维数计算等方法,以黄河下游铁谢—伊洛河口、花园口—黑岗口和夹河滩—高村三个典型游荡性河段为研究对象,分析其1960年以来的主流摆幅、弯曲系数和主河槽宽深比等河势参数变化,以及小浪底水库修建前后下游游荡性河段的河型演化过程。结果表明,自20世纪90年代初,除花园口—黑岗口河段仍表现为游荡河性外,其他两个河段因整治工程不断完善其游荡性均有明显减弱,河型趋于限制性弯曲方向发展。自1999年10月小浪底水库拦沙运用以来,三个研究河段的整体游荡程度显著减弱,河势趋于规划流路方向发展,特别是夹河滩—高村河段河势基本稳定。小浪底水库长期下泄低含沙小流量过程,水流动力减弱,加之不断完善的河道整治工程,是河势游荡程度显著减小、河势归顺及河型发生变化的主要原因。     

黄河下游游荡型河道整治效果评估

从河势流路稳定性和河床稳定性等方面分析了黄河下游游荡型河道整治对河势的控制效果。结果表明:经采用微弯型整治方案后,游荡型河段的主溜平均摆动范围逐渐减小,河流稳定性明显提高;每处工程稳定靠溜长度不小于2300 m、工程长4 500 m左右,可以基本稳定游荡型河道的河势,但主流仍会在一定范围内变化。     

黄河下游河势演变中的横河

横河是指河道水流在非工程控导情况下,全河或主溜以与宏观流向垂直或近于垂直的方向冲向堤防、整治工程、滩岸,水流发生急转弯的河势流态。在遭到横河顶冲的地方,会造成滩地大量塌失或工程发生严重险情,甚至造成堤防决口。黄河下游游荡型河段河势变化速度快、幅度大,出现横河的几率远比弯曲型河段、过渡型河段的大。据1950—2009年资料统计,游荡型河段中柳园口—古城、黑石—黑岗口、裴峪—孤柏嘴、禅房—马寨4个子河段是发生横河最多的河段;横河发生次数较多的时段分别为1985—1989年、1970—1974年、1975—1979年、1990—1994年、2000—2004年;形成横河的因素是综合性的,主溜摆动与河势游荡、河床组成差异、流量变化幅度大、主股支股交替是其主要原因;通过河道整治可以减小发生横河的几率。     

赵口—黑岗口河段河势演变特点分析

赵口—黑岗口河段一直以其河势变化复杂而成为黄河下游最难治理的游荡型河段之一。通过总结该河段不同时段河势演变过程,在系统分析主流变迁过程和断面冲淤情况的基础上,总结了该河段河道整治工程的靠河情况。河段内河道整治工程的修建主要集中在1986年以后,但该河段主流仍没有很好地受到工程控制。为进一步控制主流,近期首先应解决赵口—三官庙河段的流路问题。     

黄河下游河道整治工程布局直河段河长探讨

小浪底水库运用后,黄河下游的来水条件发生变化,游荡型河段河势呈现出许多新的特点,部分河段主流流路与规划流路出入较大,河道整治工程送溜能力不足的现象十分明显。在理论探讨直河段河长的基础上,通过对黄河下游多年直河段河长的统计分析,探讨了直河段河长的变化规律,并提出了不同控制几率下直河段河长建议值。     

黄河下游河道整治工程建设规划意见

目前，黄河下游河道整治工程还不能有效控制河势，主流游荡多变，工程自身稳定性差，针对这些问题，根据1990年以来下游来水的实际情况及小浪底水库建成后的来水来沙条件，提出了规划期间河道整治工程建设的整治方案，规划治导线，原则，目标及建设安排意见。尽快完成重点河段工程布点，完善和加高固现有工程，大力推广新结构、新材料，使河道整治能适应小浪底水库水沙变化和河床演变的新形势，并使2020年前黄河下游游荡性河段河势得到基本控制。     

沁河下游河势变化分析

根据沁河下游1983—2011年的主流线套汇图分析,五龙口—伏背河段河势比较稳定;伏背—丹河口河段,上段河势变化不大,下段受支流汇入的影响,河势变化较大;丹河口—武陟为过渡型河段,沙质河床,河势游荡多变,近期来水量较小,河势上提严重,溜势多变,形成"横河"、"斜河"、S形等畸形河弯,危及堤防安全;武陟—沁河入黄口为弯曲型河段,河势变化不大,仅表现为河势的上提下挫。其原因是沁河下游没有进行过系统的河道整治,河道工程均为险工,没有控导河势的作用。建议尽快开展沁河下游的河道整治,以提高沁河下游堤防工程的防洪能力。     

黄河濮阳段河床演变分析

在对黄河下游来水来沙条件及张堂—高村河段主溜线、来沙系数、典型横断面宽深比进行分析的基础上,探讨了濮阳河段水力、泥沙因子间的关系,研究了主溜流路变化及横断面调整的特点。结果表明:河道整治工程的修建使主溜摆动范围明显减小,在改善河势的同时塑造了新的河床形态;在现有工程布局下,整个河段河势大体上得到了有效控制;应进一步完善现有河道工程,增强对濮阳河段河势的控制能力。     

水沙变化条件下黄河下游游荡性河段河势变化特性

根据实测资料分析，总结分析了黄河下游1986年以来水沙变化的主要特点，进而着重对水沙变化后黄河下游游荡性河道河势调整的新特点进行了阐述。其特点主要是：主流摆动幅度减弱，支汉、心滩减少；河道弯曲程度增加，河湾个数增多；工程靠溜部位上提下挫现象增多，工程上首塌滩严重；畸形河湾增加；工程脱河和半脱河现象较为严重；小水易出险等。从而认识到，水沙变化后，河势变化更加复杂。应深入探讨河势调整的机理，并通过小浪底水库调水调沙来减弱水沙变化程度，同时，在一些河势调整剧烈的河段修建能够适应长期中小水河势调整的整治工程是改善不利河势的有效途径。     

新形势下黄河下游游荡型河段的河道整治方案

在分析黄河下游游荡型河段治理现状及存在问题的基础上,结合水沙变化情况,指出了现行河道整治工程布局的局限性,以今后防洪安全、供水安全、生态安全、滩区安全等多种功能需求为背景,提出了进一步完善黄河下游河道整治工程布局的思路和平面型式。治理思路为:明确中水整治规模,适当布置小水整治工程,完善工程布局;加强畸形河势治理;重点河段强化边界控制;防洪工程建设与水生态保护协调发展。整治措施包括:1对已建的直线送溜段坝垛进行改建、加固;2按控制小水的要求对控导工程适当下延或上延,上延时要结合主河道控制线进行;3对特别重要的河段,尤其是两岸有大量引水需求的河段,适当辅以对口丁坝双岸整治以确保河势的稳定;4若局部河段出现畸形河势,则抢险工程宜结合主河道控制线布置。     

In the Central Committee of the Communist Party of the Soviet Union and the Council of Ministers of the USSR

Power Technology and Engineering -     

分流对弯道水流紊动强度影响的试验研究

采用先进的三维超声波多普勒流速仪（ADV）对不同分流比情况下弯道水流紊动特性进行了系统的试验研究。根据试验数据,探讨了不同分流比工况下弯道水流的紊动机理,分析了其紊动特性,同时对紊动强度分布特点进行了比较。     

前置掺气坎坡度对阶梯溢洪道掺气水流影响的数值模拟

为研究复杂边界条件下气液两相界面的流动及混掺现象对工程建设的影响,结合某大型水电站的溢洪道,利用RNG k-ε模型对其进行三维流场模拟,采用有限体积法离散控制方程,并用GMRES算法进行压力求解,对前置掺气坎式阶梯溢洪道和传统阶梯溢洪道泄流壁面上的高速掺气水流进行数值模拟。结果表明:随着掺气坎坡度的增加,其掺气空腔及掺气浓度均有所增大,随着水流下泄掺气浓度沿程降低,达到一定距离后趋于稳定,掺气浓度值达到了减免空蚀破坏的要求;与传统阶梯溢洪道的模拟结果进行对比可知,增设前置掺气坎后,既可以增加前几级阶梯的掺气浓度使水流提前达到水气平衡,也没有降低阶梯式溢洪道的消能率,为解决传统阶梯溢洪道中出现的工程难题提供了一种新思路。