黄河泥沙研究重大科技进展及趋势

从黄河水沙情势变化、黄河水沙运动基础理论、黄河水沙调控理论与技术、河床演变与河道整治,以及黄河下游河道滩槽协同治理、泥沙综合处理与利用方略等方面,概要地介绍了黄河泥沙研究的重大科技进展,展望了黄河泥沙研究的发展趋势,提出了未来一段时期在“黄河流域生态保护和高质量发展”重大国家战略指引下应关注的重大科学问题。     

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。     

黄河下游典型河段现状条件模型试验研究

为解决黄河下游河段淤积加重,主槽淤积萎缩,过流能力锐减,黄河下游地区的二级悬河形势严峻等问题,探索恢复下游河段主槽过流能力的治理措施,通过实体模型试验“82·8”洪水过程,研究试验河段淤滩刷槽的特点,为小浪底引黄工程调水、调沙、调度决策提供技术支撑.     

黄委第五届优秀青年科技工作者简介

<正>刘生云现任黄河勘测规划设计有限公司规划研究院副总工程师,教授级高级工程师。参与黄河流域防洪规划、黄河流域综合规划、黄河下游滩区洪水淹没补偿政策研究、黄河下游长远防洪形势和对策研究等多项重大规划、研究工作;主持黄河流域滞洪区建设与管理规划、黄河下游滩区综合治理规划、黄河下游近期防     

黄河下游河道萎缩过程中洪水水位变化研究

采用实测资料分析和理论探讨相结合的方法,研究了河道萎缩过程中黄河下游洪水水位的变化特征与变化机理。研究结果表明:1986年后,黄河水沙过程变异,下游河道严重萎缩,洪水起涨水位显著升高,洪水上涨过程中水位涨率明显增大,滩槽水位变化不一致性增强。洪水起涨水位的升高主要是河道萎缩过程中主槽持续淤积抬高所致,起涨水位的升高对洪峰水位抬升幅度影响大,而行洪过程中黄河下游宽河段强大的断面调整功能极易造成洪水水位的陡涨猛落,其影响也不容忽视。通过引入洪水水位涨率特征参数θ,建立了θ与黄河下游河道主槽宽度、滩槽糙率比、排沙比等因素的定量关系,结果显示,黄河下游河道萎缩过程中,输沙能力降低,主槽宽度大幅度缩窄,滩地阻力明显增大,均会导致洪水水位涨率增大。以谢才公式为基础的理论分析进一步证明,黄河下游河道洪水水位涨率与河道萎缩具有非线性响应关系,河道萎缩越严重,洪水水位涨率增大的幅度越大。     

黄河下游漫滩洪水的淤滩刷槽作用

淤滩刷槽是指多沙河流发生漫滩洪水时出现的滩地淤积、主槽冲刷(或少淤)的现象,为多沙河流的主要特征之一。以黄河下游河道为对象,利用实测洪水资料,对漫滩洪水的滩槽水沙交换、主槽断面形态改善及其对滩槽冲淤的影响进行了研究。滩槽水沙交换及其引起的主槽断面形态改善是造成漫滩洪水淤滩刷槽的主要原因。淤滩刷槽可减少河道的总淤积量,并可改善河道的横断面形态。当漫滩洪水来沙系数小于0.012 kg·s/m~6及洪水漫滩系数大于1.5时,淤滩刷槽作用明显。为减少主槽及河道的淤积,其可作为漫滩洪水调度的调控指标。     

黄河下游宽河段漫滩洪水作用初析

通过实测资料分析,阐明黄河下游宽河道在持续萎缩的情况下漫滩洪水仍具有较强的淤滩刷槽的行洪特点,指出漫滩洪水造成的滩地淤积主要来自于滩槽水流泥沙的横向交换。通过2002年的调水调沙试验,验证了漫滩洪水可有效增加平滩流量的认识,建议在下游泥沙还没有得到有效控制的情况下允许洪水在一定范围内漫滩,这样从长远来看对防洪是有利的。     

小浪底水库拦沙期应急保滩能力研究

黄河下游滩区防洪是当前中下游洪水调度的难点，研究利用小浪底水库拦沙期较大的库容兼顾滩区防洪安全十分必要。通过实测资料分析、数学模型计算，分析了黄河中游洪水分期特点及近期变化，提出了适宜的保滩流量和分期分级洪水保滩库容需求量，研究以小浪底水库为主的中游水库群应急保滩运用方式，分析了水库应急保滩能力。结果表明：扣除大洪水防洪所需库容，前汛期小浪底水库现状汛限水位235 m以上库容可保证5 a一遇“上大洪水”下游不漫滩，“下大洪水”因小花间无控制区来水量较大，故难以保证下游滩区洪水不漫滩；后汛期现状汛限水位248 m以上库容可保证10 a一遇洪水下游不漫滩。实时调度中结合预报小浪底水库提前预泄腾库，保滩能力可进一步提升。但随着小浪底水库拦沙库容逐渐淤满，水库兼顾下游滩区防洪的能力将逐渐降低。     

黄河下游河道冲淤计算方法

本文介绍黄河规划治理中常采用的下游河道冲淤计算方法.黄河下游来水含沙量大,含沙量变幅大,河床边界条件复杂,特别是漫滩洪水及高含沙洪水,洪峰沿程传播变形及滩槽水流横向交换引起的滩槽冲淤变形均较明显.实际上是三维非恒定流的河床变形问题.本计算方法由黄河下游实测水沙资料分析求得黄河下游各水文断面主槽输沙公式,它反映了黄河下游各断面输沙率不仅与本断面水力条件有关,而且与上游断面来水含沙量有关.根据下游河道型态特性对河床边界条件进行概化处理,运用一维河床变形的三个基本方程进行河床变形计算.漫滩洪水采用马斯京根法进行洪水推演,将不断进行的滩槽水沙横向交换概化为分段进出的漫滩水流.在每小段进出口处进行滩槽水流混合及滩槽分流计算,在每小段内分别进行滩地和主槽的一维冲淤计算.经过三十余年实测资料验证,不论冲淤总量还是沿程各河段及横向滩槽冲淤分布均较符合实际.     

对黄河“96.8”洪水的主要认识

对黄河“９６．８”洪水分析成果进行总结，认为９０ 年代以来黄河下游中常洪水多次出现历史最高洪水痊，是泥沙淤积发展的必然结果；主槽萎缩、中常洪水大漫滩，使昨洪峰传播缓慢并产生异常变形；下游河道整治工程初步控导了主流，洪水期河势基本稳定；洪水位高、水深大、漫滩历时长，造成滩区灾情严重。指出，由于黄河水沙条件已发生根本性变化，黄河中下游防洪形势严峻，必须提高认识，加强领导，增加投入，加速黄河治理，确保防     

小浪底水库拦沙运用九年后黄河下游防洪形势预测

小浪底水库建成拦沙运用九年来,黄河下游河道断面形态全面调整,洪水演进呈现出新的特点,黄河下游防洪形势也发生了相应的变化。本文在分析现行河道断面形态及洪水演进特点基础上,结合近期实体模型试验成果,探讨了黄河下游防洪形势的调整变化。认为:与调水调沙前相比,目前花园口以上河床冲刷下切明显,河道过流能力提高;洪水上滩几率减小,滩区对洪水削峰功能减弱,洪水传播速度加快。花园口至高村远至孙口河段,96.8洪水形成高昂的滩唇,影响上游水量同步归槽,同时上游滩区退水又造成高村以下河段洪峰显著变胖,滩区大量进水,长时间滞洪,保持高水位,灾情进一步加重。在当前极端天气频繁发生的情况下,黄河下游的防洪形势仍不容乐观,希望引起有关部门的高度关注。     

不同治理模式下黄河下游水沙运行机制研究——“黄河下游滩区生态再造与治理研究”之二

通过建立黄河下游花园口至艾山河段二维水沙模型,采用实测资料分析和模型计算等多种手段研究黄河下游水沙运行机制。黄河下游宽河段以艾山为卡口形成平原水库,当发生漫滩洪水时,水流进入滩区,泥沙大量落淤,而后清水退入主槽,既减轻主槽淤积甚至产生"淤滩刷槽"效果,又减少了艾山以下窄河段的洪峰流量和泥沙淤积,是黄河下游防洪减淤体系的重要组成部分。受滩区人类活动和来水来沙等因素影响,现状河道存在漫滩水流顶冲堤防、顺堤行洪以及滩槽水沙交换不畅等问题,中小洪水期间河道淤积的泥沙90%以上分布在主槽和嫩滩,即使大洪水期间滩区构筑物影响减弱,仍有约50%淤积量分布在嫩滩;滩区防护堤方案缩窄了河道,客观上减少下游河道淤积7%~30%,但是加大了大洪水期间嫩滩淤积量;生态治理方案实施"高滩"淤筑和"二滩"再造,消除了"二级悬河"和滩槽横向倒比降,实现了洪水自然漫滩,减少下游河道淤积20%~50%,嫩滩淤积减少幅度更大,有利于遏制"二级悬河"形成。     

黄河下游水沙复杂变化与河床调整的关系

冲积河流具有自动调整的功能，针对不同的来水来沙和边界条件，河流会作出相应的调整。1986年以来黄河下游水沙呈现有效造床洪水峰值减小且出现频率下降，枯水历时大幅度增加和小流量对河道的造床作用加强等特点。本文通过分析黄河水沙变化特性，探讨了河床沉积与形态调整的变化。研究表明，黄河下游河道的冲淤特性与不同时期年均来沙系数具有较好的相关关系，当年均来沙系数小于0.015时，下游河道处于不淤的临界状态。通过小浪底水库调控水沙过程，保证一定规模的造床流量，对于塑造黄河下游合理的滩槽结构是非常重要的。     

黄河下游不同流量级洪水冲淤特性的计算与分析

运用黄河下游水文学冲淤计算模型,对2002年和2009年小浪底水库调水调沙试验方案进行了计算,计算结果与实测值吻合较好。以2002年调水调沙总水量为控制指标,选取2002年地形(长期淤积)和2009年地形(长期冲刷)为边界条件,以清水下泄和来沙系数为0.01 kg.s/m6两类洪水,按照不漫滩、平滩和小漫滩三种方案,计算了黄河下游河道在不同边界条件下的滩槽冲淤量,以及各河段平滩流量的变化特征,对比分析了两类洪水在不同方案下的滩槽冲淤效果。对于清水冲刷,当以下游河道的最大平滩流量控制小浪底水库下泄流量时,全下游的冲刷效益最大。对于来沙系数为0.01kg.s/m6的高含沙水流,流量级越大,全下游的主槽冲刷量和平滩流量增幅越大,但淹没损失也较大。需要通过进一步研究,得到使全下游冲刷效益和淹没损失达到最优化的流量,作为小浪底水库的调控下泄流量。     

2018年汛期黄河水沙调度实践

2018年汛期黄河流域暴雨过程频繁,中雨以上降水过程出现21次,上游出现3次编号洪水,洪水水量大、持续时间长,中下游干流也发生较长时间大流量过程。面对洪水,黄河上中游水库进行联合防洪调度和水沙调控,充分发挥拦洪削峰错峰作用,合理利用水库河道排沙输沙,取得了显著的防洪减灾减淤成效和洪水资源利用效果。对2018年汛期雨水情、洪水调度、水库河道冲淤和调度效果等进行了分析,取得的主要认识有:①扎实准备、超前部署、精准预报、科学决策、团结协作,为本次防汛提供了保证;②水沙调控理论和实践得到了丰富和发展,首次实现了全河层面的水沙联合调控;③黄河水沙调控体系亟待完善,建议加快黄河中游古贤水库上马步伐,实现黄河水沙资源综合利用,确保黄河防洪安全。     

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     

关于黄河下游二级悬河治理的探讨

分析了黄河下游二级悬河的形势,针对二级悬河治理的必要性和紧迫性,提出治理二级悬河应坚持全面规划、统筹兼顾、远近结合、标本兼治、综合治理的原则,主要措施包括:①加快建设二级悬河严重河段堤防的加固和防护工程;②破除生产堤等行洪障碍,利用大洪水淤滩刷槽;③利用中常洪水引洪淤滩;④人工疏浚河槽,淤填堤河,淤堵串沟;⑤结合引黄沉沙淤填堤河洼地。近期应做好规划、开展试点、加强相关研究工作。     

黄河下游典型河段滩槽分界二维洪水数值模拟

采用平面二维水沙数学模型,在黄河下游河道现存生产堤条件下,针对典型洪水进行洪水模拟计算研究。通过对黄河下游典型河段的洪水数值模拟,分析研究该区域洪水演进、漫滩及河势变化状况、滩槽流速分布及单宽流量分布,给出滩槽分流比及滩区不同程度的淹没范围。这一研究对于明确滩槽范围、为滩区受洪水灾害补偿提供明确范围、为滩区发展创造良好环境及维持黄河健康生命具有非常重要的意义。     

2018年汛期黄河水沙调度实践

2018年汛期黄河流域暴雨过程频繁,中雨以上降水过程出现21次,上游出现3次编号洪水,洪水水量大、持续时间长,中下游干流也发生较长时间大流量过程。面对洪水,黄河上中游水库进行联合防洪调度和水沙调控,充分发挥拦洪削峰错峰作用,合理利用水库河道排沙输沙,取得了显著的防洪减灾减淤成效和洪水资源利用效果。对2018年汛期雨水情、洪水调度、水库河道冲淤和调度效果等进行了分析,取得的主要认识有:①扎实准备、超前部署、精准预报、科学决策、团结协作,为本次防汛提供了保证;②水沙调控理论和实践得到了丰富和发展,首次实现了全河层面的水沙联合调控;③黄河水沙调控体系亟待完善,建议加快黄河中游古贤水库上马步伐,实现黄河水沙资源综合利用,确保黄河防洪安全。     

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。