黄河下游高含沙洪水河床形态及调控指标

利用水库调控高含沙洪水是维持黄河下游主槽不萎缩的重要途径。基于黄河下游实测高含沙洪水冲淤特性的分析,按流量大小对高含沙洪水进行了分类,提出了黄河下游高含沙洪水的分类调控思路及相应的调控指标。大漫滩高含沙洪水,在满足黄河下游防洪要求的前提下,控制洪峰流量大于1.5倍的平滩流量,来沙系数在0.012~0.04 kg·s/m~6范围内。一般高含沙洪水,控制黄河下游洪水流量接近平滩流量,并尽可能控制来沙系数在临界值附近。高含沙小洪水,控制黄河下游洪水流量在2 500 m~3/s以下,洪水沙量小于2亿t。高含沙洪水经过分类调控后,可较大限度地利用滩地淤沙、主槽输沙能力排沙及花园口以上较大的主槽库容滞沙,维持或提高黄河下游主槽过流能力。     

流域产水产沙耦合对黄河下游河道冲淤和输沙能力的影响

在具有水沙异源特征的流域中,不同水沙来源区的来水来沙之间的关系,可以称为流域水沙藕合关系.流域水沙耦合关系通过流域侵蚀带与沉积带的耦合,会进一步影响沉积带的冲淤过程.对于黄河流域,提出以多沙粗沙区的来沙量和河口镇以上清水区的来水量之比来表示流域产水产沙搭配关系,称之为流域产水产沙耦合指标.无论是对于洪水系列还是对于年系列,黄河下游来沙系数、含沙量与流域产水产沙耦合指标之间都具有密切的关系.流域产水产沙耦合指标控制着下游河道的来沙系数、平均含沙量和最大含沙量,并进而影响河道冲淤量和河道泥沙输移比.黄河下游高含沙水流的发生与流域产水产沙耦合指标I(ws)之间有密切的关系.当I(ws)<0.314t/m3时,下游可不再发生高含沙水流.这启示我们,通过对多沙粗沙区来沙量和河口镇以上清水区来水量的控制,可以减少下游河道高含沙水流发生的频率.对于场次洪水而言,当流域产水产沙耦合指标I(ws)<0.2t/m3时,冲淤量、淤积强度变化很小,但当I(ws)>0.2t/m3以后,冲淤量、淤积强度迅速增大.本文的研究成果对于黄河流域的治理有一定的参考意义.通过对流域水沙耦合关系的调控,来减少下游河道的淤积,是一种可行的途径.     

调水调沙治理宁蒙河道淤积萎缩的可行性研究

利用实测资料分析了宁蒙河段大断面冲淤变化、洪水冲淤特性及分组沙的冲淤特性、大流量历时与冲淤量的关系,论证了利用水库调水调沙治理宁蒙河道淤积萎缩的可行性。结果表明:在合适的水沙条件下,通过水库调水调沙,在宁蒙河段支流来沙量较大时以2 500³ 000 m3/s的大流量集中泄放,一次洪水历时不小于14 d,汛期年均持续时间为30 d以上,对减轻内蒙古河道淤积、恢复并长期维持中水河槽大有好处,同时可为中游高含沙小洪水的泥沙输送提供水流动力。     

冲淤变化对分洪工程过水能力影响的初步探討

原文讨论的问题,在生产实践中很有意义,其中有些论点尚值得探讨商榷. 任何河、渠(包括分洪工程的引河及其闸下游)的冲淤变化取决于来沙量与挟沙能力之间的对比关系,挟沙能力小于来沙量则发生淤积.通常在分析河、渠挟沙能力时可以发现含沙量ρ与流量Q间近似地有线性关系,即ρ=KQ.(5)但不同河、渠之K值远不相同,甚至同一段河、渠在不同时期K值也不同.黄河下游人民跃进渠,汛期K     

潼关高含沙洪水特性分析

潼关1961—2011年最大含沙量大于200 kg/m3的高含沙洪水共95场,其中58场洪峰流量为2 000~6 000m3/s,76场水量为1亿~16亿m3,68场沙量为1亿~2亿t。2000年以来潼关高含沙洪水场次减少,洪峰流量减小,水量和沙量明显减小。潼关高含沙洪水71.6%场次以龙门来水为主,9.5%场次以渭河来水为主,18.9%场次两者共同来水;龙门来沙为主的场次占40.0%,华县来沙为主的占37.9%,两者共同来沙的占22.1%。潼关高含沙洪水悬移质中数粒径一般为0.01~0.04 mm,中数粒径随含沙量增大而增大,中沙、粗沙和细沙含沙量随总含沙量的增大而增大。     

高含沙洪水冲刷规律的探讨

本文就低含沙洪水与高含沙洪水对河床的冲淤模式进行了描述，在对洪水冲刷河床的力学机理进行分析的基础上，初步建立了来水来沙与河床基本相互适应的条件下洪水冲刷深度与来水来沙的关系，并用黄河干支流资料进行了讨论与验证。该公式考虑因素简单，计算方便同时适用于低含沙与高含沙供水，可以用来估算洪水黄河干支流河床的冲刷情况。     

渭河下游近期水沙特性及冲淤规律

本文着重分析了近十年渭河下游水沙变化的情况。指出近十年渭河下游水量，沙量的减少主要是可咸阳以上干流大流量级水量，沙量的减少造成的，水量减少的幅度远大于沙量的减少幅度。分析表明：小流量级水量的减少与对应沙量的增加，使得高含沙小洪水发生的机会增加。     

渭河水沙变化及特性分析

由于受地形和大气环流的影响以及下垫面的不同，渭河流域水沙异源，西北多沙，东南多水。７０年代以来，渭河水沙发生了较大变化，水沙量不断减少，但水量减少幅度大小沙量，而且较小流量级输沙百分比增加。１９８６－１９９６年，渭河发生大洪水较少，洪水量也较小，但高含沙洪水仍然存在，而且含沙量增加，输沙量也很大，特别是以泾河来水为主时，常出现高含沙水流。     

黄河下游高含沙洪水水库调控技术研究

黄河下游场次洪水来沙系数与下游河道的冲淤关系密切,进入下游的典型高含沙洪水的平均来沙系数为0.093~0.105,如洪水期在下游沿程无引水,小浪底水库不调节,则相应全下游淤积可占到来沙的59%~62%,故小浪底水库拦蓄高含沙洪水为下游减淤是有必要的。但必须考虑由此导致的水库淤积加重及入海沙量减少。本文提出了以小浪底水库排沙比Y表达的控制指标,对代表性洪水系列的计算表明,在现有洪水来沙系数范围内,小浪底水库正常运用的宏观控制指标可取Y=2/3,能兼顾水库尽可能少淤、下游减淤及多排沙入海,确保减淤比在40%以上。在实际操作中需视洪水来沙系数预报值,据小浪底水库合理拦沙运用的控制指标进行调控。迄今小浪底水库淤积已占原设计拦沙库容的30%以上,应考虑降低汛期水位,为洪水期水库排沙比提高到Y=2/3左右创造条件,以抑制库容淤损过快的势头。     

黄河下游不同含沙量洪水对河道冲淤的影响

通过对黄河下游洪水进行分类对比，系统地分析了各类洪水水沙特性、冲淤规律，着重强调了1986年以来水泥冲淤特性。研究了不同含沙量级洪水对河道冲淤的影响作用。研究表明，一般洪水对冲淤影响最大的因素是含沙量，高含沙洪水是来沙量，低含沙洪水的来水量。     

基于系列水沙条件的黄河内蒙段河床演变试验研究

为了探讨系列径流泥沙过程对河床演变的累积效应,对黄河内蒙三湖河口-昭君坟河段,进行了5种不同系列年水沙过程的河床演变试验研究.规划整治工程方案因归顺河势,有效减少了主槽淤积;调水方案流量Q＜ 400m3/s出现几率低,有效减小了小水淤积.不同方案累积淤积量还与高含沙支流洪水的入汇几率有关,入汇次数多,淤积量大;同时也对模拟河段局部纵剖面演变有重要影响.当水沙系列过程使得小流量过程占优时,河相关系(√B)/H增大,平滩流量降低;数据分析表明汛期来沙系数S/Q与河相系数(√B)/H间存在对数型关联性,说明汛期水沙条件是影响河道断面形态的重要因素.     

黄河下游水沙条件对河道冲淤的影响

根据1950年以来黄河下游河道实测水沙资料,分析了黄河下游河道汛期淤积比与小浪底站径流量、输沙量、平均流量、平均含沙量和采沙系数的关系;根据2002-2008年小浪底水库8次调水调沙期间的实测数据,进一步分析了调水调沙时黄河下游河道水沙条件对河道冲淤的影响.结果表明:黄河下游河道汛期淤积比随小浪底站径流量或平均流量的增大而减小,随小浪底站平均含沙量或来沙系数的增大而增大;调水调沙期间下游河道均发生了冲刷,河道淤积比随来沙量、出库平均含沙量和来沙系数的增大而增大,随出库径流量和洪水历时的增大而减小;2007年汛后小浪底出库调控流量为3 600 m3/s、舍沙量为40 kg/m3时,下游河道基本达到冲淤平衡.     

黄河流域洪水对入海泥沙通量的影响

利用1950～1985年大样本洪水资料,研究了黄河流域洪水过程中三黑小所控制的流域水沙条件与入海泥沙通量和通量系数的关系,分析了泥沙通量与流域水量、沙量和平均流量的关系。在三黑小沙量与入海泥沙通量的关系中,从量上看,黄河下游河道具有“多来多排”的特性;从比例上看,具有“多来多淤”的特性。不同来源区洪水对泥沙通量和通量系数具有不同的影响,平均每场洪水泥沙通量按大小排序依次是:多沙粗沙区、下少沙区、上少沙区和多沙细沙区。通量系数按大小排序依次是:下少沙区、上少沙区、多沙细沙区和多沙粗沙区。     

黄河下游低含沙洪水的冲淤特性兼论艾山-利津河段不淤临界流量

黄河下游上、下河段河道形态迥异,同流量输沙能力上段大,下段小。观测表明一定流量的低含沙洪水,就全下游来说可以产生冲刷,但对下段(艾山以下)来说往往发生淤积。本文通过实际资料分析了下游河段的排沙比关系及不同来沙条件下泥沙冲淤强度等规律,并利用下游低含沙水流挟沙力关系,深入分析了艾山—利津河段不淤临界流量。结果表明这段河道不淤流量不仅与来水含沙量有关,还与河口段淤积延伸对艾山—利津段水面比降有顶托作用有关。     

多沙河流洪水演进的计算方法

本文研究了符合于多沙河流洪水演进的计算方法.黄河流域干支流上汛期最大含沙量高达1000kg/m~3以上.汛期洪水在河道里既有水量调蓄作用,也有沙量调蓄作用.河床泥沙的大量淤积或冲刷,直接影响到河段的出流量.因此马斯京干洪水演进计算方法只能适用于清水河流.本文通过水沙量平衡方程式推导得修正流量的含沙率,并修正了马斯京干洪水演进公式.     

蒲河姚新庄以上流域产沙与输送研究

本文根据二十余年实测资料分析结合三年的现场流变试验,从高含沙水流运动的基本理论出发,给出蒲河姚新庄以上的流域产沙与输沙特性;汛期水沙关系;洪水期水沙关系;高含沙水流流动形态;含沙水流中d≤0.01mm沙量在150kg/m~3以上可输送上游全部来沙;高含沙水流的Q_2～Q关系可分为宾汉流体高沙区(S≥400kg/m~3)、宾汉流体低沙区(400kg/m~3>S≥100kg/m~3)及一般水流挟沙区(S<100kg/m~3).对不沉粒径也做了初步分析. 高含沙水流都在洪水期发生,可输送全年沙量的96％.致使河道与下游水库不发生淤积.     

“揭河底”冲刷期龙门—潼关河段的水沙响应

在分析黄河龙门站、潼关站历年高含沙洪水的基础上,建立了"揭河底"冲刷期潼关站汛期水沙量、洪峰期3 d水沙量、洪峰、沙峰以及洪峰时段泥沙粒径等与龙门站的响应关系。结果表明:龙门—潼关汛期水量响应关系较好,汛期沙量出现明显衰减,高含沙洪水的沙量减幅大于一般含沙量洪水的;潼关站洪峰期3 d水、沙量均小于龙门站的,"揭河底"洪水的3 d水沙量大于没有发生"揭河底"洪水的;对于一场高含沙洪水过程,流量和含沙量沿程均会衰减,发生长距离"揭河底"冲刷洪水的减幅要小于没有发生"揭河底"冲刷洪水的;近年来发生的局部"揭河底"冲刷洪水含沙量的沿程减幅明显增大,潼关站洪峰期泥沙的中值粒径多小于龙门站的,而发生长距离"揭河底"冲刷的洪水泥沙粒径细化程度较低,这对三门峡库区和黄河下游河道的冲淤非常不利。     

泥沙源区沟道输沙能力的计算方法

小流域沟道是泥沙进入江河的初级通道，在洪水流量较大时，沟道挟沙力强，其输沙量往往接近断面以上流域侵蚀量，进入江河的沙量取决于流域内的补给沙量，但在洪水流量较小时，沟道水流挟沙力下降，其输沙量小于断面以上流域侵蚀量，进入江河的沙量取决于各级沟道的挟沙能力。黄土地区小流域沟道纵坡陡，固体物质补给又十分丰富，虽然沟道尺度不大，但水流含沙量却很高，已有各种基于低含沙水流的挟沙公式不能表达沟道中高含沙水流的输沙特性。作者通过分析及试验研究，求得在输沙平衡条件下水流泥沙因子间的关系，提出小流域沟道挟沙力公式，经初步验证结果满意，这为估算分析不同条件下流域输沙量提供依据，也对水土保持规划有一定的指导意义。     

黄河内蒙古段洪水对河道冲淤的影响

分析了黄河内蒙古河道洪水期不同流量级洪水的特征及洪水水沙搭配情况,探讨了不同流量级洪水对河道冲淤的影响。结果表明:①1958—2006年巴彦高勒站最大洪峰流量呈减小趋势,洪水期天数、各级流量洪水出现的场次也呈减小趋势,1987—2006年各量级洪水出现的天数发生变化,小流量级洪水占的比例增大,大流量级洪水占的比例减小;②1958—2006年巴彦高勒站洪水期水量、沙量均呈减少趋势,1987年以后小流量级水量占比例最大,大流量级水量占比例最小;③同一年不同量级洪水的来沙系数比较接近,1987年以后各量级洪水来沙系数增大;④随着含沙量的增大,各量级洪水的单位水量冲淤量增大;⑤小于1 000、1 000～1 500、1 500～2 000、2 000～3 000 m3/s和大于3 000 m3/s洪水河道冲淤的临界含沙量分别为5.0、6.0、8.5、10.0 kg/m3和6.0 kg/m3。     

黄河下游高含沙洪水演进及河床冲淤过程的数值模拟

高含沙洪水通过黄河下游河道时往往发生严重淤积,因此,数值模拟研究高含沙洪水的演进过程,对理论研究及实际工程需求均具有重要意义.以往的泥沙数学模型通常不考虑高含沙量对水流控制方程的影响.而这将会影响高含沙洪水演进过程的模拟.本文建立了黄河下游高含沙洪水演进过程的一维非恒定非均匀沙数学模型,该模型不仅在水流控制方程组中采用浑水的连续方程与动量方程,而且通过引入滩槽划分及"二级悬河"处理等技术考虑黄河下游复杂地形下的水沙演进.以1977年的典型高含沙洪水过程为例,分析高含沙量对洪水演进的影响,并率定出模型中的恢复饱和系数、不饱和系数等关键参数.将率定后的模型参数应用于1992年下游实测洪水的模拟,验证模型的适用性.计算结果表明:考虑高含沙的影响后,洪峰流量、水量、传播时间的模拟误差减小,说明在数值模拟高含沙洪水的演进中有必要采用浑水控制方程.