黄河下游河道高含沙水流的输沙能力分析

相同水流条件下，高含沙水流比低含沙水流具有更大的输沙能力，本文通过对高含沙水流颗粒组成下游河道具体条件的分析，得出下游道高含沙水流输沙能力关系式，用以阐明各种因素对河道输沙能力的影响，为今后小浪底水库运用及下游减淤措施的规划提供一定依据 。     

黄河小浪底水库运用与下游河道防洪减淤问题

黄河下游淤积发展的根本原因是来水流量减少、河运输沙能力严重不足．通过干流小浪底水库“调水调沙”运用，减少下游河道淤积的指导思想，似乎仍然建立在河道输沙能力强，足以将大部分或绝大部分泥沙输送入海的认识基础上．极据黄河下游水沙特性及河道的具体条件，通过试验得出河道输沙能力的关系，分析了不同河段输送各级含沙量需要的输沙流量及游荡性河段在高含沙条件下的演变特性和带来的危害．提出在下游来水量日益减少的情况下，河道减淤除利用水库调节水沙外，应采取出库高含沙水流通过渠道向两岸低地放淤等综合减淤措施．其优点是大大减轻了河道的输沙负担，使小浪底水库不受或少受排沙运用制约而发挥应有的综合利用效益，还可大量节约黄河的输沙用水．     

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。     

黄河下游节水减淤的高含沙输沙方式商榷

本文回顾了近２０年有关利用高含沙水流解决黄河下游泥沙问题的研究过程，并节省输沙用水、人为产生高含沙水流、泥沙堆放地点等问题。认为通过小浪底水库对泥沙进行多年调节，产生有利的水沙组合，改进高村以上宽浅游荡河道为窄深河槽，再利用窄深河槽输送高含沙水流经的措施是解决黄河下游防洪、减淤问题的有效措施。     

治理黄河淤沙的设想

黄河下游断流与弃水并存的主要原因是缺乏调节水量之水库，三门峡水库不能充分调节水量的原因是库区泥沙淤积；近年来黄河下游出现小洪水、高水位、大损失的主要原因亦是河道输沙能力不足引起下游泥沙淤积。文中提出在小浪底库区采用孔管塔排沙系统产生高含沙水流排沙，采用“沙到渠成”、“淤滩刷槽”技术修建明渠将库区淤沙送至两岸洼地及低滩的设想，对多沙河流的治理具有参考价值。     

黄河典型冲积性河道输沙能力影响因素分析

以水力学、河床演变学、河流泥沙动力学等理论为指导,对黄河典型冲积性河道输沙能力的影响因素进行了研究。结果表明:较弱的水流动力条件是宁蒙河道输沙能力比较弱的主要原因;窄深的断面形态和高含沙洪水决定着渭河下游河道具有极强的输沙能力;黄河下游河道输沙能力较大的原因是该河道具有较强的水流动力条件;小北干流河道尽管水动力条件也较强,但是泥沙粒径较大导致了河道输沙能力降低。     

多沙河流横断面调整及其对排洪和输沙能力的影响

多沙河流输沙能力的变化，突出地表现为河槽横断面的调整。黄河下游高含沙洪水过后，使游荡型河段河槽宽深比大幅度减少，从而提高了同流量的输沙能力，但因此使排洪能力大幅度下降。频繁出现的高含沙洪水异常高水位证明，断面缩窄比前期河床淤高对洪水位的影响更大。为了解决排洪与输沙的矛盾，建议排江与输沙分道，即尽可能地将高含沙水流徙用干流水库拦蓄，再用明渠向两岸高浓度输沙放淤，而河道只输送低含沙水流入海。     

黄河小浪底水库异重流排沙效果分析及下游河道的响应

全面分析了小浪底水库蓄水拦沙期2000-2006年库区及下游河道泥沙冲淤调整;在分析泥沙输移规律的基础上量化了连续冲刷状态下河道输沙能力变化与累计冲刷量间的关系,揭示了冲刷条件下河道输沙能力降低是因为床沙有效交换层内小于0.05mm的细沙及中沙补给不足造成的;结合三门峡水库拦沙期的观测资料,对比研究了异重流洪水期间小浪底水库的排沙效果及其下游河道对高含沙异重流水沙过程的响应,指出了小浪底水库对洪水具有较大的"拦粗排细"潜力,且高含沙异重流洪水不会造成河道严重淤积.因此,在洪水调度中,要充分利用水库塑造异重流洪水,多排少拦,以达到下游河道长期减淤的目的.     

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。     

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。     

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。     

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。     

治理黄河淤沙的设想

黄河下游断流与废水并存的主要原因是缺乏调节水量之水库，三门峡水库不能充分调节水量的原因是库区泥沙淤积；近年来黄河下游出现小洪水，高水位，大损失的主要原因亦是河道输沙能力不足引起下游泥沙淤积，文中提出在小浪底库区采用孔管塔排沙产生高含沙水流排沙，采用“沙到渠成”，淤滩刷槽技术修建明将库区淤沙送至两岸洼地及低滩的设想，对多沙河流的治理治理具有参考价值。     

黄河下游高含沙水流输沙的可能性与制约因素

鉴于黄河历史上曾出现过主槽冲刷状态下的高含沙洪水,考虑到高含沙洪水的强大输沙能力,围绕黄河下游的高含沙洪水泥沙输送能力开展了研究,并对一般挟沙水流和高含沙水流的临界含沙量进行了定量计算。结果表明:天然条件下可实现使河道处于冲刷状态的高含沙洪水,其水沙条件具有一定的特殊性,特别是经过河道沿程天然筛选后的级配与含沙量需满足一定的条件;长距离输沙时,持续的高含沙历时也是远距离传播的必要条件之一。     

黄河下游低含沙水流挟沙力研究

冲积河流在低含沙水流冲刷后，床面粗化使水流挟沙能力下降现象十分明显。三门峡水库蓄清排浑运用后，黄河下游河道汛期淤积、非汛期冲刷，同样由于断面展宽，床面粗化及悬沙组成也变粗，使得水流挟沙力急剧下降。因此讨论低含沙水流冲刷条件下的水流挟沙力是评估水库下泄大流量冲刷下游河道效果的关键问题。通过试验及野外资料提出的低含沙水流挟沙力公式，它形式简单，与已有公式不同的是，它反映了河道边界条件(即坡降、床沙粗细及断面形态)及泥沙特性对挟沙力的影响。经黄河下游实测资料验证满意，可用以定量估算下游大流量低含沙量时冲刷的减淤作用及艾山-利津河段不淤(或微冲)需要的临界流量。     

多沙河流水流输沙能力的研究

河道中出现的高含沙量水流绝大部分属于非均质两相水流，和低含沙水流一样，同样存在水流挟沙力问题.但由于高含沙水流性质的改变，其挟沙能力关系式与低含沙水流存在着较大的差别.本文分析了国内应用最为广泛的水流挟沙力关系式所存在的一些问题，提出了以水流紊动支持泥沙悬移为基础的水流挟沙力公式，并通过水槽输沙试验得到了含沙量较高(S>40kg/m3)时的一种新型挟沙力公式.该公式通过黄河下游、洛惠渠等实测资料的验证，结果令人满意，可应用于计算不同河槽形态的河道输沙能力，水流阻力.     

小浪底水库拦沙对黄河下游河道的减淤作用

在小浪底水库蓄水拦沙期,进入黄河下游河道的水沙条件发生显著变化,含沙量急剧降低,中水流量持续时间增长,水库调水调沙提高了河道输沙能力,改善了泥沙淤积部位。拦沙期(1999年10月—2018年10月),黄河下游河道共计冲刷21.015亿m~3。分析小浪底水库运用以来黄河下游河道泥沙冲淤时空变化特性及水库对水沙的调控效果,对比计算有、无小浪底水库两种工况下黄河下游河道冲淤量变化及减淤作用。水库拦沙期黄河下游河道减淤比为1.373∶1,其拦沙减淤效果与水沙条件、水库运用方式及河道边界等因素有关。     

关于黄河下游治理的思考

黄河是多泥沙河流,通过对治理河道淤积的历史探索,以及新中国成立以来治黄的实践,积累了大量的资料,取得了丰硕成果,加深了对黄河水沙来源的认识,以及下游河道冲淤规律的认识,对高含沙水流的输沙特性也有了更深入的了解,由此提出利用库区清淤实现水库泥沙进出平衡;利用高含沙水流的输沙特性实现输沙渠道的进出平衡;利用淤泥质海岸的退蚀规律,实现入海口淤积和退蚀的平衡.在动态平衡之下,实现黄河的长治久安.     

含沙量对冲积河流河型的影响

黄河下游泥沙输送的机理随含沙量的变化很大。黄河下游的河道一般呈游荡型或弯曲型，显著特点是在低含沙量和高含沙量条件下都存在着强烈的河道侵蚀及游荡型河道形态，而淤积和游荡则多发生于中等含沙量条件下。一维数值模型揭示了某些河床形态可能与泥沙密度的垂向层状分布及其阻碍沉降效果有密切关系。泥沙含量不大的情况下水流是次饱和的，流速呈对数曲线分布，泥沙容重呈层状分布，次饱和水流造成河床冲刷和弯曲型河道；高含沙水流情况下，水流的紊动结构造成的含沙量纵剖面变化，形成超饱和水流；在更高含沙量（10—100kg／m^3）情况下，悬移质泥沙可造成垂向几乎为常数的宙沙量纵剖面及对数流速分布。这些可以由泥沙引起容重效应的IDV模型进行验证，而河道形态变化可由3D模型模拟。河流形态模拟揭示了在相对低含沙水流中形成游荡型河道，主要是由于河道淤积、壅水、分汊形成新流路造成。当存在高含沙水流时，河床受到冲刷，水位降低，大堤约束河道，从而减小了游荡强度。另外，落淤速度的降低造成河道淤积减弱，形成冲刷，结果高含沙水流却形成了弯曲型河道。     

人类活动影响下的黄河下游河道泥沙淤积宏观趋势研究

以1950～1997年间黄河下游来水量、来沙量和河道淤积量的长系列资料研究了黄河下游泥沙淤积的宏观趋势，结果显示，尽管来沙量和来水量都呈显著的减少趋势，但下游河道淤积量在总体上却并无减少的趋势。黄河下游河道淤积量随来沙量的减少而减小，随来水量的减小而增大。大规模的水土保持，使入黄泥沙大幅度减少，有利于下游河道减淤；人类大规模开发利用黄河水资源，使下游河道来水量大幅度减少，输沙能力下降，会使下游淤积量增 大。二者在数量上接近于相等而互相抵消，使得下游淤积量并无减少的趋势。黄河下游来沙大幅度减小而淤积量基本保持不变，这主要是由于河道泥沙输移比减小所导致的结果；而泥沙输移比的减小则与下游河道水流输沙能力的减弱和来沙系数的增大有关。