基于系统论的黄河下游河道滩槽协同治理研究进展

黄河下游河道治理是一项复杂的系统工程,不但受系统外社会、环境和上下游边界条件的约束,还受系统内滩与槽关系的强力制约。多年来,科技工作者从不同层面不同角度开展了大量的研究工作,使得黄河下游河道治理的理论与技术有了显著的提高。系统介绍了近年来黄河下游河道滩与槽协同治理的理论和技术研究进展,并进一步指出在未来河道边界条件、区域社会经济发展和生态环境良性维持的现实需求发生显著变化条件下,探求黄河下游河道河流系统滩槽协同治理的策略与方法,可有效解决滩区发展和治河矛盾日益突出的难题,实现区域社会经济发展与黄河防洪安全大局的和谐。     

黄河下游复式河道滩槽分流特征研究

采用实测资料分析和理论探讨相结合的方法,研究了黄河下游复式河道滩槽分流特征及其主要影响因素。研究结果表明:1986年后,河道萎缩,相同洪水流量下,主槽分流比有所减小,滩地分流比有所增大;1999年后,小浪底水库蓄水拦沙运用,下游河道持续冲刷,主槽过流能力有所恢复,主槽分流比必然有所增大。运用回归分析方法,建立了黄河下游复式河道滩槽分流比与滩槽过水宽度比、过水深度比、过水面积比、流速比、糙率比和主槽宽深比的单因素响应关系和多因素综合关系,在此基础上提出,定量方面,可运用多因素综合关系式依据未来滩槽6项单因素大小对黄河下游复式河道滩槽分流比进行预测;定性方面,在黄河下游滩槽治理过程中,应注意维持主槽一定的平滩流量和较为窄深的断面形态;注意给滩地留出一定的行洪宽度,在必要的行洪宽度内,尽量减少人类活动对滩地的影响,保持滩地畅通的过水通道,保证滩地相应的过洪能力,减轻河道行洪压力,从而达到确保全断面行洪安全的目的。     

黄河下游滩槽冲淤演变与水沙过程的响应关系

采用实测资料分析的方法,研究了黄河下游滩槽冲淤演变对水沙过程的响应关系。研究结果表明:1986年后,进入黄河下游的水沙明显减少,导致下游河道滩槽皆淤。2000年后,由于小浪底水库蓄水拦沙运用,下游全程持续冲刷。黄河下游滩槽冲淤演变与水沙过程存在响应关系:主槽冲淤量随水量参数、水量分配参数的增大而减小;随沙量参数、沙量分配参数的增大而增大;滩地冲淤量随水量参数、沙量参数、水量分配参数和沙量分配参数的增大而增大。     

黄河下游漫滩洪水淤滩刷槽及淹没风险研究

黄河下游漫滩洪水具有较强的塑槽作用,同时存在较大的淹没风险。通过实测资料分析、实体模型试验和数学模型计算,对黄河下游大漫滩洪水淤滩刷槽作用及淹没风险进行了初步探讨。研究表明:对于漫滩系数大于1.5的实测大漫滩洪水,主槽冲刷量一般是滩地淤积量的0.35~0.80倍。在漫滩系数小于2.5时,主槽冲刷量增加不明显,但滩区淹没面积及淹没损失增加显著;在漫滩系数大于2.5时主槽冲刷量明显增大,其滩地淹没面积达到最大,淹没损失增加缓慢。     

黄河下游漫滩洪水淤滩刷槽试验研究

利用"82·8"型不同量级漫滩洪水,进行了黄河下游漫滩洪水淤滩刷槽系列模型试验,结果表明:①漫滩洪水淤滩与刷槽之间有必然联系,滩地淤积量与主槽的冲刷量呈正相关关系,在同等水量、沙量条件下,滩槽冲淤量随洪峰流量的增大而明显增大;②不同量级洪水漫滩后,嫩滩的淤积量随洪峰流量的增大变化不大,二滩的淤积量随洪峰流量的增大而明显增大;③滩槽交换分三角形滩区交换和条形滩区交换,洪水过程中前者交换的频率大、时间短,后者交换的频率小、时间长;④上滩挟沙水流在运行过程中,具有明显的含沙量衰减及粒径分选作用,泥沙粒径分选细化的程度与含沙量衰减率呈正比,较大洪峰流量的上滩水流在三角形滩区上含沙量衰减率较大,较小洪峰流量的上滩水流在条形滩区上含沙量衰减率较大.     

黄河下游漫滩高含沙洪水淤滩刷槽效果研究

采用定性和定量分析相结合的手段,分析了黄河下游漫滩高含沙洪水淤滩刷槽的效果。结果表明:黄河下游漫滩高含沙洪水淤积主要集中在高村以上河段,高村以下河段淤积量仅占全下游淤积量的3.2%;从同流量水位以及横断面的调整变化来看,高村以上河段的淤积主要集中在滩地,而主槽大多表现为冲刷;从滩槽淤积量分配来看,发生漫滩高含沙洪水年份整个汛期利津以上河段主槽淤积量占全断面淤积量的47.7%,而漫滩高含沙洪水期间主槽淤积量仅占全断面淤积量的10.3%。     

黄河下游河道渠化治理

黄河下游河道,尤其是游荡性河段的治理一直是一个有争议的问题。作者提出黄河下游河道渠化治理方案。即依托现有的大堤,利用混凝土四面六边透水框架群这一新型河道整治工程技术,在两大堤之间整治出一条稳定的渠化河槽,形成窄槽宽滩复式断面。文中对渠化治理的可行性及渠化设计流量、设计河宽、治导线等参数进行了分析,为渠化治理提供科学依据。     

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。     

黄河漫滩洪水滩槽水沙交换模式研究

根据黄河下游漫滩洪水演进的特点,分析了滩槽水沙交换的基本模式和淤滩刷槽机理。结果表明:①滩槽水沙交换分为条形滩区交换模式和三角形滩区交换模式两种;②滩地淤积比与漫滩系数呈正相关关系,减少来沙量和增大洪峰流量皆可获得较好的淤滩刷槽效果。     

黄河下游河道治理的探讨

黄河从河南郑州的桃花峪至山东利津段称之为黄河下游河段,河长786 km。此间,除了南岸东平湖至济南区间为低山丘陵外,其余均为平原,历史上一直利用堤防挡水,防洪压力严峻。历史上黄河下游决口、改道频繁,灾害严重,对黄河下游河道进行治理是十分必要的。在此主要分析黄河下游河道的基本情况和存在的主要问题,并针对这些问题,提出相应的治理措施。     

关于黄河下游河道治理的两个问题

针对黄河下游河道治理的治标性问题，即如何治理黄河下游河道的滩区，提出了三点建议，指出黄河下游治理不要停留在概念上，要通过各个方面开展实际工作，在实际工作中逐步取得共识，尽快地开展滩区治理工作；针对黄河下游河道治理的治本性问题，即如何改善进入黄河下游的水沙关系，指出需要研究黄河下游河道的生态用水量，合理配置黄河水资源。     

将地貌学应用于黄河下游河道治理长远决策的建议

习近平总书记关于"保护黄河是事关中华民族伟大复兴的千秋大计"的论断,为黄河下游河道治理提出了崭新的课题——谋划千年治理蓝图.河流地貌学探究河流在天然和受人类干预情形下的演化规律,研究的时间尺度可达数千年,可为治河的长期决策提供支撑.通过简述河流地貌学的发展史、研究内容、学科特色及其关注的治河问题,以河道系统演化的复杂性...     

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。     

黄河下游漫滩洪水淤滩刷槽基本规律分析

通过分析黄河下游11场典型漫滩洪水的资料,探讨了发生漫滩洪水时滩槽水沙的交换模式及淤滩刷槽的机理。结果表明:1花园口—利津河段滩地淤积量随着花园口站来沙量的增大而增大,滩地淤积量越大,相应河段主河槽的冲刷量越大;211场典型漫滩洪水过程中,除1953年第二次大洪水槽滩均发生淤积,1988年、1996年主河槽冲刷量占滩地淤积量的比例较低外,花园口—利津河段主河槽冲刷量基本上为滩地淤积量的65%~99%;3漫滩洪水全断面冲淤量随含沙量的变化趋势与不漫滩洪水主槽冲淤量随含沙量的变化趋势基本一致。     

黄河下游河道治理战略研究

从有历史记载以来,黄河治理就备受关注,就治河而言,从未停止过宽河与窄河的争论。宽河方略以现有黄河大堤为堤线,以逐步废除生产堤全滩区运用方案作为代表方案;窄河方略堤线考虑河道整治工程治导线、有关滩槽划分界限成果、河道内现状工程分布等因素,陶城铺以上宽河段平均堤距4 km左右、陶城铺以下河段基本维持现状堤线布置。通过对宽河方略、窄河方略下不同方案的设置条件、运用方式等进行研究,从对下游防洪、河道冲淤的影响、治理效果及经济指标、治理风险等多方面对两种方略进行比较,认为宽河方略可以更好地发挥宽滩区的滞洪沉沙作用,利于洪水的管理和调度,可为下游河道治理和滩区群众生产发展共赢创造条件,应作为黄河下游河道治理的推荐方案。     

黄河下游河道治理三维数值模拟研究

本文采用三维水沙数学模型,根据不同重现期洪水的设计水沙条件,对黄河下游花园口至艾山河段的去生产堤方案和两道防线方案进行了模拟计算。重点关注了两种治理方案下不同场次洪水的演进过程、河道冲淤、输沙特性和典型滩区的分洪退水过程,模拟结果表明:与去生产堤方案相比,两道防线方案中的洪水演进过程因防护堤的运用方式而在不同场次洪水中差异明显;同时两道防线方案可有效地保护滩区,减缓滩区大规模的淹没,发挥防灾减灾的功效;此外,从输沙能力变化和冲淤分布比较来看,两道防线方案较去生产堤方案可提高河道的输沙能力,减少河道的淤积。     

水沙变异条件下黄河下游河道横断面形态特征研究

通过对黄河下游各水文站1950～2003年实测资料的分析,探讨了过去50多年间黄河下游河道横断面形态变化过程及其与来水量的响应关系。分析得出,过去50多年间,黄河下游河道主河槽发生了明显的淤积萎缩,游荡性河段的萎缩程度大于弯曲性河段,平滩面积呈明显减小的趋势,宽深比有增大的趋势,但各河段河型没有发生转化;平滩面积随年来水量和当年最大洪峰流量的增加而增大,宽深比随来沙系数的增加而增大。由黄河下游排沙比与来水来沙的关系分析表明,黄河下游花园口～利津河段不淤积的花园口临界年均来沙系数约为0.012,临界年平均流量约为1850m3/s。综合分析认为,在目前下游河道来水偏枯的条件下,下游河道的平滩流量不宜也不可能太大,从维持中水河槽和满足流域经济社会发展需要考虑,在花园口年来水量为200～250亿m3时,花园口控制洪峰流量在4000m3/s左右、年均来沙系数不大于0.012的来水来沙过程比较合适。     

黄河下游河道大断面平滩流量推算新方法

为尽可能准确地计算黄河下游各河段尤其是瓶颈河段的平滩流量,推求了河道大断面平滩流量计算的新方法。结论认为：①用曼宁公式等方法计算诸如黄河下游河道这样的河流大断面的平滩流量会带来很大的偏差;②用相对水位流量关系来反映断面与绝对高程无关的水位流量关系,认为相对水位流量关系沿程是逐渐变化的;③提出了在汛期利用经过分析取舍后的出水高度资料计算平滩流量的实时校正的方法,但这种方法计算的平滩流量多数情况下偏于保守;④新方法的计算结果很大程度上依赖于观测资料的精度和可靠性,因此,在利用实测资料之前需要对其进行具体分析。     

黄河下游畸形河势治理研究

阐述了黄河下游畸形河势冲击堤防工程、塌滩掉村等危害性,并对影响畸形河势的来水来沙条件、河道边界条件进行了分析,给出了治理黄河下游畸形河势的意见与建议:①深入开展畸形河势观测研究;②认真、慎重地进行工程布局;③加快完善河道整治工程;④选择适应性的工程结构;⑤疏导结合;⑥最严格地管理河道。