建设"模型黄河"工程

“模型黄河”是对“原型黄河”所反映的自然现象进行反演、模拟和试验，从而揭示“原型黄河”内在的自然规律。建设“模型内河”（主要包括黄土高原模型、水库模型、河道模型及河口模型），一方面直接为“原型黄河”提供治理开发方案，另一方面为“数字黄河”工程建设提供物理参数。通过“数字黄河”与“模型黄河”的联合运用，确保各种治理开发方案在“原型黄河”上实现技术先进、经济合理、安全有效的目标。     

建设“模型黄河”工程

“物理模型黄河”（简称“模型黄河”）可对“原型黄河”所反映的自然现象进行反演，模拟和试验，从而提示其内在的自然规律。一方面直接为“原型黄河”提供治理开发方案，中一方面为“数字黄河”工程建设提供物理参数，同时，“模型黄河”还应成为“数字黄河”运行结果中试环节。“模型黄河”工程体系包括黄土高原模型，水库模型，河道模型及河口模型，要保证“模型黄河”工程的建设及正常运行，必须做好工程的总体设计，建立稳定的投资渠道，树立科学的决策意识，培养和造就一流的科研人才队伍。     

建设"三条黄河"

为做到“堤防不决口,河道不断流,水质不超标,河床不抬高”,实现黄河长治久安,新时期的黄河治理开发和管理应着力建设“三条黄河”,即“原型黄河”,“数字黄河”和模型黄河”。“原型黄河”指现实中的黄河;“数字黄河”是“原型黄河”的虚拟对照体,“模型黄河”是按一定比例缩小的“原型黄河”。“三条黄河”的建设相互关联,互为作用,要建设“三条黄河”,必须搞好规划,引进技术,培养人才。     

对黄河大型实体模型模型沙选择的初步认识

为保证模型与原型泥沙运动相似及河床变形相似，对黄河大型实体模型模型沙选择的方法进行了分析。结果认为：①特别轻的模型沙（容重小于1．4t／m^3）不宜作为黄河实体模型的模型沙；②容重比粉煤灰更重的模型沙（如天然沙、陶粉、滑石粉、渠道淤泥等）不适合黄河下游实体模型采用；③若继续使用郑州热电厂粉煤灰作为模型沙，极细颗粒的适配问题将是下一步研究的关键；④造价较高的BZY、PS、电木粉及合成塑料沙不宜选用。初步建议除了对粉煤灰极细颗粒进行深入研究外，还要进一步寻找并研究开发能够满足黄河长模型要求的、成本低廉的新型的模型沙。     

河道实体模型体系建设

介绍了“模型黄河”河道实体模型体系的主要构成部分——五大子模型原型河道的基本情况、存在的主要问题、主要研究内容、模型模拟范围及比尺等。河道实体模型体系工程的建设和实施，将极大地提高黄河河道治理开发、防洪减灾等的决策水平，从而产生巨大的社会效益和经济效益。     

"模型黄河"工程规划项目综述

为推进治黄现代化进程,黄河水利委员会党组提出了加大治黄科技含量,着力建设“原型黄河”、“数字黄河”和“模型黄河”的科学治黄新理念。通过“模型黄河”工程建设,可以直观地再现“原型黄河”,从而利用实体模拟的方法对黄河的基本规律和治理方案加以研究,并可为“数字黄河”工程建设提供物理参数。“模型黄河”工程建设是一个复杂庞大的系统工程,为使“模型黄河”工程建设作到科学、合理,遵循“立足黄委、多方参与、专家咨询”的原则,编制了《“模型黄河”工程规划》。该规划是在广泛、细致调研的基础上,依据新世纪黄河治理开发与管理的重大需求编制完成的,具有科学性和可操作性,是我国第一部由流域机构制定并得到水利部批复的系统的实体模型建设规划。“模型黄河”工程体系由实体模型系统、测控系统和试验基地等基础设施所组成;其中,模型系统是“模型黄河”工程体系最重要的核心组成部分。在今后《“模型黄河”工程规划》的实施过程中,应制定合理的实施计划,建立完善的运行管理制度,建立信息资源成果共享制度,加强基础研究,加强计量认证体系和模型试验标准化体系建设。     

黄河小浪底工程泥沙问题的研究

本文系统地研究了原型沙和模型沙（电木粉）的基本运动特性。首次提出了可应用于高含沙水流模型试验的相似关系，据此理论建造了黄河小浪底枢纽１:８０的正态泥沙模型。研究了小浪底工程不同运用阶段的泥沙问题。同时，还重点研究了高含沙异重流和泄水建筑物的防淤堵问题。     

"模型黄河"工程建设的目标、指导思想及原则

合理确定“模型黄河”工程建设的目标，科学制定建设的指导思想，并根据黄河治理开发的需要拟定建设的原则，是编制好《“模型黄河”工程规划》的重要保证。规划的近期目标是续建或建设小浪底水库全库区实体模型和小浪底至陶城铺河段河道模型、三门峡水库模型、小北干流河段河道实体模型、土壤侵蚀土槽模型和黄河河口概化模型；到2010年，完善黄河实体模型试验体系(包括建成渭河下游、宁蒙河段、陶城铺至利津河段的河道模型，河口模型及黄土高原小流域侵蚀模型等)，建成相应的现代化测控系统，实现“模型黄河”与“数字黄河”的紧密耦合，使有关的黄河重大治理方案可以在“模型黄河”和“数字黄河”集成的模拟环境下进行论证、比选和完善。规划的指导思想是：以“科学技术是第一生产力”的战略思想为指导，以服务黄河治理开发的科技需求为根本，遵循“三条黄河”的现代治黄理念，全面规划、统筹兼顾、合理安排、分期实施，采用先进的实体模拟理论和测控技术，通过“模型黄河”工程建设，构架治黄科技平台，提升治黄科技水平，实现治黄现代化的战略目标。工程建设所遵循的原则是：①立足全河，统筹规划；②需求牵引，开放共享；③突出重点，分步实施；④成熟先行，研发并举；⑤先进实用，开放扩展；⑥合理布局，交互使用。     

建设"原型黄河"完善的测验体系

建设“原型黄河”完善的测验体系在黄河治理开发和管理的事业中占有极其重要的地位，是“数字黄河”和“模型黄河”工程建设的基础。“原型黄河”的测验体系，是指从测验站网的规划、布设到收集、整理、存储和刊布水文、泥沙、河床及库区形态资料的全部技术过程，基本的测验项目包括降水、蒸发、水位、水温、水质、冰情、流量、泥沙、河床（含河口）和库区冲淤变化等。     

泾河东庄水库泥沙模型设计

在论证几何变率影响和对模型沙特性比选基础上 ,运用黄河动床模型相似律和异重流运动相似条件的最新研究成果 ,完成了泾河东庄水库高含沙模型的设计 ;利用位于东庄水库上游水沙条件与之相近的巴家嘴水库进行了率定试验。结果表明 ,模型可较好地复演原型库区泥沙运动及其排沙规律。     

高含沙河流泥沙数学模型研究

本文推导了高含沙河流的控制微分方程组，在一定条件下，经适当简化，即转化为低含沙河流的控制方程组，可适用于类似黄河这类水沙条件变化较大的河流。确定了高含沙河流模型的参数，给出了适用高低含沙河流的计算程序。选择黄河小浪底坝区为研究对象，对高含沙河流数学模型进行了验证。     

黄河小浪底水库下游河床冲淤发展趋势

根据黄河水沙特性，运用适合于多沙河流的挟沙力公式，研制出应用于黄河下游河道变形数模程序。通过对黄河铁谢至利津河段长系列演算与分析，预估小浪底水库运用后，坝下游河道将发生不同程度的冲淤变化，以铁谢至高村段河床冲淤变化较大，高村以下河段冲淤变化较小。     

黄河下游河道平衡输沙的沙量阈值研究

考虑黄河未来可能的水资源条件,以及生态保护、经济社会发展多目标对水量年内过程分布需求,根据黄河下游水沙资料、河道冲淤资料,采用实测资料分析、公式计算、数学模型模拟等多种方法研究了有利于黄河下游河流生态良性维持的平衡输沙的沙量阈值。未来进入黄河下游的年来水量为250亿m~3左右,实测资料分析和公式计算表明,未来较小的平衡输沙阈值为2.0～2.2亿t。数学模型计算在小浪底水库等现有工程联合调控作用下黄河下游平衡输沙的临界沙量为2.5亿t。中游古贤水库建成后和小浪底水库联合调度,可以进一步提高汛期的输沙效率,平衡输沙的沙量阈值可进一步提高。研究成果对黄河下游治理具有重要意义,可为黄河泥沙处置措施优化提供技术支撑。     

黄河下游宽滩河段泥沙均衡配置方法

黄河下游宽滩河段具有重要的滞洪沉沙作用,为了维护黄河下游河槽均衡稳定,治理"二级悬河",合理利用泥沙资源,开展了黄河下游宽滩河段泥沙均衡配置研究。提出了黄河下游宽滩河段泥沙均衡配置方法,通过黄河下游宽滩河段泥沙配置层次分析,确定泥沙配置目标和评价指标,分析了黄河下游宽滩河段泥沙均衡配置的配置方式、配置单元和配置能力,并建立了黄河下游宽滩河段泥沙均衡配置数学模型。     

新中国成立50年黄河泥沙研究的进展

黄河泥沙问题的复杂性和治理难度为世界之最，泥沙问题是治黄的症结所在，新中国成立后，黄河的治理开发受到空前的重视，黄河泥沙的研究也得到前所未有的发展。从泥沙的来源和特性，三门峡等水库泥沙问题，黄河下游河床演变基本规律，动床河工模型试验和泥沙数学模型计算，以及黄河下游引黄淤背理论和实践技术等几个方面，阐述了半个世纪以来黄河泥沙研究取得的重大进展和突破，指出“拦，排，放，调，挖”作为处理和利用黄河泥沙，     

黄河下游治理方略的传承与发展

中华民族在4000多年治理黄河的实践中,形成并传承一系列卓越的黄河治理方略,可归纳为"束水攻沙"和"宽河滞沙"两大类.结合对黄河下游河道历史变迁及水沙量演变过程的分析,浅析历史上黄河治理思想与实践的传承与发展.远古的大禹治水、汉代的"贾让三策"和王景治河证明了"宽河滞沙"方略的有效性.明代潘季驯、清代的靳辅和陈潢将"束...     

简论我国古代黄河泥沙运动理论及其实践

古人对黄河泥沙及其运动的观察和认识由来已久，并形成了初步的泥沙理论，在内容上主要表现在以下五个方面：黄河水流含沙量、泥沙淤积规律、泥沙冲刷规律、束水攻沙理论，以及泥沙冲淤与河道变化的关系等。此外，历史上治理黄河泥沙的实践也取得了相当的成就，本文从五个方面对比进行了分析，即：泥沙清浚、束水攻沙的实践、王景治河与贾鲁治河中的治沙问题、河口治理、泥沙利用。     

大洪水条件下黄河下游河道冲淤及滩区安全

在大洪水期行洪滞洪沉沙是黄河下游宽滩区的主要功能之一。近十几年来,随着黄河水沙的变化和小浪底水库的建成运用,对宽滩区运用方式的争论更为激烈,却一直缺乏系统的对比研究。为此,黄科院利用小浪底至陶城铺河道实体模型,采用2013年汛前地形,开展了黄河下游宽滩区是否修建防护堤两种不同运用方式下,大洪水期的洪水演进试验,通过对比分析不同运用方式下的下游河道在冲淤演变、洪水位变化和滩区防洪安全等方面的问题,探讨了大洪水条件下黄河下游河道冲淤及滩区的安全形势,以期为黄河下游河道治理措施的决策提供科学的参考依据。结果表明,宽滩区修建防护堤后,中常高含沙洪水条件下主槽淤积量小于不修防护堤方案,大洪水条件下主槽冲刷量大于不修防护堤方案,说明主槽过流能力和输沙能力均有所增大。但是,修建防护堤后的嫩滩淤积量,两种洪水条件下均呈现出明显大于不修防护堤方案,河道的横断面形态和"二级悬河"形势均有所恶化。同时,由于目前地形条件下夹河滩以上河段主河槽过流能力达到了6 000m3/s,洪水向下游的演进速度和水量明显增加,导致高村以下的洪水位比不修防护堤时显著提升,增大了高村以下河段的防洪压力,滩区的防洪安全受到严重威胁。     

黄河下游窄河段挖河固堤启动工程减淤效果模型试验研究

通过河工模型试验，研究了黄河下游朱家屋子－西河口河段挖河固堤启动工程的减淤效果。分析表明，挖河后在一定时段内和试验水沙条件下，有一定的减淤效果，挖沙减淤比为0．76左右；开挖段的回淤量对挖河减淤效果影响很大。由于黄河水沙特性和河床演变的复杂性，还有不少关键技术问题需要进一步研究。     

黄河调水调沙

黄河下游河道淤积的主要原因在于“水少沙多，水沙不平衡”，按照黄河下游河道冲淤规律，只要把进入黄河下游河道的不平衡的水沙关系调节为协调的强大功能。小浪底水库位于控制进入黄河下游河道水沙的关键部位，该水库控制了黄河径流量的91％，控制了近100％的黄河泥沙，2002年7月4日进行的黄河首次调水调沙试验控制花园口断面流量不大于2600m^3/s，平均含沙量不大于20kg/m^3，小浪底水库泄流历时不少于10天，黄河下游河道共冲刷泥沙0．362亿t，试验达到了预期的目的。通过这次试验，共取得测验数据520万组，这为今后建立更加符合原型黄河实际的数学模型和实体模型提供了极其重要的物理参数，试验证明，利用水库调水调沙，将不协调的水沙关系调节为相协调的水沙关系，是有利于输沙入海、减轻下游河道淤积甚至冲刷下游河道的有效途径之一。