黄河流域降雨径流关系动态分析

将黄河流域划发为唐乃亥以上、唐乃亥－兰州、兰州以上、兰州－头道拐、头道拐以上、头道拐－龙门、龙门三门峡、三门峡－花园口、花园口以上、花园口以下及全流域共11个区域，分析了黄河流域1950年以来降雨径流关系的动态变化特点。研究结果表明，黄河流域降雨径流关系十分复杂，不是简单的函数关系，表现在不同区域甚至同一区域降水量、径流量数峰谷值出现不同步以及变化幅度不大相同等方面。而且1970年以后由于人类活动影响的加剧，黄河流域降雨关系发生了一定的变化，尤其是黄河中游表现在同样降雨条件下径流量偏少，例如花园口以上年径流量和汛期径流量分别减少7．6％和4．1％。     

沿黄取用水对黄河干流主要断面径流影响分析

沿黄取用水对黄河流域径流量具有重要影响。基于黄河干流主要控制站实测径流量资料和水资源公报资料,初步分析了黄河干流上下游主要断面径流量变化及沿黄取用水对干流径流量的影响。结果表明:(1)兰州(1919—2018年)、花园口(1919—2018年)、利津(1950—2018年)三站实测年径流量长期系列均表现为减小趋势,但上游兰州站表现为非显著性趋势,而中下游两站均为显著性减小趋势;(2)1998—2019年黄河干流11个主要水文站年径流量变化趋势则呈一致性增大趋势,初步分析表明流域面平均降水量增大是可能原因之一;(3)1998—2019年流域取水、耗水总量的变化均呈增大趋势,表明沿黄取用水量不断增加,取用水对上游兰州以上断面的径流量变化的影响较小,贡献低于20%,在流域中下游分区,取用水、水库蓄水等影响增大,特别是在龙门—三门峡分区,地表还原水量占河道天然径流量的比例达到55.4%。     

黄河流域水资源量调查评价

分析了黄河流域1956—2000年长系列降水量、蒸发量等水文资料,计算了河川天然径流量和分区水资源量并进行了评价。结果表明:现状条件下黄河流域年均天然径流量为534.8亿m3,分区水资源量为719.4亿m3;黄河流域水资源存在水少沙多、水沙异源、水沙关系不协调、年际变化大、年内分配集中、连续枯水段长及水土资源分布不一致等特点。     

黄河流域降雨-径流关系时空演变研究

由于气候变化和人类活动的影响,黄河流域的降雨-径流关系发生了显著性变化,严重影响流域水资源的规划和管理。为了揭示黄河流域降雨-径流关系的变化特征、趋势及主要驱动因素,研究采用Mann-Kendall检验、双累积曲线法、Copula函数、累积量斜率变化率法分析1960-2010年黄河流域的径流系数时空变化规律、7个主要区间降雨-径流关系的突变年份、降雨径流组合概率变化,以及气候变化和人类活动对降雨-径流关系变化的贡献率。结果表明:黄河全流域降雨-径流关系有明显的趋势性变化,其中除黄河源区的径流系数没有明显变化及少数地区的径流系数有增大的趋势外,绝大部分地区的径流系数有明显减小的趋势;黄河流域7个主要区间,即唐乃亥以上、唐乃亥—兰州、兰州—头道拐、头道拐—龙门、龙门—三门峡、三门峡—花园口及花园口—利津的降雨-径流关系突变年份依次为1989、1984、1997、1979、1992、1987和1970年,年份差异主要受到人类活动时间的影响,流域内大规模水土保持措施开展的年份、水利工程的兴建时间都是造成降雨-径流关系发生转折的重要因素;黄河流域主要区间降雨-径流关系发生转折后,同等降雨条件下其产流能力降低;人类活动是降雨-径流关系变化的主要驱动因素,贡献率均在50%以上,且越往下游,影响越大。     

1950-2011年黄河干流水沙关系变化研究

采用黄河干流主要控制水文站唐乃亥、兰州、头道拐、龙门、潼关、花园口、高村、艾山和利津站的实测径流量和输沙量资料,借助Mann-Kendall趋势检验法、双累积曲线法和Pearson相关分析等方法,探讨50余年来黄河流域不同时段、不同河段水沙关系的变化特征。结果表明:唐乃亥站径流量和输沙量无长期变化趋势,黄河干流自兰州以下各站年径流量和年输沙量均表现出显著下降趋势。借助花园口站实测径流量与输沙量双累积曲线知,2000-2011年无降水影响时的累积减沙量为61.602亿t。径流量和输沙量呈正相关关系,沿程各站相关系数r∈(0.512,0.664),不同年代水沙关联性有较大差别。黄河上中下游之间径流量、输沙量均呈现显著正相关,其相关系数分别为r∈(0.725,0.904)、r∈(0.887,0.918)。不同年代中游来水来沙量对下游径流量和输沙量的贡献率存在较大差异,在2000-2009年达到最小值。     

黄河干流悬移质泥沙粒径构成变化分析

根据黄河干流6个水文站的泥沙数据,采用时间序列统计分析方法,分析了1950s—1986、2002—2010年黄河悬移质泥沙粒径的时空变化特征,并探讨了人类活动对悬移质泥沙粒径变化的影响。结果表明:在黄河各水文站年输沙量均显著减少的状况下,各水文站悬移质的年中值粒径变化趋势并不一致,兰州、龙门、潼关、花园口站呈减小趋势,而头道拐、利津站则呈增大趋势;在年内,兰州站的悬移质泥沙月中值粒径变化波动减弱,而头道拐站的增强,龙门、潼关、花园口、利津站月中值粒径变化曲线具有同步性,月中值粒径最大值随时间推移不断增大;在悬移质泥沙组成中,头道拐、龙门、利津站的细、中、粗沙量占全沙比例有所变化,但各分组沙量与全沙量在不同时期仍保持线性关系,泥沙组成规律未发生明显变化;人类活动中,水土保持工程措施、大型水库修建等是影响悬移质泥沙粒径变化的主要因素。     

黄河流域分区水资源量及其分布特征分析

黄河流域分区水资源量具有地区分布差异大的特点。受降水量地区分布差异影响,黄河兰州以上河段和花园口以下河段水资源量相对比较丰富,而兰州至花园口的广大地区则相对比较贫乏。1956～2000年历年与地表水不重复的地下水资源量相对比较稳定,地表水资源量则变化较大,总体上随降水量的变化而变化。     

黄河头道拐站水沙来源空间分布及其影响因素

根据1950-2010年实测资料,采用不同时间序列对比和回归分析方法,对黄河上游沙漠宽谷河段干流6大水文站水沙关系变化、出口控制站头道拐水文站水沙来源的空间分布及其影响因素进行了分析,结果表明:1头道拐水文站径流主要来自兰州以上地区,泥沙主要来自兰州-头道拐区间支流。与基准期的1950-1968年相比,头道拐站1969-1986年和1987-2010年平均径流量分别减少10.1%和40.6%,年平均输沙量分别减少37.2%和75.4%。2宁蒙河段径流量减少主要发生在石嘴山-巴彦高勒河段,多年平均径流量减少52.2亿m3;输沙量减少主要发生在青铜峡-巴彦高勒河段,多年平均输沙量减少0.244亿t。宁蒙河段单位水量冲淤量随着头道拐水文站年平均来沙系数的增大有增大趋势,河道冲淤基本平衡的来沙系数约为0.0023kg·s/m6。影响头道拐水文站水沙来源空间分布的主要因素有气候波动、龙羊峡和刘家峡水库调节、工农业用水、水土保持综合治理等。     

黄河花园口断面近60年来水量变化分析

根据《黄河水资源综合规划》中1956-2000年和《黄河水资源公报》中2001-2015年黄河花园口断面以上区域降水量,断面实测径流量、天然径流量和水资源总量组成的1956-2015年60年系列花园口断面来水数据,分析60年系列来水过程并对比1956-1979年、1956-2000年、1956-2015年、1980-2000年、1980-2015年和2001-2015年系列平均断面以上区域降水量、断面实测径流量、天然径流量、水资源总量数据成果。1956-2015年60年间,花园口以上区域年降水量年际变化不大,其中1980-2000年系列平均降水量相对偏小;花园口断面实测径流量、天然径流量和水资源总量年际变化大且总体渐次减少,临近近期且均值系列最短的2001-2015年,平均实测径流量、天然径流量和水资源总量均为各系列平均最小值。1990年左右以来,经济社会用水量增加、包括退耕、禁牧和矿山开采等带来的下垫面条件改变,已成为花园口断面来水量渐次减少的主要影响因素。     

基于IHA-RVA法的黄河水文情势演变分析

水文情势的自然波动是维系河流生态系统功能性及水文健康的关键。针对气候变化和人类活动造成黄河流域水文情势变化等问题,选取黄河干流代表性水文站(兰州站、龙门站、花园口站)1956—2020年逐日径流实测资料,采用Mann-Kendall和Pettitt检验方法,综合检验径流突变年份,利用生态水文指标变化范围法(IHA-RVA),定量评价黄河流域水文情势改变程度。结果表明：1)兰州站、龙门站、花园口站径流突变年份分别为1984年、1987年、1986年,且龙门站、花园口站控制流域内年均流量呈显著性减小趋势。2)兰州站年均90 d最小流量改变度最高,达83%;龙门站4月平均流量改变度最高,达-100%;花园口站流量平均增大(减小)率改变度最高,达-92%。3)兰州站、龙门站、花园口站整体水文改变度分别为34%、37%、51%,均属于中度改变。     

分流对弯道水流紊动强度影响的试验研究

采用先进的三维超声波多普勒流速仪（ADV）对不同分流比情况下弯道水流紊动特性进行了系统的试验研究。根据试验数据,探讨了不同分流比工况下弯道水流的紊动机理,分析了其紊动特性,同时对紊动强度分布特点进行了比较。     

In the Central Committee of the Communist Party of the Soviet Union and the Council of Ministers of the USSR

Power Technology and Engineering -     

前置掺气坎坡度对阶梯溢洪道掺气水流影响的数值模拟

为研究复杂边界条件下气液两相界面的流动及混掺现象对工程建设的影响,结合某大型水电站的溢洪道,利用RNG k-ε模型对其进行三维流场模拟,采用有限体积法离散控制方程,并用GMRES算法进行压力求解,对前置掺气坎式阶梯溢洪道和传统阶梯溢洪道泄流壁面上的高速掺气水流进行数值模拟。结果表明:随着掺气坎坡度的增加,其掺气空腔及掺气浓度均有所增大,随着水流下泄掺气浓度沿程降低,达到一定距离后趋于稳定,掺气浓度值达到了减免空蚀破坏的要求;与传统阶梯溢洪道的模拟结果进行对比可知,增设前置掺气坎后,既可以增加前几级阶梯的掺气浓度使水流提前达到水气平衡,也没有降低阶梯式溢洪道的消能率,为解决传统阶梯溢洪道中出现的工程难题提供了一种新思路。