维持黄河下游中水河槽的小浪底调控指标分析

塑造和维持黄河下游中水河槽,是维护黄河健康生命的一项重要任务,也是对小浪底水库拦沙期运用的基本要求。通过分析黄河下游河道平滩流量的变化与进入下游的水沙量之间的响应关系,以及建立平滩流量与滑动平均汛期水量和洪水流量的关系,提出长期维持黄河下游中水河槽的调控指标为:流量不小于2 600 m~3/s,历时不小于6 d。通过分析当前4 000 m~3/s左右中水河槽的下游河道洪水冲淤特性,提出当前维持中水河槽对小浪底水库的运用要求为:汛前调水调沙尽可能塑造接近下游平滩流量的洪水过程,调控流量为3 500 m~3/s左右;汛期结合中游洪水过程塑造2 500m~3/s以上量级且具有一定历时的洪水过程。     

黄河下游不同流量级洪水冲淤特性的计算与分析

运用黄河下游水文学冲淤计算模型,对2002年和2009年小浪底水库调水调沙试验方案进行了计算,计算结果与实测值吻合较好。以2002年调水调沙总水量为控制指标,选取2002年地形(长期淤积)和2009年地形(长期冲刷)为边界条件,以清水下泄和来沙系数为0.01 kg.s/m6两类洪水,按照不漫滩、平滩和小漫滩三种方案,计算了黄河下游河道在不同边界条件下的滩槽冲淤量,以及各河段平滩流量的变化特征,对比分析了两类洪水在不同方案下的滩槽冲淤效果。对于清水冲刷,当以下游河道的最大平滩流量控制小浪底水库下泄流量时,全下游的冲刷效益最大。对于来沙系数为0.01kg.s/m6的高含沙水流,流量级越大,全下游的主槽冲刷量和平滩流量增幅越大,但淹没损失也较大。需要通过进一步研究,得到使全下游冲刷效益和淹没损失达到最优化的流量,作为小浪底水库的调控下泄流量。     

黄河下游主槽恢复目标研究

维持黄河下游主槽断面良好的形态和大小对保障河道的排洪输沙功能至关重要,而平滩流量是一个能够综合反映主槽形态和大小的指示性因子.本文利用实测水文数据,分析了非漫滩情况下流量-流速关系,认为在非漫滩情况下,尽管平滩流量越大,洪水输沙效率越高,但当平滩流量大于5 000～5 500m3/s后,其单位水量的输沙能力增加甚微;而且,从与未来洪水相适应角度,下游平滩流量也不宜大于5 000m3/s,否则将降低其输沙效率.文章还分析了不同平滩流量对排泄设防大洪水的影响,认为平滩流量达4 000m3/s以上才可基本满足防御大洪水的要求,应作为平滩流量下限.基于此,文章建议将"平滩流量4 000～5 000m3/s作为黄河下游健康主槽的标准.进一步分析了下游汛期水量与主槽的响应关系,认为小浪底水库拦沙期结束前下游平滩流量恢复目标宜为4 000m3/s左右.     

黄河下游防洪形势分析

对小浪底水库运用前后黄河下游河道的断面面积、平滩流量、3 000 m~3/s流量时对应的水位、最大流量及堤防高程等要素变化的综述表明,目前下游河道排洪能力已经迅速增大。在目前来水来沙条件及现有水利工程调蓄下,当黄河下游发生历史洪水过程,花园口断面不会出现超过10 000 m~3/s的洪峰流量。在未来黄河流域洪水水量及沙量减少条件下,通过小浪底等干支流水库的调节,预测今后黄河下游发生较大洪水的可能性会进一步减少。大水带大沙的输沙特性已不存在,黄河下游河道依靠洪水排沙的几率明显降低。从长远看,黄河下游的泥沙问题依然存在。在未来洪水较少的情况下,利用小浪底水库塑造"人工"洪水实现水库排沙,并使下游河道产生冲刷仍是下游河道治理的重要措施。由于黄河下游防洪形势的变化,应转变黄河下游治理方略。如何对下游滩区进行有效治理,发挥广大滩区的作用,需要进一步深入研究。     

黄河调水调沙调控指标及运行模式研究

分析了小浪底水库运用以来黄河调水调沙运用效果及出现的新情况,从充分发挥调水调沙水流输沙效率出发,研究提出了黄河调水调沙调控指标,即调控流量为2 500～4 000m3/s,洪水历时不小于6d,汛前调水调沙洪水峰型宜采用矩形峰,在调水调沙水量充足的条件下,调控流量在保障下游滩区安全的前提下取大值;根据当前小浪底水库所处的运用阶段和水沙调控运用的要求,提出小浪底水库调控目标应转向水库适度拦调泥沙,尽可能长期维持黄河下游4 000m3/s左右中水河槽,调水调沙运用应综合考虑小浪底库区淤积和下游河道主槽过流能力变化等因素,选用适宜的调水调沙运用模式。     

维持黄河下游主槽平滩流量4000m3／s所需水量

基于黄河下游历史实测资料,分析了流量、水量、含沙量和来沙量等主要因素与主槽形态的响应关系,通过对未来入黄泥沙形势、黄河下游洪水形势、黄河下游不同量级洪水的挟沙能力、不同量级及历时的洪水塑槽机理分析,阐述了小浪底水库运用后进入黄河下游的泥沙将主要在洪水期下泄的特点,以及未来下游来沙量8亿~9亿t情况下,黄河下游主槽不萎缩所需洪水条件,即维持下游主槽过流能力4000m3/s左右,对应的塑槽水量应维持在60亿~70亿m3。     

1986年以来黄河下游水沙变化及河道演变分析

１９８６年以来，受气候变化、工农业用水增加及大型水库调节的影响，黄河下游出现枯水少沙、大洪水几率减小、高含沙洪水频繁发生、年内水沙分配改变的情况致使河道主槽发生严重淤积、河道萎缩、平滩流量减小、河道排洪能力降低，中常洪水即可出现高不位，洪峰传播时间长且沿程变形复杂，小水大灾。     

渭河下游2003年洪水特征与河道演变分析

采用实测资料分析和理论探讨相结合的方法,研究渭河下游2003年洪水过程与河道演变特征。研究结果表明,渭河下游2003年洪水特征为:洪水场次多、历时长、洪量大、来沙少;洪水水位表现较高;洪峰传播时间长,削峰率大。2003年渭河下游河道洪水期发生了较大程度的漫滩,淤滩刷槽显著,主槽冲刷、滩地淤积对行洪面积的扩大十分有利,汛后平滩流量增加1 350 m3/s,达到2 300 m3/s。河道横断面的塑造趋向窄深,汛后河相系数普遍减小。2003年洪水过程是渭河冲刷的主要原因;漫滩洪水对改善河道萎缩、增加河槽过洪能力是十分有利的;对渭河下游来说,高含沙洪水在有一定流量条件下河道也是冲刷的,相对来看中等含沙量洪水和高含沙量小洪水最为不利。     

黄河冲积性河段洪水塑槽机理初步研究

主槽断面的塑造过程是洪水动力克服河床阻力做功的过程，洪水对主槽的塑造作用来自洪水造床动力与河床阻力之对比。在非漫滩情况下，主槽的塑造机理可简化为断面变化量与洪水动力的关系。就塑造黄河下游一定断面的主槽而言，所需洪水动力特征值W^0.32Q^0.37是一定的，若流量较大，则需要的洪量可减少；要使某场洪水具有冲刷主槽的作用，其洪水动力特征值W^0.32Q^0.37应大于41。并非所有的漫滩洪水都具有淤滩刷槽作用，研究认为，对中低含沙洪水，只要当洪水流星达平滩流量的1．5倍以上，黄河主槽才出现明显冲刷。     

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。     

黄河下游平滩流量不同确定方法的比较

平滩流量是主槽过流能力的一个重要指标,准确估算各断面平滩流量大小是黄河下游水沙调控的一项内容。本文首先阐述了平滩流量的概念,并结合黄河下游不同年代的实测横断面形态特征,给出了确定主槽范围及平滩高程的原则。接着评述了国内外已有确定平滩流量的方法,并分析了断面平滩流量四种确定方法各自的优缺点及适用范围。最后以下游花园口断面为例,给出了四种计算方法所得平滩流量的结果及其差别。通过比较认为,本文提出的采用一维水动力学模型确定平滩流量的方法所得结果较为合理。     

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。     

黄河宁蒙河段冲淤演变特点及趋势分析

通过分析黄河宁蒙河段冲淤演变及河槽过洪能力变化,进一步认识宁蒙河段冲淤演变规律,并根据下河沿水文站设计水沙条件,估算宁蒙河段2020年、2030年的冲淤变化趋势。分析表明:近期宁蒙河段输沙能力降低,巴彦高勒、三湖河口、昭君坟断面平滩流量呈减小趋势,河道淤积加重,支流淤堵干流情况加重。根据下河沿设计水沙条件推算头道拐水沙量以及区间引沙量,采用沙量平衡法,考虑区间支流来沙、区间风沙入黄情况,预估下河沿～头道拐冲淤量,2020年水平,宁蒙河段年均淤积0.78亿t;2030年水平,宁蒙河段年均淤积0.80亿t。     

黄河下游平滩流量对来水来沙变化的响应

本文探讨了平滩流量对来水来沙的滞后响应规律,发现平滩流量不仅与当年的水沙条件有关,而且与前期水沙条件有关,是一定时期内的水沙条件累积作用的结果。当采用滑动平均值来反应前期水沙条件的累积影响时,得出平滩流量与滑动平均汛期流量和滑动平均来沙系数的相关程度分别在4年和5年时达到最大值。据此建立了能够反映来水流量和来沙系数前期综合影响的平滩流量计算方法,可以用来估算黄河下游主要测站平滩流量随水沙条件的变化。     

黄河水沙变化与下游河道治理思考

由于黄河水沙条件的不利变化，黄河下游出现了小水大灾和长期断流，三门峡水库“蓄清排浑”运用经验的局限性表现得更为突出。从黄河下游河道输沙，防洪和水资源充分利用出发，小浪底水库应采取泥沙多年调节的运用方式，枯水，平水年蓄水拦沙运用，丰水年洪水期集中泄空冲刷产生讷和洪水，塑造窄深河槽，改造高村以上宽浅河道，利用窄深河槽输送较高含沙洪水入，，经多方案计算结果比较分析表明上述方案减淤效益显著，并可大量节省输     

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.     

黄河下游河槽泥沙扬动与输移特性

本文利用大量水文资料,在前人研究的基础上,分析研究了黄河下游河槽泥沙扬动与输移特性。首先根据水文测验尤其是泥沙级配实测资料,间接分析各家公式的合理性,从而选择出物理概念清晰、符合黄河下游实际的扬动流速计算公式。对于粒径较小的泥沙,沙玉清、窦国仁等现有扬动流速计算公式都适用于黄河;随着泥沙粒径增加,几家公式差异变大,张罗号和罗诗琦公式同实测资料更为符合。在此基础上分析了黄河下游河槽不同粒径泥沙的扬动特性,认为“粗颗粒”泥沙在黄河下游河槽中水流量下亦能扬动。然后,选取黄河下游花园口、高村和利津站为下游代表水文站,采用汛期非漫滩情况下的实测数据,分别绘制了三站流量与泥沙以悬移形式运动的百分比关系图。引入扬动临界流量的概念后,各站泥沙输移特性变化规律基本遵循统一表达形式。进一步定量分析了各水文站泥沙输移特性,给出了扬动临界流量、扬动概率系数、输沙指数同泥沙粒径等因子的关系式,从而建立了泥沙以悬移形式运动的百分比与水沙因子的计算公式。结合未来30年内年均沙量减小的预测结果进行计算,表明黄河下游汛期日平均流量只要大于971 m³s,悬移质泥沙组成中的粗颗粒能保持悬移运动状态,同时表明加大流量是直接提升水流输沙能力的有效手段。     

黄河下游洪峰流量对断面塑造作用的试验研究

根据泥沙动床模型试验结果,探讨了黄河下游不同洪水洪峰流量下断面的冲淤及形态响应、洪峰含沙量对河槽塑造过程中水流运动、泥沙冲淤、主槽形态及过流输沙能力影响等问题,研究结果表明,断面响应与洪峰流量大小、历时、来沙系数及初始断面形态有关,大漫滩与一般漫滩洪峰流量对断面塑造特性有明显的不同,弯顶断面和顺直断面具有不同的冲淤特性,研究得到大漫滩、一般漫滩及不漫滩洪峰流量下断面的响应模式,建立了典型断面形态参数对一般漫滩及不漫滩洪峰流量下水量、来沙系数参数响应的经验关系式.     

小浪底水库对泺口至利津河段冲淤变化分析

根据小浪底水库2002~2015年的调水调沙资料,对泺口至利津河段的冲淤情况进行分析,认为调水调沙使泺口至利津河段的河道得到明显冲刷,主槽断面形态向良性发展,平滩流量大幅增加,过流能力大大增加。同时近几年调水调沙资料表明河道冲刷力度减弱,冲刷效率降低,河床粗化,主槽过流能力已基本稳定。