黄河滩区不同治理模式的防洪效果试验

小浪底水库的建成运用和持续13 a的黄河调水调沙,使黄河下游河道得以沿程冲刷,平滩流量增大,加之近十几年黄河一直未发生大洪水,黄河下游滩区未发生较大漫滩,引起人们对宽滩区治理和运用方式的争论。目前的研究成果普遍认为,黄河下游发生大洪水的可能性仍然较大,特别是一旦出现高含沙洪水,对下游河道防洪安全的威胁更要引起高度重视。然而,在当前河道边界条件下,一旦发生这种不利水沙情况,那么黄河下游河道的冲淤、滩区淹没情况、滩区的灾情损失等将发生哪些变化,还无人开展定量研究。中常高含沙洪水条件下黄河下游宽滩区防洪形势对不同治理模式响应状况的模型试验结果表明:有防护堤模式主槽输沙能力强于无防护堤模式,但嫩滩淤积量大于无防护堤模式;有防护堤模式仅高村以下少量滩区漫滩上水,淹没面积小于无防护堤模式;习城滩两种模式中漫滩范围都较大,是防洪重点区域。建议在高村以上滩区修建高标准防护堤以保障滩区安全和经济建设,高村以下滩区实施滩区淹没补偿政策。     

黄河下游宽滩区不同运用模式滞洪沉沙效果试验

黄河下游宽滩区既是大洪水期行洪通道,具有滞洪、沉沙功能,又是180多万滩区人民居住场所。如何解决保证滩区群众生命财产安全与自然行滞洪、沉沙功能的发挥这一对矛盾,是治黄工作长期面临的难题之一。通过对比不同滩区运用模式下宽滩区洪水淹没范围、滞洪量和沉沙量,分析宽滩区不同运用模式对滩区滞洪沉沙效果的影响,以期为黄河下游河道治理和宽滩区安全建设提供有力科学依据。研究结果表明,两种洪水条件下无防护堤模式淹没范围均大于防护堤模式;中常洪水条件无防护堤模式滞洪量和沉沙量大于防护堤模式;大洪水条件无防护堤模式总滞洪量稍小于防护堤模式、沉沙量大于防护堤模式;两种洪水条件防护堤模式高村以下窄河段滩区漫滩状况均较无防护堤模式严重。     

不同治理模式下黄河下游水沙运行机制研究——“黄河下游滩区生态再造与治理研究”之二

通过建立黄河下游花园口至艾山河段二维水沙模型,采用实测资料分析和模型计算等多种手段研究黄河下游水沙运行机制。黄河下游宽河段以艾山为卡口形成平原水库,当发生漫滩洪水时,水流进入滩区,泥沙大量落淤,而后清水退入主槽,既减轻主槽淤积甚至产生"淤滩刷槽"效果,又减少了艾山以下窄河段的洪峰流量和泥沙淤积,是黄河下游防洪减淤体系的重要组成部分。受滩区人类活动和来水来沙等因素影响,现状河道存在漫滩水流顶冲堤防、顺堤行洪以及滩槽水沙交换不畅等问题,中小洪水期间河道淤积的泥沙90%以上分布在主槽和嫩滩,即使大洪水期间滩区构筑物影响减弱,仍有约50%淤积量分布在嫩滩;滩区防护堤方案缩窄了河道,客观上减少下游河道淤积7%~30%,但是加大了大洪水期间嫩滩淤积量;生态治理方案实施"高滩"淤筑和"二滩"再造,消除了"二级悬河"和滩槽横向倒比降,实现了洪水自然漫滩,减少下游河道淤积20%~50%,嫩滩淤积减少幅度更大,有利于遏制"二级悬河"形成。     

河道生产堤对洪水影响的二维数值模拟研究

河道主槽两侧修建的生产堤影响滩槽泥沙横向交换,对河床演变带来很大影响。本文针对黄河下游游荡型河段的现实状况,采用平面二维水沙数学模型按现状生产堤、废除生产堤、限制生产堤三种条件进行了典型洪水的模拟,模拟计算给出了夹河滩-高村河段不同边界洪水演进、漫滩的过程及滩区淹没程度。作者分析了三种不同边界条件对洪水水位、河段流速、滩槽冲淤的影响,表明废除生产堤使洪水提前进滩,与现状生产堤状态相比大大降低了河道洪水位;限制生产堤方案可以适当控制漫滩流量,扩大滩槽泥沙横向交换,改善滩区生产条件。为了维持黄河河槽活力,协调人河关系,抑制二级悬河发展,限制下游河道生产堤治理方案是比较适宜的。     

黄河下游滩区防护堤方案的技术可行性

随着黄河下游河道整治工程的完善和水库调控能力的增强,下游漫滩大洪水发生概率大大减小,滩区原本的"滞洪沉沙"功能发生了改变。在新的水沙和边界条件下,是否采取新的"防护堤方案"引起了各方关注。从黄河下游近60 a水沙、边界条件和冲淤分布变化角度入手,分析防护堤方案的技术可行性。结果表明:年均来沙3亿t情景下,防护堤方案对河道冲淤及防洪的影响都相对较小,防护堤方案值得进一步深化研究;年均来沙6亿t和8亿t情景下,为确保下游河道防洪安全,防护堤方案应慎重实施。     

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%。     

黄河下游宽滩区洪涝灾害物理暴露量研究

利用ArcGIS空间分析技术,根据已经构建的黄河下游宽滩区洪涝灾害数据库,结合实体模型试验成果,分析黄河下游宽滩区无、有防护堤两种运用模式下的人口、GDP、粮食产量和固定资产等物理暴露量。结果表明:①未调控"58·7"洪水情景下无、有防护堤模式的淹没面积分别为841.88、667.54 km~2;调控"58·7"洪水情景下无、有防护堤模式的淹没面积分别为64.46、69.78 km~2。调控"58·7"洪水情景无防护堤模式下淹没范围集中于高村—孙口河段上半部习城滩到梁集滩,调控"58·7"洪水情景防护堤模式下淹没范围集中于高村—孙口河段下半部蔡楼滩到赵桥滩。②以2010年为基础年,未调控"58·7"洪水无防护堤模式和调控"58·7"洪水防护堤模式两种情景下,人口暴露量分别为55.65万人、6.44万人,GDP暴露量分别为29.31亿元、4.51亿元。总体来看,黄河下游宽滩区遭受大洪水时洪涝灾害的防御效果,调控洪水情景优于未调控洪水,有防护堤模式优于无防护堤模式。     

小浪底水库拦沙运用九年后黄河下游防洪形势预测

小浪底水库建成拦沙运用九年来,黄河下游河道断面形态全面调整,洪水演进呈现出新的特点,黄河下游防洪形势也发生了相应的变化。本文在分析现行河道断面形态及洪水演进特点基础上,结合近期实体模型试验成果,探讨了黄河下游防洪形势的调整变化。认为:与调水调沙前相比,目前花园口以上河床冲刷下切明显,河道过流能力提高;洪水上滩几率减小,滩区对洪水削峰功能减弱,洪水传播速度加快。花园口至高村远至孙口河段,96.8洪水形成高昂的滩唇,影响上游水量同步归槽,同时上游滩区退水又造成高村以下河段洪峰显著变胖,滩区大量进水,长时间滞洪,保持高水位,灾情进一步加重。在当前极端天气频繁发生的情况下,黄河下游的防洪形势仍不容乐观,希望引起有关部门的高度关注。     

增大主槽过流能力 淡化生产堤存废之争

从大洪水发生几率大幅度减小、下游河道具有极强的泄洪输沙能力、刷槽和淤滩没有必然的联系等方面,论述了目前条件下黄河下游滩区生产堤存在的合理性。同时指出:三门峡水库"蓄清排浑"运用的减淤作用已经使花园口以上河道基本不淤,温孟滩已经成为小浪底水库的移民区;小浪底水库投入运用以后,下游河道平滩流量增大,但夹河滩以上河道依然宽浅散乱,急需采用双岸整治措施形成稳定的窄深河槽;通过小浪底水库泥沙多年调节优化水沙组合,将泥沙调节到洪水期输送,可以控制河道主槽不抬高。只要主槽过流能力增大了,洪水漫滩几率就会减小,生产堤存废的争论自然得到淡化,滩区问题就能得到合理的解决。     

黄河下游河道改造方案初步研究

在当前黄河下游滩区经济社会发展和治河矛盾日益突出的情况下,探讨了对黄河下游进行河道改造的初步思路,即通过在黄河下游滩区设置一定标准防护堤及滩区滞洪区,在一定程度上减轻防护堤与下游设防大堤间的洪灾损失。对黄河下游各河段防护堤防洪标准进行了分析论证;通过对不同河段滩区滞洪容量的分析,提出了滞洪区设置河段;通过对不同标准防护堤和滩区滞洪区联合运用的两类共4个典型方案的分析比较,提出按设计防洪标准修建防护堤、不建滩区滞洪区方案作为推荐方案。     

小浪底水库运用十年黄河下游河道的再造床

天然河流上游修建大型水利枢纽后,必将引起水库下游河道的再造床。黄河小浪底水库自1999年10月下旬下闸蓄水以来,已运行十年有余。本文通过实测资料的分析,从河道的冲刷和河道的平面形态变化两方面来阐明小浪底水库拦沙运用十年来水库淤积及下游河道的再造床过程及其特点,为小浪底水库进一步水沙调控提供借鉴,也丰富了多泥沙河流兴建大型水库以后下游河道河床演变学科的内涵。     

黄河下游中常洪水调控指标

从塑槽径流条件、水流动床阻力、河道整治、滩区及防洪等方面,论证了未来黄河下游主槽目标过流能力采用4 000m3/s左右的合理性,提出了黄河下游发生明显淤滩刷槽的临界流量。同时,根据不同量级洪水河道的冲淤特点,提出了小浪底水库控制下游流量、含沙量指标。即在目标主槽过流能力条件下,控制漫滩洪水流量不低于6 000m3/s,含沙量不大于250-300kg/m3;小漫滩洪水和非漫滩洪水,尽量按流量2 300-4 000m3/s、含沙量20-50kg/m3的水沙搭配控制,避免出现4 000-6 000m3/s8、00-2 300m3/s两个量级的洪水过程。     

QUANTITATIVE APPROACH TO INFLUENCES OF HIGH SEDIMENT LADEN INUNDATION FLOWS ON THE MORPHOLOGICAL VARIATION OF FLOODPLAINS

This article mainly aims at developing an integrated 2-D numerical simulation model on inundation, sediment transportation and the morphological variations of floodplains due to high sediment-laden inundation flows. Due to the complexity of inner and outer boundaries and the arbitrary structures within the computational domain of floodplains, an unstructured Finite-Volume Method (FVM) based on an irregular polygon mesh was worked out so that the influences of complex boundaries can be integrated into the simulation. A case study was conducted in the Lower Yellow River Basin, in which a dike-break at the Huayuankou Hydrological Station was assumed to happen when a flood scale of 1982 was suffered in the region. The simulated spatial distribution of sediment deposition and erosion can be used to reasonably explain the natural phenomena of “suspended river” of the lower part of the Yellow River. It is concluded that the inundation process of water is similar to a variable-river-bed condition during the simulation because the sediment deposition and erosion are modified by new values at the end of each time step. The mass and momentum conservation were strictly followed during the simulation. Therefore, theprediction of floodplain evolutions by the integrated simulation model, proposed in this study, can be adequately and accurately given if the real condition of an floodplain can be obtained in detail.     

对于黄河下游治理方略的几点建议

二级悬河是黄河下游防洪的心腹之患，必须改变当前槽高滩低的局面，消除二级悬河，才能使黄河下游成为一条有健康生命的河流。只有通过废除生产堤，才能利用大自然的力量，较快、较好地消除二级悬河的严峻现状。要废除生产堤，首先要搞好滩区的安全建设。在此前提下，建议改变小浪底水库的运用方式：拦蓄大洪水，不拦蓄中小洪水；排泄浑水，不排泄清水；汛期水库少量蓄水，做到拦粗排细；允许洪水漫滩，实现漫滩刷槽，利用滩地处理大部分来沙。     

黄河下游滩区洪水风险分析及减灾措施研究

黄河下游滩区洪水漫滩灾害频发,作为防洪非工程措施的洪水风险分析对于指导黄河下游滩区实施防洪减灾措施有着重要的意义。针对黄河下游滩区呈现“二级悬河”的不利局面及下游洪水泥沙含量大的特点,采用基于GIS的黄河下游二维水沙数学模型分量级计算相关洪水风险信息。根据洪水风险分析结果,制定滩区居民迁安救护方案,编制了不同量级洪水淹没下的滩区洪水风险图,增强滩区居民风险意识及应急避险撤退能力。提出了相关减灾应对措施,有着显著的防洪减灾效益。     

黄河水沙变化与下游河道改造

20世纪80年代中期以来,进入黄河的水沙量及其过程发生了重大变化,潼关水文站水量和输沙量大幅下降,已由1919~1959年期间的平均水量426亿m3/年、输沙量16亿t/年下降到2000~2012年的231亿m3/年和2.76亿t/年,随着黄河上中游水土保持和生态建设的持续开展,预计未来50~100年潼关站年平均水量和输沙量将逐步稳定在210亿m3/年左右和3亿t/年左右。水沙变化关系到治黄方略的制定,关系到黄河的长治久安。为了顺应黄河水沙的变化,确保黄河防洪安全,实现下游河道不改道、河床不抬高的治理目标,本文提出了新的水沙条件下黄河下游河道治理的总体思路是:改造河道、解放滩区。具体措施包括:稳定主槽、缩窄河道、完建堤防、治理悬河、滩区分类。建议深入研究下游河道改造的方案与河道缩窄的可行性及其影响,为黄河下游河道改造提供科技支撑。     

优化小浪底水库调水调沙运用方式的建议

对小浪底水库运用以来黄河下游河道冲刷情况及调水调沙运用存在的主要问题进行了分析,并对调水造峰期间下游河床冲淤特性进行了研究。结果表明:经过小浪底水库10 a调水造峰与清水冲刷,黄河下游河道主槽排洪能力已经得到有效恢复,为利用洪水排沙创造了有利条件;连续10次调水调沙,冲刷效率逐步降低,且存在排沙期下游河道淤积、流量沿程增大等问题。洪水具有"涨冲落淤"的输沙特性,因此小浪底水库应改变目前落水时加沙的调水调沙运用方式,尽量在洪水涨水期集中排沙出库,一般情况不要再放平头峰,以提高下游河道的输沙效率。     

黄河下游河道湿地浅析

黄河属于高含沙河流,自小浪底以下河道大部分为宽浅游荡型河道,形成了特有的黄河河道湿地。研究认为:黄河下游河道湿地是黄河小浪底以下河道行洪的重要组成部分;湿地保护应考虑下游滩区的现状,并应与下游综合治理相结合;黄河下游频繁断流对湿地的破坏较大;黄河下游滩区生产堤的修建既影响防洪又不利于河道湿地发育;黄河下游河道湿地的存在有利于沿黄两岸生态环境的改善。提出黄河下游河道湿地的研究方向为:①河道典型湿地价值评估研究;②黄河下游河道湿地规模与黄河径流补给的响应关系研究;③黄河自然洪水对下游河道湿地的影响效应研究;④黄河调水调沙对河道湿地的影响效应研究等。