黄河下游河道河槽形态与输沙特性研究

根据多年实测大断面统计资料,分析了黄河下游各河段的水面宽、宽深比B/h、单宽流量与流量的关系。结果表明:高村以上游荡型河道随着流量的增加,宽深比B/h增加、单宽流量减小,为宽浅型河道;艾山以下情况与高村以上相反,为窄深型河道。在实测资料范围内,河段的输沙特性与河槽形态关系密切,宽浅型河道具有"多来多淤多排"的输沙特性,窄深型河道在洪水时具有"多来多排"的输沙特性。河槽形态的沿程变化,使得洪水输沙能力没有因比降沿程变小而降低,而是随河宽的沿程变小,洪水的输沙能力沿程增强。河道底沙的运动速度比洪水传播慢,这是造成黄河下游河道长距离冲刷的根本原因。     

黄河下游宽浅河段整治对窄河段冲淤影响的初步分析

该文根据游荡性河道形成的水沙条件、河道特性与稳定条件,论述了游荡性河道固有的比降陡,河道宽浅及窄河槽的冲淤与输沙特性。参照高村至陶城铺及东坝头至高村两段已经整治了的河槽断面形态、河段输沙能力、河道滞洪特性及滩槽冲淤特性的变化,分析了宽浅河道整治后,进入下游窄河段水沙条件可能产生的变化和上游宽河道整治带来的影响。结果表明.形成中水河槽是治河的关键。宽河道进一步整治可能会提高中等洪水的输沙能力,但不会改变小水淤槽的状况,若不改变水沙条件,二级悬河将会发展.但由于艾山以下窄河段在中水的输沙呈“多来多排”的特性,故不会造成直接危害。     

基于洪水涨冲落淤特性分析游荡性河道双岸整治对冲淤的影响

基于黄河下游及主要干支流、美国密苏里河和密西西比河的实测资料,分析了低含沙洪水和高含沙洪水的输沙与冲淤特性。研究表明,河道沿程比降虽然变缓,但河宽变窄,流速沿程增加,是造成冲积河流保持洪水输沙平衡的边界条件。底沙的运动比洪水波传播得慢,是造成洪水在河道中长距离冲刷的根本原因,而与河道的比降陡缓关系不大。河道输沙特性呈现"多来多排",是形成河床沿程冲刷的水流动力条件。通过黄河下游河道双岸整治,河道形成窄深、归顺、稳定的河槽,使洪水造床和输沙作用增强,从而对河道冲刷作用增加。     

三峡水库蓄水后荆江沙质河段冲淤分布特征及成因

根据实测水沙、地形资料,分析了荆江沙质河段内洪枯河槽、宽窄河段等不同部位的冲淤幅度差异,并结合观测资料讨论了河道形态调整对水沙过程的响应关系。结果表明:荆江河道泥沙冲淤强度平面分布不均,泥沙冲刷主要集中于枯水河槽,断面形态趋向窄深;宽浅河段冲刷强度大于束窄河段,河道形态沿程趋于均一化。蓄水前河道形态与水沙过程相适应,河床在不同流量下以造床流量为界发生冲淤交替,长时期水沙过程作用下河道整体冲淤平衡。蓄水后含沙量大幅减小、大洪水消减而中洪水持续时间增长是荆江沙质河段冲淤分布特征形成的主要原因。     

黄河下游游荡性河道治理方向探讨—兼论河槽形态与河型

本文首先指出:黄河下游生产堤的存在不是产生二级悬河的主要原因,治理宽浅游荡河段的方向是塑造窄深河槽.不同河段的对比分析表明,宽浅河流总是顺直的,而只有窄深河槽的河段才能形成弯曲性河流.本文对不同的来水来沙条件下黄河下游游荡性河段的河槽形态变化进行了较为全面的分析研究,发现高含沙洪水能塑造窄深河槽,游荡性河段较陡的比降是造成河槽不稳定的因素,在天然来水来沙条件下,河床调整呈恶性循环,只有特殊的水沙组合才能对其进行改造.因此,主要由高含沙洪水输送泥沙,塌滩的低含沙洪水很少发生的北洛河模式可称最优.     

黄河下游河床演变三大基本问题的研究

断面极为宽浅，纵比降的塑造，以致河道严重淤积，是黄河下游河床演变的三大基本问题。黄河下游的主要特征是强烈游荡、严重淤积.这也是黄河一切灾难的主要原因.前者是断面太宽浅以及比降偏陡而直接引起的问题.河道形态由来水来沙搭配关系决定.水沙关系Qs=KQm的m值小于2.5的，属于大水来沙偏少而小水来沙偏多，滩地不易淤高而河槽易于淤浅，要形成多汊宽浅游荡性河流.反之，m大于2.5的则形成单股窄深蠕动性河流.黄河下游m约为2，故成为强烈游荡的宽浅河道.后者则是河道输沙能力的形成问题，是由纵、横断面的配合决定的.泥沙输移的沿程淤积分选，大量细颗粒长远输送而于几千年前就造成了偏小的纵比降，与宽浅的断面配合而成的输沙能力远小于流域来沙量，是黄河严重淤积的原因。     

黄河下游游荡性河道双岸整治对窄河段冲淤影响

通过研究黄河下游及渭河、北洛河等主要支流实测高含沙洪水的输沙特性与冲淤特性,发现:河道比降沿程虽然变缓,但是河宽会相应变窄,流速沿程增加,认为这是冲积河流保持洪水输沙准平衡的边界条件;底沙的运动速度比洪水波传播速度慢,是造成河道长距离冲刷的根本原因;洪水非恒定性是造成冲积河道输沙与冲淤特性的主要控制因素,由于作用在床面上的剪力(或功率)在涨水期迅速增加,落水期减小,因此必然造成涨水期河床强烈冲刷与落水时迅速淤积。通过分析动床阻力与输沙特性间的关系,发现当床面形态进入高输沙动平整状态后,河道输沙呈现多来多排状态。在实测比降相差10倍的条件下主槽均会发生强烈冲刷,因此认为比降在实测变化范围内对洪水造床、输沙作用影响不明显。黄河下游游荡性河道经双岸整治后将形成有利于排洪输沙的窄深、归顺、稳定的通道,进入下游窄河段的洪水造床和输沙作用增强,洪水对河道仍会产生冲刷作用。     

黄河下游山东段泥沙输移沿程演变规律分析

本文基于一维不平衡输沙理论,对来水来沙变化情势下的黄河下游艾山-利津河段泥沙输移的沿程演变情况进行概化分析计算。结果表明,在艾山站相同年均来沙率的情况下,随着流量的减小,河道输沙能力随之明显减小,利津站年均输沙率明显减小。20世纪80年代中期至2002年期间,艾山站年均来沙率一般大于河道输沙能力,河槽出现淤积;2002年以后,受水库拦沙及调水调沙影响,河道来沙率多小于河道输沙能力,河道出现冲刷。而且,由于单宽流量较小,河道泥沙沿程速率变化较快,导致泥沙冲刷或淤积所占来沙量的比例较大。     

黄河下游游荡性河道双岸整治淹窄河段冲淤影响

通过研究黄河下游及渭河、北洛河等主要支流实测高含沙洪水的输沙特性与冲淤特性，发现：河道比降沿程虽然变缓，但是河宽会相应变窄，流速沿程增加，认为这是冲积河流保持洪水输沙准平衡的边界条件；底沙的运动速度比洪水波传播速度慢，是造成河道长距离冲刷的根本原因；洪水非恒定性是造成冲积河道输沙与冲淤特性的主要控制因素，由于作用在床面上的剪力(或功率)在涨水期迅速增加，落水期减小，因此必然造成涨水期河床强烈冲刷与落水时迅速淤积。通过分析动床阻力与输沙特性间的关系，发现当床面形态进入高输沙动平整状态后，河道输沙呈现多来多排状态。在实测比降相差10倍的条件下主槽均会发生强烈冲刷，因此认为比降在实测变化范围内对洪水造床、输沙作用影响不明显。黄河下游游荡性河道经双岸整治后将形成有利于排洪输沙的窄深、归顺、稳定的通道，进人下游窄河段的洪水造床和输沙作用增强，洪水对河道仍会产生冲刷作用。     

黄河下游游荡性可道治理方向探讨——兼论河槽形态与河型

本文首先指出：黄河下游生产堤的存在不是产生二级悬河的主要原因，治理宽浅游荡河段的方向是塑造窄深河槽。不同河段的对比分析表明，宽浅河流总是顺直的，而只有窄深河槽的河段才能形成弯曲性河流。本文对不同的来水沙条件下黄河下游游荡性河段的河槽形态变化进行了较为全面的分析研究，发现高含沙洪水能塑造窄深河槽，游荡性河段较陡的比降是造成河槽不稳定的因素，在天然来水来沙条件下，河床调整吴恶性循环，只有特殊的水沙组合才能对其进行改造。因此，主要由高含沙洪水输送泥沙，塌滩的低含沙洪水很少发和的北洛河模式可称最优。     

狭窄河床大单宽流量深覆盖层施工导流消能防冲研究

文章对下游河道消能防冲和固堰保护措施进行了比较研究,提出了采用开挖块石护底、混凝土四面体二次消能的综合措施,解决了狭窄河床、大单宽流量、深覆盖层、地质条件差的导流洞出口消能防护和下游固堰安全的技术难题。     

多沙河流横断面调整及其对排洪和输沙能力的影响

多沙河流输沙能力的变化，突出地表现为河槽横断面的调整。黄河下游高含沙洪水过后，使游荡型河段河槽宽深比大幅度减少，从而提高了同流量的输沙能力，但因此使排洪能力大幅度下降。频繁出现的高含沙洪水异常高水位证明，断面缩窄比前期河床淤高对洪水位的影响更大。为了解决排洪与输沙的矛盾，建议排江与输沙分道，即尽可能地将高含沙水流徙用干流水库拦蓄，再用明渠向两岸高浓度输沙放淤，而河道只输送低含沙水流入海。     

利用河流平衡理论检验推移质输沙函数的应用性

推移质输沙函数多根据试验资料建立,在实际应用中往往会给出相去甚远的预测,对河流平衡形态影响显著。本研究利用河流平衡理论检验推移质输移通式Φ=cb(τ0*-τ*c)β中各参数对河道平衡形态的影响,式中Φ为无量纲推移质输沙强度,τ0*为无量纲水流平均剪切应力,cb、τ*c和β为输沙参数,分别代表输沙系数、无量纲水流临界剪切力和输沙指数。引入河道过水断面的宽度与平均水深的比值作为表征断面形态的无量纲参数,基于变分原理的图形分析结果表明,输沙通式中指数β的选取是影响平衡河道形态的重要因素。结合长江中游监利河段河道形态实际观测数据,对比分析已有推移质输沙函数对河道平衡形态的定量影响,结果表明β=5/3时河流平衡理论具有很好的实际应用性。     

河道截流戗堤下游回流长度研究

基于沿水深方向积分的平面二维水流动量方程,在采用合理的假定条件下,推导出含渗漏因素的戗堤下游回流区长度计算公式。研究结果表明,戗堤下游回流区长度不仅与坝长、水深、糙率、河宽缩窄比等因素有关,而且与戗堤自身的渗流量有关,回流区长度与渗漏量成反比。     

复式断面漫滩水流滩槽分流比研究

在已有研究的基础上,定量分析了津槽分流与水深比、糙率比、河宽比的相互关系,并根据分析结果,综合考虑影响滩槽流量的主要因素和滩槽间的交互作用,构造了概化断面的潍槽流量比的计算结构式.最后采用滩、槽分流比的实测资料对该式进行验证.结果表明,该公式计算的滩槽分流比与实测值较为接近,可供相关工作者参考.     

挟沙水流床面冲刷深度试验研究

在清水冲刷粗化层极限冲刷深度研究的基础上,结合室内概化水槽试验,探讨了挟沙水流床面冲刷问题。不同来沙条件下床面冲刷深度水槽试验观测成果表明,随着上游单宽加沙率的增加,挟沙水流床面冲刷深度减小,挟沙水流相对冲刷深度与相对来沙条件呈线性变化趋势。参考爱因斯坦推移质输沙率公式,建立了一个能够综合反映来水来沙条件以及床面条件的床面冲刷深度计算公式。该公式计算值与试验实测值吻合良好。     

近50年来黄河输沙量变化特征及原因分析

收集了黄河重要干流水文站和一些主要支流近50年的输沙量及径流量数据,应用数理统计方法研究了输沙量绝对值和相对径流量的多年变化情况。结果表明:黄河干流除上游唐乃亥站输沙量相对径流量有升高趋势外,其他各站输沙量的绝对值和相对径流量的变化趋势为减少或基本保持不变,这主要是大量水库的拦沙作用和水土保持措施的实施造成的;各支流输沙量的绝对值和相对径流量变化也以减少或不变为主,但黄河中游产沙区的几条主要支流在径流量下降的情况下输沙量相对径流量却没有显著变化,这主要是由该地区的自然地理特征决定的。     

基于均匀正交设计的消力池内双层悬栅布置优化试验

由于在消力池内布置双层悬栅对消能效果影响少有研究,考虑到单宽流量、悬栅栅条数、栅距和层距等影响因素,采用均匀正交设计,考察4因素3水平,选择UL9(34)优化方案进行模型试验,对比了不同流量和悬栅布置型式组合下消力池内下降水深及消能率。试验结果表明:不考虑单宽流量时,消力池内布置双层悬栅,下降水深受层距、栅条数以及栅距影响较大,其中层距改变影响最大,消能率受这些影响因素影响较小;单宽流量较小时,层距和栅距均与下降水深成正比关系,单宽流量较大时,层距与下降水深成正比关系。     

黄河下游河道巨大的输沙能力与平衡的趋向性——“黄河调水调沙的根据、效益和巨大潜力”之二

尽管黄河下游河道以堆积性著称,河底、水面不断抬高,但在长期水沙作用下,特别是河流的自动调整和反馈迅速,其平衡的趋向性也很明显。从上、下河段挟沙能力及典型资料看,当流量为1000~4000 m3/s时,上段(河南河段)挟沙能力与下段(山东河段)之比为1.049~0.915,即流量小于2000 m3/s时,上段挟沙能力大于下段;而当流量大于2500 m3/s时,下段挟沙能力则大于上段;流量为2300 m3/s时,上、下河段基本平衡。从多年平均过程看,如果不考虑高含沙洪水,不漫滩,流量沿程不变,下段输沙量为上段输沙量的1.01倍,也说明多年输沙量是平衡的。特别是从1960年9月至1996年10月的资料看,三门峡至利津河段淤积36.32亿t,其中20次高含沙量洪水淤积37.22亿t,若不计高含沙洪水,则全河冲刷0.90亿t,占来沙348亿t的0.26%。     

长江下游河道河床阻力分布特征及影响因素分析

河床阻力是河流动力学的基本问题之一,与河流的泄流能力及挟沙能力息息相关。利用2014—2016年长江下游九江至河口段河床的多波束、ADCP及底质沉积物的同步采集数据,通过计算沙粒阻力和沙波阻力,分析不同河段河床阻力的分布特征,探讨河床阻力与宽深比、粒度及流速3个因素之间的相关关系,并对比三峡蓄水前后主要河段河床阻力及其与影响因素之间相关性的变化特征。研究结果表明:三峡蓄水前后,总体上,长江九江至吴淞口河段最大河床沙粒阻力和平均沙粒阻力分别减小57％和63％。长江下游河道河床阻力在蓄水前后均以沙粒阻力为主,沙波阻力在河床阻力中占比不足1％且随着三峡工程的运用有减小的趋势。三峡蓄水前,长江下游河道河床阻力与3个影响因素相关性从大到小依次为粒度、流速和宽深比,相应的平均决定系数依次为0.48,0.30,0.25;而三峡蓄水后,长江下游河道河床阻力与3个影响因素相关性从大到小依次为流速、宽深比和粒度,相应的平均决定系数依次为0.71,0.41,0.30,但各河段河床阻力在不同时期主要影响因素又有所区别。研究结果可为长江下游航道整治、航运安全和防洪提供参考依据。