黄河下游河道断面形态参数变化与主河槽萎缩趋势分析

采用时间序列分析法对黄河下游河道断面形态参数变化趋势及其变异点进行了分析。结果表明从20世纪50年代以来,特别是90年代以来黄河下游花园口站、高村站、艾山站和利津站断面形态参数发生了趋势性变化,主河槽变化的最显著特征就是断面平滩流量下降,相应的平滩面积、平滩河宽、平均水深、最大水深均出现不同程度的减小,平滩宽深比增大。变异点分析表明黄河下游河道主河槽总体上在1970—1975年开始萎缩,1990年以后进入严重萎缩期。     

黄河下游河道平滩流量与造床流量的变化过程研究

采用黄河下游各水文站1950-2003年实测资料,系统分析了过去50多年间黄河下游平滩流量和造床流量的变化过程及其与花园口来水量的响应关系,分析表明在过去50多年间黄河下游平滩流量和造床流量总体上呈逐渐减小的趋势,其数值随花园口来水量的丰枯而变化,花园口来水量大,造床流量就大,造床能力就强,塑造的主河槽的平滩流量也大。文中给出了平滩流量与造床流量的响应关系,通过造床流量和平滩流量的比较,指出黄河下游造床流量小于平滩流量,过去50多年间水流塑造河床的能力小于主河槽当时的过流能力,黄河下游主河槽萎缩是河道演变响应来水变化的必然结果。研究结果进一步表明,通过小浪底水库调整进入下游的来水过程,增大河道的造床流量,进而增大河道的过洪能力是治理河道萎缩的重要措施之一。     

小浪底水库运用后黄河下游河床调整规律

小浪底水库的运用改变了坝下游的水沙条件,引起了黄河下游河道的再造床过程,给防洪及滩地利用等带来了一系列影响。利用黄河下游1999—2015年水沙及断面地形等实测资料,分析了近期黄河下游河床的调整过程及特点:1进入下游河道的年均沙量仅为0.88亿t,累计河床冲刷量达18.7亿m3,其中游荡段冲刷量占总冲刷量的72%,在冲刷过程中河道纵比降变化不大,河床粗化较为明显,床沙中值粒径由建库前的0.06 mm增大到水库运用后的0.15 mm;2河床断面形态调整较为显著,下游各河段调整均表现为向窄深方向发展,其中游荡段主槽展宽较为明显,平滩河宽由1999年的943 m增大到2015年的1 275 m,过渡段及弯曲段的平滩河宽调整较小,此外各河段平滩流量也显著增大,游荡段、过渡段、弯曲段平滩流量分别由1999年汛后的3 229、2 339、3 080 m3/s增大到2015年汛后的7 126、4 864、4 721m3/s;3河床平面形态总体保持稳定,各河段深泓摆动幅度均有所下降,其中游荡段的年平均深泓摆动幅度由建库前的234 m降低到水库运用后的123 m;4河段尺度的平滩河槽形态参数(如平滩河宽、平滩水深、平滩面积、平滩流量)及深泓摆动强度与水库运用后前4 a平均的水流冲刷强度密切相关。     

小浪底水库对下游游荡河段河床形态与过流能力的影响

小浪底水库蓄水拦沙以来,进入黄河下游的泥沙大幅度减少,引起了下游河道的再造床过程。以黄河下游游荡河段1986-2015年实测大断面资料为基础,从河床冲刷量、平滩河槽形态、平滩流量等方面分析了小浪底水库运行前后黄河下游游荡河段的河床调整过程及过流能力变化,并还原了无小浪底水库时的平滩河槽形态参数及平滩流量。研究结果表明:小浪底水库运行后,黄河下游河道持续冲刷,累计冲刷量为18. 6亿m³,其中游荡河段所占比重达到72%。典型断面及河段尺度的平滩河槽形态调整明显,平滩河宽与水深增加,河相系数逐年递减,横断面形态总体向窄深方向发展。主槽过流能力明显增加,河段平滩流量都有不同程度增加,游荡河段内三个分河段的增幅分别为3 381 m³/s、4 450 m³/s及4 590 m³/s。还原了无小浪底水库条件下2015年汛后游荡河段的平滩面积及平滩流量计算值,分别为有小浪底水库时的64%和80%。     

黄河下游排洪输沙基本功能的影响因素及判别指标

利用实测资料统计、理论分析和数学模型计算等方法,对黄河下游排洪输沙基本功能的表征因子、影响因素和判别指标进行了探讨.研究表明,黄河下游河槽排洪输沙基本功能可以用输沙指标、平滩流量、水位涨率、滩地分流比和洪水传播时间等因子表征;河槽宽度、滩槽阻力、比降、河势等对排洪功能影响较大,流量、含沙量、泥沙组成和断面形态等对输沙功能影响较大.黄河下游河槽排洪输沙基本功能的主要判别指标为:黄河下游河槽平滩流量4 000～5 000m3/s,黄河下游游荡性河道主河槽宽度以1 000～1 200m为宜,断面河相系数应在16m1/2/m左右,平滩流量下高村断面每增加1 000m3/s流量的水位涨幅不大于0.35m,高村断面滩地分流比不大于45%.     

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。     

黄河下游游荡性河道水位涨率偏大的主要影响因素分析

认为影响黄河下游游荡性河道水位涨率的因素是多方面的 ,河宽只是其中的原因之一。利用黄河下游花园口、夹河滩等水文站历次实测大洪水测流断面资料 ,计算了各水文断面不同槽宽的水位流量关系。在洪水涨水阶段 ,同样的流量涨幅 ,等河宽的平均河底高程变化 ,河南河道和山东河道没有明显差别 ,但河南河道的比降是山东河道的 2倍 ,同河宽的水位涨率必然小于山东河道。对游荡性河道已发生的几场水位涨率偏大的原因作了分析 ,认为游荡性河道十分宽浅 ,河势摆动频繁 ,大洪水时形成顶冲、局部壅水 ,它对水位涨率的影响远大于河宽缩窄的影响 ;复式河槽在洪水漫滩后 ,由于滩槽水流的动量交换 ,引起主槽的阻力增大 ,也是导致水位涨率增大的重要原因。     

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。     

黄河河道萎缩及其对洪水演进的影响

由于近几年黄河来水来沙偏少，下游河道连年断流、高含沙洪滴水频繁发生，造成黄河干、支流下游河槽连年淤积，断面主槽缩窄，滩槽高差减小，过洪能力降低，漫滩流量减小，同流量水位偏高。河道萎缩使漫滩机遇增多，洪峰削减率大，洪水传播时间延长，威胁堤防安全。     

游荡型河段双岸整治对黄河下游河道的影响分析

针对游荡型河段主流宽浅散乱、河床极不稳定的特点，在黄河花园口一夹河滩河段两岸布置了对口丁坝整治工程。利用黄河下游水动力学泥沙数学模型，采用小浪底水库15a设计水沙系列，对黄河下游各河段的冲淤、典型断面的平滩流量变化进行了计算，分析了对艾山以下窄河段带来的影响，并与现状工程方案进行了比较，结论认为：①花园口-夹河滩河段布设双岸整治工程比现状工程条件下，15a间铁谢-利津河段多冲刷泥沙2．33亿t，冲刷量主要分布在花园口-高村段；②双岸整治工程方案和现状工程方案相比较，高村以下河段各站平滩流量减小，但和2002年汛前相比，山东河道仍具有较强的过洪能力；③在游荡型河段进行双岸整治工程布置，可以减少小浪底排沙期间河道的淤积，提高河南河段的输沙能力，而对山东河段的影响不是太明显。     

山东黄河泥沙特性及沙峰运移规律

在论述黄河山东段泥沙时空分布及不同时期泥沙粒径变化的基础上，重点分析了洪水过程中沙峰的运移规律：山东河段沙峰的削峰率为沿程向下游递减，且与沙峰的大小成正比；沙峰沿程输沙量变化，高村至艾山段沿程减小。艾山至利津段基本稳定。沙峰运移过程中与相应洪峰发生的时间一般是不同步的，高村至艾山段，沙峰常超前于洪峰，而艾山至利津段，沙峰常滞后峰；不漫滩洪水，沙峰一般滞后于洪峰，漫滩洪水，沙峰一般超前于洪峰。     

黄河下游河道河槽形态与输沙特性研究

据多年实测大断面的资料统计,分析了各河段的河槽特性水面宽、宽深比B/h、单宽流量与流量的关系.高村以上游荡性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;反之艾山以下为窄深型河流.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,窄深型河流在洪水时具有"多来多排"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,而是通过河宽的沿程变小,流速增加,洪水的输沙能力沿程增强.其底沙的运动速度比洪水传播的慢是造成黄河下游河道长距离冲刷的根本原因.     

黄河尾闾河道平滩流量变化对来水来沙的响应

通过分析1976年清水沟流路以来黄河河口尾闾河道冲淤变化及河槽萎缩特点,探讨了利津平滩流量变化对来水来沙及河口延伸的关系。结果表明:河口区平滩流量变化不仅与来水量、洪峰流量、水沙搭配系数、河口河长相关,而且与前期河床条件有关。给出了维持河口河道4 000 m3/s平滩流量需要的水量、洪峰流量及水沙搭配的定量关系以及河口延伸长度的限制条件,为河口尾闾河道的综合治理提供一定的参考。     

黄河下游游荡河道萎缩过程中的河床演变趋势

由于人类活动与自然因素影响下的水沙变化。黄河下游自20世纪70年代初期特别是80年代中期以来发生了明显的河床萎缩,河宽束窄,宽深比减小,主流线摆动幅度减小,深泓线弯曲系数增大,这表明,黄河下游的游荡程度有所降低。     

黄河下游洪水期沙峰滞后特性研究

简要分析了黄河水沙异源的情况，指出沙峰滞后、洪峰与沙峰不同步是造成黄河下游涨冲落淤和小水大灾的主要原因。根据小浪底下游各站沙峰均滞后于洪峰的35场洪水，对沙峰滞后于洪峰的特性进行了剖析，建立了小浪底、花园口、夹河滩、高村、孙口、艾山、利津各河段沙峰滞后时间与上站洪峰流量、沙峰含沙量、洪水传播速度、悬移质泥沙群体沉速之间的回归方程，可以用来查补延长沙峰滞后时间，为下游各站沙峰传播时间的准确预报提供依据。     

小浪底水库拦沙初期黄河下游冲淤效果分析

根据实测资料分析了1999年11月～2007年10月小浪底水库拦沙初期黄河下游河道冲淤变化情况,结果表明:①小浪底水库运用8年来,累计冲刷量为10.549亿m3,其中汛期冲刷量占全年冲刷量的69%,花园口洪峰流量大于2 000 m3/s的洪水冲刷量占总冲刷量的38%,6次调水调沙冲刷量占总冲刷量的20%;②下游河道冲刷量具有两头大、中间小的特征,冲刷强度沿程逐渐减弱,高村以上河段的断面形态调整为展宽和下切同时进行,高村以下河段以下切为主;③下游河床明显粗化,主槽过流能力明显增加;④平滩流量基本为3 650-5 800 m3/s,部分河段仍小于4 000 m3/s的低限标准.     

黄河下游河道11月至次年5月时期输沙和冲淤规律研究

利用1960—2010年黄河下游11月至次年5月时期实测水沙资料,系统地研究了黄河下游河道水沙运动和河床冲淤规律。分析了花园口、高村、艾山和利津等4站输沙率与各自上站的流量、含沙量和输沙率的关系,黄河下游河道冲淤量与小浪底站来水量、来沙量、含沙量和来沙系数之间的关系。结果表明:黄河下游河道的下站输沙率与上站输沙率有很好相关关系,该时期进入黄河下游河道的输沙量小于1.82亿t、或平均含沙量小于12.6kg/m3、或来沙系数小于0.014 kg·s/m6时,下游河道以冲刷为主,反之则以淤积为主;采用本文建立的下站输沙率与上站输沙率关系式计算的黄河下游各河段冲淤量具有较高的精度。利用本文建立的关系式可以方便地预测未来黄河下游河道该时期不同河段冲淤量,对快速判断黄河上中游水利工程建设对下游河道冲淤影响具有重要意义。     

对口丁坝双岸整治对黄河下游河道冲淤的影响

选取低含沙水沙系列、枯水多沙水沙系列以及规划设计的未来50 a水沙系列,利用黄河下游一维水沙数学模型,模拟计算了对口丁坝双岸治理方案下黄河下游河道在3种水沙系列条件下的冲淤状况。结果表明,游荡性河段采用对口丁坝方案整治后,输沙能力得到了提高,该河段多输送的泥沙一半以上输送到利津以下,其余部分淤积在高村—利津河段,其中淤积以高村—艾山河段为主,艾山—利津河段的冲淤情况与现状相比变化不大。