黄河水沙调控体系建设初步研究

解决黄河水少沙多、水沙关系不协调的有效途径是增水(节水和外流域调水)、减沙(水土保持措施减沙,干支流水库拦沙,小北干流放淤)、调水调沙.完善的黄河水沙调控工程体系应包括黄河干流龙羊峡、刘家峡、黑山峡、碛口、古贤、三门峡、小浪底七大骨干水库和支流泾河东庄水库、沁河河口村水库、伊洛河陆浑与故县水库等,非工程体系主要包括水沙预报系统、不同空间尺度和不同时间尺度的水沙调控调度模型等.黄河水沙调控工程体系必须保证黄河水沙的多年调节、满足调水调沙对水流动力的要求、能够调节水库泥沙、满足小北干流放淤对水沙条件的要求、确保黄河不断流以及支持流域经济社会发展等.     

黄河水沙调控体系规划关键问题研究

根据黄河水少、沙多,水沙关系不协调的基本特征,统筹考虑防洪、防凌、减淤、水资源配置等方面需求,分析提出了建设黄河水沙调控体系的任务、总体布局、联合运用机制。根据工程建设现状和存在的问题、待建工程在水沙调控体系中的任务和作用,分析了待建骨干工程的建设时机。结果表明:①目前已建的龙羊峡、刘家峡、三门峡和小浪底4座控制性骨干工程在协调水沙关系方面还存在较大局限性;②龙羊峡、刘家峡、黑山峡、碛口、古贤、三门峡、小浪底等干流骨干水库构成了黄河水沙调控体系的主体,其主要任务是对洪水、泥沙、径流进行有效调控,以满足维持黄河健康生命和经济社会发展的要求;③黄河水沙调控体系中各工程的任务各有侧重,但又具有紧密的系统性和关联性,必须做到统筹兼顾、密切配合、统一调度、综合利用;④要加快古贤、东庄水库的前期工作,深入论证黑山峡河段开发方案,并做好碛口水库的关键技术研究工作。     

小浪底水库拦沙期减淤运用方式探讨

小浪底水库运用方式不同于一般水库的特点在于它的减淤２调节，它吸取了三门峡水库的经验教训，采用逐步抬高汛期运用水位，以有利于山东河道减淤为目标，汛期调节出库流量集中于６００ｍ＾２／ｓ、２５００～４０００ｍ＾３／ｓ两级流量。洪水是黄河来沙与下游河道淤积的主体，为使水库多拦对下游有害的粗泥沙、多排对下游无害的细泥沙，可采取拦粗排细的运用方式，即根据水情预报，当出现流量大于２５００ｍ＾２／ｓ的洪水时，提前     

刘家峡水库对水沙变异影响分析

利用刘家峡水库运行前后进出库控制站的水文资料,对水库运行以来的径流泥沙特征进行了分析。研究表明:(1)水库运行对进出库年径流量影响很小,对年内分配影响大;(2)单库运行期水库蓄水拦沙,出库洪峰流量削减,年内径流量分配发生变化,泥沙量大幅度减少;(3)龙羊峡水库运行后的联合运行期,洪峰流量略有削减,年内蓄水过程改变后仍有一定的拦沙作用,出库含沙量较单库运行期增加;(4)水库运行减小了出库含沙量,并没有改变出库含沙量与入库含沙量的线性关系。     

黄河小浪底水库拦沙后期运用方式的思考与建议

小浪底水库于1999年10月下旬下闸蓄水,2007年起进入拦沙后期。水库的运用方式,对于延长水库寿命,确保黄河下游防洪减淤,至关重要。本文基于三门峡水库数十年的运用经验,指出"拦粗排细"只有在水库淤积状态下出现,水库冲刷则可能出现"拦细排粗"或"粗细俱下、粗沙略多"的情况,评述了拟定的小浪底水库拦沙后期的运用方式,提出了水库运用应从"拦沙减淤"向"调沙减淤"转变的水库合理运用的基本原则和调整黄河中游大型水库的目的任务以确保黄河下游长治久安的建议。     

论古贤水库在黄河治理中的作用

在综合考虑未来黄河水沙变化趋势和黄河水沙调控体系建设的情况下,结合实测资料和数学模型计算成果,系统分析了"拦、排、放、调、挖"等处理泥沙措施在黄河干流不同河段的作用,认为未来应进一步加强"调"的作用,结合"拦、排、放"等措施,延长水库使用寿命,减少下游河道淤积,优化配置黄河泥沙分布。提出了黄河干流不同河段的治理目标:2020年前降低潼关高程1m左右,2020—2050年降低潼关高程2m左右;2030年前维持中水河槽的平滩流量为4000m3/s左右,2030—2050年维持中水河槽的平滩流量为3500m3/s左右。研究了古贤水库在黄河水沙调控工程体系和黄河中下游治理中不可替代的作用,为达到黄河中下游在2050年前的治理目标,阶段性实现黄河长治久安,建议在小浪底水库拦沙库容淤积之前,尽早建成古贤水库,充分发挥古贤与小浪底水库联合调控运用的作用。     

黄河龙羊峡水库进出库水沙输移特性

根据龙羊峡水库进出库控制站的水沙实测资料,借助变差系数、偏态系数、Pearson相关分析和回归分析等方法,分析了进出库水沙的输移特性。结果表明:水库建设期年际径流量差和输沙量差波动明显,差异显著,出库水沙量大于进库的;水库蓄水运用对进出库水沙量的影响显著,进出库年均标准化径流量、标准化输沙量均呈下降趋势;龙羊峡水库蓄水运用后出库径流量的年内分配趋于均匀化,汛期径流量减小,非汛期径流量增大;进出库径流量和输沙量具有明显的正相关性,单位径流条件下出库的产沙动力高于进库的,相同径流条件下进库输沙量在水库蓄水运用后呈增大趋势。     

黄河粗沙输沙量沿程变化分析

根据对黄河干支流28个主要水文站1952－1998年悬移质泥沙中粗泥沙输沙量的分析得出：1967年以来，随着上游青铜峡、刘家峡、龙羊峡等大型水利枢纽的相继投入运用，头道拐站的悬沙输沙量明显减少，但悬沙中粗沙量变化不大；头道拐一龙门区间，70年代中后期悬沙输沙量明显减少，其中粗泥沙量减少的幅度更大；三门峡水库出库粗、细泥沙量随水库运用方式的不同而变化，从时段累计结果看，蓄清排浑控制运用期，潼关以下库区在运用年内虽然达到了冲淤平衡，但已呈现出“拦细排粗”的特性；下游河道粗、细泥沙量的变化主要受三门峡水库运用方式的影响，粗泥沙量的变化主要发生在高村以上河段，高村以下相对稳定。     

黄河流域全河水沙调控的可行性与模式探索

过去几十年黄河水沙调控的理论与实践探索取得了一定进展,但现状工程条件下龙羊峡、刘家峡、万家寨、三门峡、小浪底水库群联合运用进行全河水沙调控的可行性与调控模式鲜有系统探讨。在全面分析多年平均条件下,上游龙羊峡、刘家峡水库可调水量和区间来水量、引水量的基础上,论证了现状工程条件下开展全河水沙调控的可行性,提出了全河水沙调控常规与非常规调度两种模式,并对比分析了各自效果。结果表明:全河水沙调控常规与非常规两种调度模式下小浪底排沙量分别为1.451亿t和1.913亿t,下游河道淤积量分别为0.113亿t和0.221亿t;无论采取何种水沙调控模式,小浪底水库均能在腾库迎洪的同时实现有效的库区冲刷,同时对下游河道淤积影响较小。在加强水库精细化调度和严格的区间引水管理前提下,现状工程条件下的全河水沙调控模式是完全可行的。     

2004年小浪底水库异重流特性分析

文章介绍黄河调水调沙试验,通过调度万家寨、三门峡、小浪底等水利枢纽工程,人工塑造异重流的方式实现了水库减淤,系统地了解水库异重流的产生条件、持续运动规律;通过调整出库流量、含沙量、泥沙粒径,使出库泥沙能够顺利排入大海。     

减缓宁蒙河道泥沙淤积方案及效果研究

通过对实测资料的分析,阐明宁蒙河道不同粒径泥沙来源及冲淤规律：细泥沙是宁蒙河道来沙的主体,主要来源于下河沿以上和宁夏支流,且细、中泥沙冲淤效率与水沙条件有较好的响应关系,随流量的增大河道淤积效率显著降低;而较粗泥沙和特粗泥沙在来沙量中比例较低,特粗泥沙主要来源于入黄风沙,多发生淤积且流量增大也难以提高输送能力。由此提出宁蒙河道减缓淤积的“拦粗排细”综合治理方案,水库调控恢复洪水过程输送细、中泥沙,水土保持和风沙治理拦减较粗泥沙和特粗泥沙。制定了多种减淤方案,并利用水动力模型进行了方案计算,表明各种单项措施减淤效果都有限,河道仍持续淤积,只有采用“拦粗排细”综合治理方案可使河道微冲,且包含水库调控恢复洪水过程的方案对内蒙古河段的减淤效果较好。     

黄河小浪底水库异重流排沙效果分析及下游河道的响应

全面分析了小浪底水库蓄水拦沙期2000-2006年库区及下游河道泥沙冲淤调整;在分析泥沙输移规律的基础上量化了连续冲刷状态下河道输沙能力变化与累计冲刷量间的关系,揭示了冲刷条件下河道输沙能力降低是因为床沙有效交换层内小于0.05mm的细沙及中沙补给不足造成的;结合三门峡水库拦沙期的观测资料,对比研究了异重流洪水期间小浪底水库的排沙效果及其下游河道对高含沙异重流水沙过程的响应,指出了小浪底水库对洪水具有较大的"拦粗排细"潜力,且高含沙异重流洪水不会造成河道严重淤积.因此,在洪水调度中,要充分利用水库塑造异重流洪水,多排少拦,以达到下游河道长期减淤的目的.     

黄河上游宁蒙河道冲淤变化分析

黄河上游来水沙地区分布不均匀，水沙异源。大型水库修库前，来沙多，宁蒙河道淤积，５０年代淤积尤为严重。青铜峡、刘家峡水库运用后，水库大量拦沙，宁蒙河道发生冲刷。龙羊峡，刘家峡水库联合运用后，汛期蓄水削峰，出库中小水流量历时加长，大流量出现机会大大减少，宁蒙河道重新调整，主要表现在；水流挟沙能力降低；河道淤积严重，水位升高，平滩流量减小；河势摆动加剧，滩岸坍塌严重；西柳沟高含沙洪水淤堵干流呈加重趋势。     

黄河干流梯级开发构架与泥沙控制布局研究

大量实测资料分析表明,黄河流域主要的产沙区间为河口镇至潼关区间,黄河支流按入黄沙量大小排序为渭河、无定河、窟野河、北洛河、祖厉河、皇甫川、延河、清涧河、洮河、汾河等。对黄河干流36个梯级开发工程、13条主要来沙支流224座水库研究表明,干流龙羊峡、刘家峡、大柳树、碛口、古贤、三门峡、小浪底等七大骨干工程的总库容为944.97亿m3,总有效库容为472.26亿m3,拦沙库容为466.65亿m3,分别占36个梯级水库拦沙总库容的91%9、3%、90%。小浪底水库虽然具有巨大的拦沙库容,但是其上游水库或者未建、或者淤满、或者位于来沙区上游,因此其拦沙压力巨大,剩余拦沙年限仅10余年。小浪底水库淤满后,黄河泥沙将失去控制,会对黄河下游防洪构成危害。     

三门峡水库水沙运动的若干规律——兼论水库溯源冲刷对黄河下游河道的影响

小浪底水库的合理运用对于延长水库寿命,确保黄河下游防洪减淤、长治久安,至关重要。本文基于与小浪底水库河谷地貌、水沙运动基本相似的三门峡水库潼关以下库段和下游河道数十年的基本资料,分析了水库造床及冲淤形态、水库拦粗排细和水库泄空、溯源冲刷的特点,以及溯源冲刷本身对黄河下游河道冲淤的影响。这些对于深化认识和科学制定小浪底水库拦沙后期的运用方式是非常重要的。     

小浪底水库泥沙淤积特性及减淤运用方式探讨

小浪底水库在初期运行管理中采用了调控水位、异重流排沙、调水调沙、相机降低水位排沙、拦粗排细等综合调度运行方式,对减少水库和下游河道的泥沙淤积取得了显著效果。截至2016年汛前,水库累计淤积泥沙30.97亿m3,库区泥沙淤积形态及下游河道过流能力均发生了较大变化,为进一步提高淤积库容的利用率、尽量延长淤积库容的使用年限,对水库泥沙重点监测内容、淤积形态调整、汛期限制水位、调水调沙清水用量等进行了探讨。     

黄河水沙调控体系建设关键问题研究

根据黄河水少沙多、水沙关系不协调的基本特征,分析了现状黄河水沙调控存在的问题:一是现状工程条件下,能提供的水流动力条件不足,联合调节水流和泥沙比较困难,不能较长时期维持小浪底水库拦沙期塑造的黄河下游中水河槽;二是现状工程运用不能解决协调宁蒙河段水沙关系和供水、发电之间的矛盾,宁蒙河道淤积萎缩,防凌防洪形势严峻;三是潼关高程居高不下。考虑防洪防凌、减淤、水资源配置等需求,研究提出了黄河水沙调控体系的总体布局,即以干流七大控制性骨干工程龙羊峡、刘家峡、黑山峡、碛口、古贤、三门峡、小浪底为主体,海勃湾、万家寨水库为补充,支流陆浑、故县、河口村、东庄水库配合,共同构成工程体系,由监测体系、预报体系和决策支持系统构成非工程体系,为水沙联合调度提供技术支撑。从河道减淤、防洪防凌安全以及水资源优化配置等需求出发,研究了黄河水沙调控指标体系,定量提出了维持河道排洪输沙功能的调控指标、河段防洪防凌指标以及实现水资源有效管理的调控指标等。在此基础上,研究提出了水沙调控体系联合调控方式。从待建工程的开发任务、在水沙调控体系中的地位和作用以及黄河治理开发的迫切要求出发,分析确定了待建骨干工程的开发次序为古贤、黑山峡和碛口水利枢纽工程。古贤水利枢纽工程在黄河治理开发和管理中具有承上启下的战略地位,对于保障黄河防洪安全具有重要作用,建议尽快兴建古贤水利枢纽,争取在小浪底水库拦沙库容淤满前投入运用。     

龙羊峡水库调度对径流的影响及蓄补水规律

通过对比同一时段内龙羊峡水库入库径流与出库径流的水文变化指标（indicators of hydrologic alteration,IHA）、流量过程变异程度等指标变化,结合突变检验,量化水库调度对径流过程的影响,采用显著性检验识别水库[JP+1]蓄补水与来水、耗水等因素的关系。结果显示,1986—2016年龙羊峡水库调度导致径流过程显著变化：年均流量表现为极值比和变异系数减小;月均流量表现为6—10月减小、11月—次年5月增大;日流量表现为径流过程坦化,但小范围波动加剧。水库出库断面流量过程变异程度在初次蓄水年份发生突变,蓄水后流量过程变异程度是蓄水前的43倍。水库年补水量与黄河天然径流量呈显著负相关关系,与黄河流域地表水耗水量占天然径流量的比例呈显著正相关关系。[JP2]黄河流域地表水耗水量占天然径流量的比例超过64%时龙羊峡水库以补水为主,反之以蓄水为主。     

小浪底水库运行以来对黄河下游河道河床演变特性的影响

小浪底水库自1999年10月下闸蓄水,23年来深刻改变了进入黄河下游河道的径流泥沙过程,进而引起了下游河道的再造床。本研究以1960—2022年长序列水文泥沙、断面地形、遥感影像等多源资料为基础,从径流泥沙、冲淤演变、形态调整三个方面阐明了小浪底水库运行以来对下游河道河床演变特性的影响。结果表明：(1)水库拦沙效果显著,下泄水量在年内分配更加均匀、沙量则向汛期更加集中;大流量和高含沙事件的严重程度和发生频率均有所降低;悬沙调整不明显,床沙粗化显著。(2)扭转了黄河下游河道持续淤积的趋势,冲淤调整主要发生在花园口至高村的游荡性河段;冲刷效率持续下降,主槽过流能力得到显著恢复。(3)游荡性河段横断面形态向窄深发展,二级悬河发育得到有效缓解,整体河势处于相对稳定状态。研究成果丰富了多沙河流修建水库对下游河道影响的科学认识,也可为小浪底水库优化调度提供科技支撑。     

小浪底水库初期运用及黄河调水调沙研究

论述了小浪底水库初期运用阶段,水库淤积与调水调沙的若干问题.首先指出了水库拦粗排细的原则是有根据的,并以定量的关系予以表达.但是拦粗排细是有条件的,而且受到一些因素的制约.其次,从理论上和实际资料上证实了水库淤积百分数与下游河道排沙比有密切的关系,对于一个具体水库,这个关系几乎是单值的.它可以将水库排沙比与下游河道冲刷及减淤直接联系起来,并且有相当可靠性.接着,论证了调水调沙的重大效果,它对改善下游河道势在必行的意义.与此相关,专门论述了黄河下游造床流量的表达式,及第二造床流量与平滩流量的关系.同时指出,近期继续增加造床流量的可能性及条件.最后,讨论了小浪底水库初期运行的实际调度与规划的差别,以及调整的必要性.