黄河水沙数学模型评价体系研究

结合理论研究和水文测验成果,构建了水沙数学模型多目标可量化评价体系,甄选了经典实验室数据和多沙河流实测原型资料,集成了模型测试案例题库;基于建模原理和水文观测数据,遴选了模型评估的单项指标;借助层次分析法和结构方程模型法研究了单项指标的无量纲方法、单项赋权及合成模型。建立水沙数学模型评价体系,可以实现水沙数值模拟量化评价,改变我国目前数学模型评价以主观评审为主导的现状,促进水利行业数值模拟的标准化、规范化发展。     

流域水沙资源优化配置研究综述

水沙合理配置是影响河流健康的重要环境课题,正确认识水沙灾害和水沙利用的相互关系,开展流域水沙资源联合优化配置研究具有重要意义。本文系统地分析与总结了流域水沙资源联合优化配置研究的进展状况,包括局部流域的水土保持规划、水库水沙联合调度运用、灌区水沙输移分配和全流域范围的水沙资源优化配置理论与数学模型研究现状,探讨了目前流域水沙资源优化配置理论、模型、方案和评价中存在的问题,提出了未来流域水沙资源优化配置研究的发展方向。     

黄河下游引黄灌区水沙配置能力指标研究

黄河下游引黄灌区的突出问题是水资源紧缺、泥沙淤积严重。灌区水沙资源是否能够实现优化配置,或者评价其趋近优化配置的程度,需要建立相应的判别指标进行评判。本文根据灌区对入渠水沙资源的分配目标,提出了配置能力指标的表达式;并利用灌区水沙资源分布的规律性,对表达式的指标值进行了量化;根据灌区水沙资源的配置需求将配置能力指标划分不同等级,为灌区水沙资源优化配置的评价提供判定标准。     

从水沙条件探讨黄河下游上下河段冲淤调整关系

在以往对黄河下游河道上段(高村以上)和下段(高村到利津)冲淤调整关系研究的基础上，通过1960～1999年422场次洪水资料的统计分析，按三门峡水库不同运用期分析了上下段的冲淤关系，建立了上下段排沙比与水沙系数的关系，认为上下段冲淤关系随水沙搭配条件而变：水流严重不饱和时上下段冲淤性质一致；轻度不饱和情况下上下段冲淤性质相反；水沙搭配基本平衡时上下段冲淤变化不大。根据上下段冲淤临界水沙系数关系绘制了上下段冲淤关系图，并首次按三黑小(三门峡、黑石关、小董三站)水沙搭配进行了定量分区：上冲下淤、上淤下冲、上下皆冲和上下皆淤区。     

水土保持措施对黄河水沙影响评价模型及效益评价研究

黄河水沙变化研究是黄河水、沙资源合理利用的前提，水土保持措施对水沙影响评价模型及效益评价是黄河治理开发的基础。本文对第三期黄河水土保持科研基金项目第三专题研究成果进行了总结：综合分析了现有水沙评价模型和孤山川流域水沙变化研究成果，探讨了水土保持措施对产流产沙机制的影响，遴选了用于研究的水沙评价模型，并对研究区的水土保持措施对水沙的影响做了定量分析评价。     

水沙变异对黄河三角洲湿地生态环境的影响分析

采用实测资料分析与理论探讨相结合的办法,着重分析了黄河口水沙变异对黄河三角洲湿地生态环境的影响。研究结果表明:1986年后,黄河口来水来沙剧烈减少,水沙搭配关系恶化,水沙过程发生变异。黄河口水沙变异对黄河三角洲湿地生态环境的影响巨大,主要表现为:阻滞了黄河三角洲湿地生态环境的自然演替发展;恶化了黄河三角洲湿地植被和生物生存环境;加剧了黄河三角洲海岸的侵蚀后退。     

黄河下游治理对策之我见

1　形势黄河是哺育中华民族的母亲河 ,也是中华民族文化和历史的发源地。黄河下游河道是举世闻名的地上悬河 ,历史上善淤、善徙、善决。洪水灾害一直是中华民族的心腹之患。由于黄河水少、沙多 ,水沙异源 ,水沙搭配具有不协调的自然特性 ,下游河道复杂难治。目前河床与 2 0世纪     

冲积河流河道演变的水沙因子指标研究进展

水沙条件对冲积河流河道演变起着至关重要的作用,典型水沙因子的选取及其对河床冲淤的影响是河流地貌及河流工程学科的重点,影响着河相关系的研究进展。历年来,不同领域的学者开展了大量相关研究,取得了丰硕成果。分别从流量、含沙量以及水沙组合3方面对水沙因子指标的研究现状进行了总结分析。结果表明:早期学者多以流量或者含沙量单一影响因子对河道冲淤变化规律进行讨论研究,后续研究发现单一影响因子与河床形态没能形成稳定的对应关系,进而指出河床冲淤受水沙组合关系的影响。近期一些水沙组合指标的提出,对滩槽冲淤的定量研究起到了重大作用。类似研究目前多集中在大江大河,较为成熟的研究成果多是以黄河流域为研究对象,在其它流域的应用及修正有待更深入的开展。     

水库拦沙为下游减淤的效率(拦淤比)

水库拦沙减淤效率是多沙河流水库用于拦沙、为下游减淤的评价指标之一,对于延长水库拦沙使用期限、优化水库运用方式有重要意义。提出了这一指标的量化关系式,分析了进、出库水沙搭配对水库拦沙减淤效率的影响,给出了黄河下游水库拦沙减淤效率的最高及最低值范围。为提高水库拦沙减淤效益、延长水库使用年限,水库在不同来水来沙条件下,应合理拦沙,不宜单纯着眼于为下游减淤。     

适应新的水沙条件 加快黄河下游治理

基于实测水沙、水位和河道断面等资料,分析了黄河下游来水来沙变化、各河段冲淤变化、河道比降变化等情况。研究结果认为:小浪底水库建成以来尤其是实施调水调沙以后,黄河下游已由水少沙多、水沙搭配失调、河道持续淤积转变为来水特别是来沙大幅度减少、水沙搭配基本合理、河道持续发生冲刷;预估今后的来沙量不会比近10 a的来沙量有大的增加,河道将继续以冲刷为主的造床过程,直至达到新的冲淤基本平衡。在新的水沙条件下,建议将下游河道治理方略修改为"稳定主槽、平衡输沙,关注滩区、两岸引水和滞洪区",加快河道治理,并与水库群调控水沙等措施相互配合,以塑造出一条有利于泄洪、主槽稳定、平衡输沙、两岸自流引水及改善滩区、滞洪区人民生产生活条件的新黄河。     

汉江中游河段来水来沙条件复杂变化分析

丹江口水库蓄水和南水北调中线调水,引起了枢纽下游河段水沙条件复杂变化。依据多年实测水沙资料,统计分析了蓄水后及调水后汉江中游河段水沙条件的复杂变化特点,结果表明:蓄水后,径流过程离散度趋势性减小,中水历时增加,枯水历时减小;调水后径流过程离散度继续减小,但中水历时减小,枯水历时增加,呈现"长低水历时"特点。蓄水后水沙搭配平衡度降低,水流挟沙不饱和度显著升高,汛期水沙搭配平衡度下降更快,且已接近非汛期,调水后继续减小。蓄水后中、枯水流量下水位变化率增加,水位变化率-流量关系曲线拐点右移,漫滩流量呈上升态势,反映出断面主槽向窄深方向发展。径流过程离散度降低、洪枯比减小将有利于降低河道的游荡性。     

辽宁省典型河流生态健康评价指标体系研究

针对辽宁省河流特点和实际,参考有关研究成果,在水文水资源准则层增加了水沙平衡程度指标,在生物准则层增加了陆生、水生、鸟类方面的生态指标,构建了辽宁省典型河流生态健康评价指标体系,给出了指标的评价标准、评价方法及指标权重。以大凌河为例,开展了新建评价指标体系的生态健康评价,并对结果的合理性进行了验证,结果表明大凌河属于亚健康状态。     

黄河潼关站水沙关系频率及协调度分析研究

为了掌握黄河下游水沙关系变化趋势,基于黄河中游潼关站58 a的入库水沙量资料,采用P-Ⅲ型曲线建立径流量与输沙量的频率曲线,通过保证率对黄河下游的水量和沙量进行丰平枯划分,进一步提出了潼关站水沙协调度的定义和判别方法。结果表明:进入黄河下游水量和沙量丰平枯变化趋势基本一致,整体呈现出下降趋势,近10 a来水量在个别年份有向偏丰发展的趋势,而沙量有进入特枯的趋势;在58 a的水沙过程中,水沙协调度由水少沙多的搭配关系向水多沙少的搭配关系转变,特别是1997年以后,这一趋势更加明显。     

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。     

黄河小北干流冲淤与水沙响应关系分析

依据实测大断面资料,给出了1974年以来黄河小北干流不同时段、不同河段的沿程冲淤量,分析了2003年以来该河段持续冲刷的原因,并对不同水沙搭配组合与小北干流冲淤量的响应关系进行了分析。结果表明:①1974年三门峡水库采用蓄清排浑运用方式以来,黄河小北干流的冲淤变化主要受来水来沙条件影响,基本保持非汛期冲刷、汛期淤积的特点。2003—2016年受上游汛期来沙量大幅减小的影响,沿程各河段汛期淤积量明显减小,在非汛期冲刷量减小不多的情况下,运用年各河段均为持续冲刷。②汛期水沙搭配组合中含沙量对冲淤量的影响程度更显著,运用年内水沙搭配组合中含沙量和流量对冲淤量的影响程度相当。     

黄河流域水沙变化趋势多模型预测及其集合评估

黄河水沙变化情势深刻影响着黄河流域水沙调控工程布局、流域内外水资源配置和跨流域调水工程建设等黄河保护与治理开发重大问题的决策。但受研究时段、方法及其边界条件等影响,黄河水沙变化预测成果差异大,难形成共识。本研究基于水沙变化归因和预测结果的不确定性解析,构建了多模型预测成果集合评估技术,预测了黄河流域未来50 a水沙量。结果表明:既有流域水沙变化归因与预测成果差异大,原因在于不同方法因数据输入、变量构成及精度评价方法差异带来的不确定性;提出了基于输入-结构-输出的模型适用性判别准则和评价技术,并基于标准化的数据输入,从数据需求、物理基础、应用效率、输出尺度和预测精度等五个维度,集合评价了现有水沙变化预测模型的适用性;构建了流域水沙变化多模型集合评价-多结果加权融合-BMA集合预测的集合评估技术,根据9类模型预测成果,集合预测了黄河流域未来50 a年径流量为240亿m³,年均输沙量为2.5亿t。     

海勃湾水库运行后下游河道冲淤变化规律研究

文章利用水文站实测数据，系统分析了海勃湾水库运行后，黄河内蒙古河段水沙变化特性。结果表明，海勃湾水利枢纽下闸蓄水运行以来，改善了黄河下游河道的水沙搭配条件，单位径流量的输沙量显著降低，对黄河下游河道减淤冲刷作用明显。     

黄河干流水沙关系变化及其成因分析

通过对黄河干流1950-2015年水沙资料的分析,利用M-K检验法及双累积曲线法,采用来沙系数研究了黄河干流水沙关系的变化特征。研究结果表明:黄河干流水文站除唐乃亥、艾山和利津站外,其他水文站的来沙系数均显示出不同程度的减小趋势,整体上水沙搭配关系发生了较大变化;此外,除唐乃亥站外,其他各站年输沙量的减小速率均大于径流量的减小速率;并且年输沙量与年径流量具有幂函数关系。最后,从降水变化、水土保持、水库调水拦沙和引水引沙等方面分析了引起黄河流域河道水沙关系变化的主要成因。     

黄河水沙关系协调度与骨干水库的调节作用

提出了水沙关系协调度的概念,认为黄河协调的水沙关系是指长时段内维持下游河道(主槽)不淤或微淤的水沙搭配过程。黄河下游冲淤平衡临界来沙系数是0.01 kg·s/m6,采用来沙系数和冲淤平衡临界来沙系数相对关系建立了黄河水沙关系协调度表达式。当水沙关系协调度大于1,说明某断面来沙系数大于河道冲淤平衡临界来沙系数,河道呈现淤积状态,水沙关系不协调;反之,当水沙关系协调度小于1,说明水沙关系协调,且数值越小说明协调程度越高。小浪底水库拦沙和调水调沙提高了水沙关系协调程度,减轻了下游河道淤积,但是小浪底水库拦沙库容淤满后,黄河下游的水沙关系会变为不协调,河道仍将处于淤积状态。     

黄河下游河道冲淤模型的构建与验证

针对黄河下游现状宽河治理和防护堤窄河治理两种模式,构建一维非恒定水沙数学模型,根据黄河含沙量高、水沙搭配多样、地形边界复杂等特点,甄选适用于模型构建的水流挟沙力、挟沙力级配、泥沙恢复饱和系数、动床阻力、床沙级配等计算公式。根据计算长系列年水沙条件,提出了计算出口边界的动态修正方法。采用黄河下游1976—2010年实测水沙、级配及断面法冲淤量对模型进行了验证,验证结果能够反映整个系列洪水在黄河下游的冲淤变化规律,计算精度满足生产需要。