小浪底水库拦沙对黄河下游河道的减淤作用

在小浪底水库蓄水拦沙期,进入黄河下游河道的水沙条件发生显著变化,含沙量急剧降低,中水流量持续时间增长,水库调水调沙提高了河道输沙能力,改善了泥沙淤积部位。拦沙期(1999年10月—2018年10月),黄河下游河道共计冲刷21.015亿m~3。分析小浪底水库运用以来黄河下游河道泥沙冲淤时空变化特性及水库对水沙的调控效果,对比计算有、无小浪底水库两种工况下黄河下游河道冲淤量变化及减淤作用。水库拦沙期黄河下游河道减淤比为1.373∶1,其拦沙减淤效果与水沙条件、水库运用方式及河道边界等因素有关。     

黄河下游河道冲淤演变的分析

从大量实测水文泥沙的观测资料出发,分析了黄河下游不同粒径泥沙的冲淤特性,讨论拦减粗沙及三门峡和小浪底水库修建后对下游河道冲淤的影响,给出近年来黄河下游河道冲淤的基本特性及其影响因素,提出了黄河下游减淤的一些措施,获得了一些有益的成果。     

拦减粗泥沙对下游河道的减淤效果

以实测资料为依据，结合数学模型，重点探讨了粗细泥沙在三门峡汇流区及黄河下游河道的调整机理。计算分析表明，拦减粗泥沙对汇流区与黄河下游的减淤量比值约为０．５，其减淤效果主要在下游，对下游而言，１９７４￣１９９９年若将进入下游的粗泥沙含量控制在１５％￣２０％，则减淤比变化范围为０．６５￣０．８０，且减少的主要为粗颗粒泥沙。     

大柳树水库对黄河中下游河道冲淤影响预测

本文采用黄河大柳树水库可行性研究阶段的有关成果，分析了大柳树水库对黄河水沙及龙门至潼关河段和黄河下游河道的冲淤影响。研究结果表明：大柳树水库投入运用后，将使黄河水量的年内分配进一步均化，使汛期7～10月水量减少24．7亿m3，非汛期11月至翌年6月水量增加21．4亿m3，年水量减少33亿m3；在水库拦沙期，前20年黄河中游年均减沙0．6～0．93亿t，后30年年均减沙0．45～0．78亿t；大柳树拦沙使龙门至潼关段减淤3．57亿t，使黄河下游减淤15亿t；大柳树水库调节水量对中游冲淤影响很小，而对下游的影响程度主要取决于黄河下游的来水来沙条件，对于设计水平1950～1975年系列，使黄河下游年均增淤约0．32亿t。     

拦减粗泥沙对黄河下游河道冲淤的影响

近２０年，黄河的来水来沙发生了变化，粗泥沙来量也有所减少，这些变化对水库和河道冲淤都将产生很大影响。本文以研究不同级配泥沙移特性和冲淤市场信息灵基础，分析不同地区来水来沙对水库和下游河道的影响，三门峡水库正常运用对粗细泥沙的调节作用，以及下游不同河段各粒径级泥沙沿程调整过程，拦粗泥地下游中淤的影响，为水库制定合理运用方式及下游防洪减淤治理决策提供依据。     

黄河下游治理问题的策略

黄河下游的治理问题非常复杂，随着黄河下游来水量、洪水量及泥沙量的变化，治理策略也应做相应的调整。小浪底水库对中常洪水的调控运用应满足下列条件：①能防御标准洪水；②为下游减淤尽量延长拦沙期；③通过各种措施提高平滩流量。黄河下游生产堤现阶段应以调整改造为基础，配合其他措施达到稳定下游河势、提高平滩流量、改造滩地生产布局等目标。南水北调工程的实施应考虑黄河生态用水量，并能起到解决好黄河下游的长治久安的作用。     

黄河下游河道冲淤计算一维数学模型

尽管一维数学模型已比较成熟。但用于黄河下游尚存在不少问题。本文从一般挟沙水流基本方程出发,考虑黄河下游来水来沙及河床演变特性。汲取多家之长.建立了一维河流不平衡输沙复合模型。应用实测资料计算了黄河下游河床冲淤量。计算结果与实测值符合较好,而且本模型可以用于水库泥沙冲淤计算。     

温孟滩放淤对黄河下游河道减淤效果分析

利用温孟滩区放淤可以处理一部分小浪底出库泥沙,减缓下游河道淤积,保障黄河下游防洪安全。采用实测资料分析、数学模型计算等方法,研究了温孟滩放淤方式及枢纽选择、放淤量、引水引沙规模等,并着重分析了对黄河下游河道的减淤效果。经计算,温孟滩放淤12.6亿t泥沙可使黄河下游减淤8.8亿⁹.2亿t。     

黄河下游节水减淤的高含沙输沙方式商榷

本文回顾了近２０年有关利用高含沙水流解决黄河下游泥沙问题的研究过程，并节省输沙用水、人为产生高含沙水流、泥沙堆放地点等问题。认为通过小浪底水库对泥沙进行多年调节，产生有利的水沙组合，改进高村以上宽浅游荡河道为窄深河槽，再利用窄深河槽输送高含沙水流经的措施是解决黄河下游防洪、减淤问题的有效措施。     

小浪底水库运用初期黄河下游河道冲淤变化预估分析

利用黄河下游一维泥沙冲淤数学模型,对两个均为15年的小浪底出库不同设计水沙系列进行预估计算,结果表明:两个系列铁谢-利津河段皆呈冲刷状态,15年累计冲刷泥沙总量分别为6.012亿t和0.716亿t。分析得出,在今后小浪底水库调水调沙初期运用过程中,若充分考虑黄河下游河道特别是山东河道的输沙能力,利用水库的调节库容,对水沙进行有效的控制和调节,使不适应的水沙过程尽可能协调,以便于泥沙在下游河道中顺利输送,从而减轻下游河道的淤积,甚至达到不淤或冲刷的效果,努力实现下游河床不抬高的目标。     

黄河下游河道冲淤分布模式及冲淤特征

为揭示黄河下游河道的沿程冲淤分布模式及分布特征,对黄河下游1952—2021年间共70年的河段实测冲淤量数据进行了系列统计分析。研究表明：(1)黄河下游河道存在7种沿程冲淤分布模式,其中全线冲刷、全线淤积、上冲下淤、上淤下冲等4种为基本模式。上淤下冲模式的冲淤临界位置在孙口附近,上冲下淤模式的冲淤临界位置在游荡性河段。各模式对河道整体冲淤的贡献率存在较大差异,两边冲中间淤模式对冲刷量的贡献率最大,全线淤积模式对淤积量的贡献率最大;(2)1952年以来,黄河下游河道沿程冲淤分布模式的变化过程可分为1952—1959年、1960—1985年、1986—1999年、2000年后共4个阶段;(3)各河段冲淤量大小以0点为中心近似呈偏态分布,冲淤量在多年尺度下具有沿程减小的趋势性特征以及“冲久必淤、淤久必冲”的周期性特征;(4)各河段整体冲淤发生年数差别不大,反映了河道冲淤的平衡趋向性;70年内淤积于黄河下游河床底部的泥沙有一半左右被冲走,花园口到孙口河段的累计冲淤量接近下游总冲淤量的8成,孙口以下河段很小;(5)全线冲刷模式为小浪底水库运用后下游河道的主要冲淤模式,小花段前期淤积的泥沙基本被冲完,夹高段、高孙段及孙艾段仅冲走了前期淤积泥沙的二到三成。研究结果总结了黄河下游河道的沿程冲淤分布模式,分析了冲淤分布特征,有助于深化对下游河道冲淤现象的整体认识。     

人类活动影响下的黄河下游河道泥沙淤积宏观趋势研究

以1950～1997年间黄河下游来水量、来沙量和河道淤积量的长系列资料研究了黄河下游泥沙淤积的宏观趋势，结果显示，尽管来沙量和来水量都呈显著的减少趋势，但下游河道淤积量在总体上却并无减少的趋势。黄河下游河道淤积量随来沙量的减少而减小，随来水量的减小而增大。大规模的水土保持，使入黄泥沙大幅度减少，有利于下游河道减淤；人类大规模开发利用黄河水资源，使下游河道来水量大幅度减少，输沙能力下降，会使下游淤积量增 大。二者在数量上接近于相等而互相抵消，使得下游淤积量并无减少的趋势。黄河下游来沙大幅度减小而淤积量基本保持不变，这主要是由于河道泥沙输移比减小所导致的结果；而泥沙输移比的减小则与下游河道水流输沙能力的减弱和来沙系数的增大有关。     

黄河下游断面法与沙量法冲淤计算成果比较及输沙率资料修正

由于黄河下游各站实测输沙率资料普遍存在漏测现象及部分测次单断沙关系代表性差等原因,造成断面法与沙量平衡法计算冲淤量在一些河段存在着定量甚至定性上的差别,以花园口以上和高村至艾山两河段表现最为突出。研究表明,黄河下游断面法冲淤量不存在累积性误差,它可以真实反映不同阶段泥沙在河道纵横向的沉积量及其随时间的变化过程;而沙量平衡法计算冲淤时在一些河段则存在明显的失真现象。野外观测的输沙率资料是研究洪水期泥沙调整与水沙间关系、深化河床演变基本规律的基础,为此有必要对输沙率资料进行修正。输沙率修正的主要是在爱因斯坦全沙计算结果分析的基础上,建立输沙率修正系数与实测含沙量间的关系,修正后的输沙率资料基本能反映黄河下游各河段的实际冲淤情况。     

黄河下游河道准二维泥沙数学模型研究

本文首先简要回顾了以往黄河河道泥沙数学模型研究成果,再以水流运动方程及经过作者修正的泥沙运动方程为基础,同时引入与实测资料相符合的水流挟沙力、动床阻力、泥沙级配等计算公式作为补充方程,构造出黄河下游河道准二维泥沙数学模型。然后,采用1986年11月-1996年10月这10年长系列实测资料,开展了验证计算。其结果表明,该模型不仅能计算黄河下游河道一般洪水引起的河床冲淤变形,还能成功地模拟出大沙年下游处于强烈淤积时的规律。     

黄河下游河道冲淤平衡临界水流能量损失研究

从河流能量损失的角度入手,采用理论研究和资料分析相结合的手段,研究了黄河下游河道(花园口-利津)河流能量损失与河道冲淤的相关关系,研究结果表明:河流一般能量损失(如机械能损失、动能损失、势能损失)和动量损失与黄河下游河道年冲淤量之间不存在相关关系;而河流有用功损失、推移功损失与河道年冲淤量之间相关性不明显,但河流悬浮功损失与黄河下游河道年冲淤量之间存在较为明显的相关关系;维持黄河下游河道(花园口-利津)冲淤平衡的能量损失临界条件是水文年内河流悬浮功损失0.75亿J.当悬浮功损失大于此临界值,下游河道将发生淤积;小于此临界值,下游河道将发生冲刷.     

1960年前黄河下游河槽淤积物粒径组成分析

利用1999年汛前深层钻孔取样资料和历年淤积实测大断面资料分析出1960年前无三门峡水库影响的“自然”水沙情况下,下游河道主槽淤积物中d≥0.1 mm以上泥沙占50.7%,比1960-1999年大30个百分点,这种泥沙在下游的淤积比高达83.1%,比0.05 mm以上泥沙的淤积比高39个百分点。指出应在黄河中游寻找出0.1 mm以上的粗泥沙集中来源区作为近期水土保持的重点区域。     

黄河下游引黄灌区泥沙灾害评价

在对黄河下游引黄灌区泥沙的灾害性及特点进行深入分析的基础上,提出了灌区泥沙灾害的经济评估指标、环境评估指标及引黄退水对排水河道排涝能力的影响指标,从定量上综合反映灌区泥沙灾害的影响程度,并结合具体情况对灌区泥沙灾害进行了评估。     

不同时期黄河下游河道泥沙沉积与纵横断面调整

黄河以水少沙多而著称于世。泥沙沉积受制于水沙条件的变化和河道边界的约束。堤防的约束在防御洪水泛滥的同时,使得河道沉积速率明显加大。纵、横断面随水沙条件的变化而调整,河道边界的约束使得主流趋于稳定的同时,带来主槽沉积速率大于滩地,局部河段“二级悬河”发展严重。目前下游河道萎缩是一定水沙条件下的产物,遇到有利水沙,断面仍会发生相应调整,主槽萎缩的局面会得到改善,下游河道的过洪能力会逐步提高。