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。     

黄河下游低含沙洪水的冲淤特性兼论艾山-利津河段不淤临界流量

黄河下游上、下河段河道形态迥异,同流量输沙能力上段大,下段小。观测表明一定流量的低含沙洪水,就全下游来说可以产生冲刷,但对下段(艾山以下)来说往往发生淤积。本文通过实际资料分析了下游河段的排沙比关系及不同来沙条件下泥沙冲淤强度等规律,并利用下游低含沙水流挟沙力关系,深入分析了艾山—利津河段不淤临界流量。结果表明这段河道不淤流量不仅与来水含沙量有关,还与河口段淤积延伸对艾山—利津段水面比降有顶托作用有关。     

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.     

渭河和黄河下游河道冲淤特性研究

对渭河下游和黄河下游河道冲淤特性的研究情况进行了回顾,利用渭河下游和黄河下游实测资料对从非平衡输沙理论推导出的冲淤临界流量与含沙量关系进行了验证和对比。以此为基础,对河床冲淤特性做出了新的解释,即“相对大水冲刷、相对小水淤积”。按照来水来沙指标流量与含沙量的对比关系,将河床冲淤分成相对大水冲刷区、相对小水淤积区2个大区,或分为清水冲刷区（绝对大水冲刷区）、相对大水冲刷区、相对大小水冲淤临界区、相对小水淤积区、绝对小水淤积区5个小区。     

黄河下游高效输沙洪水调控指标研究

黄河下游河道冲淤变化主要取决于水沙条件,即随流量大小和含沙量高低而变化,含沙量越低则泥沙淤积比越小、单位输沙水量越大,反之,含沙量越高则泥沙淤积比越大、单位输沙水量越小。在黄河水少沙多、水资源日趋紧缺和供需矛盾日益突出的现实条件下,为兼顾河道少淤和减少输沙水量,可通过水库调度,优化水沙搭配、塑造高效输沙洪水。以黄河下游实测场次洪水为基础,建立洪水期下游河道泥沙淤积比与水沙因子间的响应关系,求得流量为4 000 m~3/s时冲淤临界含沙量约为50 kg/m~3;基于黄河下游河道洪水泥沙输移规律,以维持黄河下游河道基本不淤积为约束条件,分析单位输沙水量随含沙量的变化情况,提出了高效输沙洪水泥沙优化配置指标,即洪水流量为4 000 m~3/s、河道淤积比为0～15%时,相应的高效输沙洪水含沙量配置区间为50～75 kg/m~3。     

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。     

论小浪底水库拦沙和调水调沙运用中的下泄水沙控制指标

分析了黄河下游河槽水力形态与流量和含沙量的关系;黄河下游河槽输沙能力与河槽水力形态、泥沙沉速和来沙系数的关系.按照黄河下游各河段的河槽水力形态和输沙能力与流量、含沙量和泥沙沉速的关系,优化水库拦沙和调水调沙相结合的调度,组合形成黄河下游河槽长距离输沙减淤和不淤积的流量、含沙量和泥沙沉速的水沙过程,可以给出水库拦沙和调水调沙的水沙控制指标.     

黄河下游水沙条件对河道冲淤的影响

根据1950年以来黄河下游河道实测水沙资料,分析了黄河下游河道汛期淤积比与小浪底站径流量、输沙量、平均流量、平均含沙量和采沙系数的关系;根据2002-2008年小浪底水库8次调水调沙期间的实测数据,进一步分析了调水调沙时黄河下游河道水沙条件对河道冲淤的影响.结果表明:黄河下游河道汛期淤积比随小浪底站径流量或平均流量的增大而减小,随小浪底站平均含沙量或来沙系数的增大而增大;调水调沙期间下游河道均发生了冲刷,河道淤积比随来沙量、出库平均含沙量和来沙系数的增大而增大,随出库径流量和洪水历时的增大而减小;2007年汛后小浪底出库调控流量为3 600 m3/s、舍沙量为40 kg/m3时,下游河道基本达到冲淤平衡.     

优化小浪底水库调水调沙运用方式的建议

对小浪底水库运用以来黄河下游河道冲刷情况及调水调沙运用存在的主要问题进行了分析,并对调水造峰期间下游河床冲淤特性进行了研究。结果表明:经过小浪底水库10 a调水造峰与清水冲刷,黄河下游河道主槽排洪能力已经得到有效恢复,为利用洪水排沙创造了有利条件;连续10次调水调沙,冲刷效率逐步降低,且存在排沙期下游河道淤积、流量沿程增大等问题。洪水具有"涨冲落淤"的输沙特性,因此小浪底水库应改变目前落水时加沙的调水调沙运用方式,尽量在洪水涨水期集中排沙出库,一般情况不要再放平头峰,以提高下游河道的输沙效率。     

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。     

黄河下游低含沙水流挟沙力研究

冲积河流在低含沙水流冲刷后，床面粗化使水流挟沙能力下降现象十分明显。三门峡水库蓄清排浑运用后，黄河下游河道汛期淤积、非汛期冲刷，同样由于断面展宽，床面粗化及悬沙组成也变粗，使得水流挟沙力急剧下降。因此讨论低含沙水流冲刷条件下的水流挟沙力是评估水库下泄大流量冲刷下游河道效果的关键问题。通过试验及野外资料提出的低含沙水流挟沙力公式，它形式简单，与已有公式不同的是，它反映了河道边界条件(即坡降、床沙粗细及断面形态)及泥沙特性对挟沙力的影响。经黄河下游实测资料验证满意，可用以定量估算下游大流量低含沙量时冲刷的减淤作用及艾山-利津河段不淤(或微冲)需要的临界流量。     

基于下游河道中水河槽维持的小浪底水库运用方式研究

小浪底水库运用以来,为实现下游河道减淤,水库运用方式以蓄水拦沙和调水调沙运用为主,下游河道输沙能力较低。当前,黄河下游河道适宜的中水河槽规模(泄流能力为4 000 m³/s)已形成,长期维持该河槽规模,充分发挥黄河下游河道输沙能力输沙入海,成为当前及今后一个时期水库减淤调度的新要求。根据黄河下游1960—2016年306场非漫滩洪水实测资料,分析不同含沙量级、流量级黄河下游河道的冲淤效率和输沙效率,提出含沙量在60 kg/m³以上的大流量洪水过程在下游河道具有较高的输沙效率,但也容易造成河道淤积。进一步提出基于下游河道中水河槽维持的河道输沙对水库运用的要求,即当下游河道中水河槽泄流能力维持在4 000 m³/s左右时,为提高河道输沙能力,小浪底水库可适时增加泄放含沙量不超过100 kg/m³的大流量过程;当下游河道中水河槽泄流能力扩大至4 500 m³/s以上时,小浪底水库可适时增加泄放含沙量不超过200 kg/m³的大流量过程;若未来下游河道中水河槽泄流...     

黄河内蒙古河段水沙及河床演变特性变化分析

随着黄河上游河段水库联合运用及水土保持工程的实施,内蒙古巴彦高勒至头道拐河段来沙量大幅度减少,河道演变剧烈,研究该河段演变特性变化可为河道防洪、防凌及下游河段水库调水调沙提供技术支持。为此,基于实测水沙及地形资料,并通过输沙率法结合同流量水位及典型断面变化分析了该河段水沙变化特性、河道时空冲淤分布特性及河道冲淤与水沙条件的耦合关系。结果显示,研究河段近期来水来沙总量偏少,至2018年有所增多,河道整体表现为冲刷,2012—2019年河段累积冲刷2.7亿t,其中汛期冲刷1.96亿t,河槽刷深展宽,河床高程下降,局部表现为上游冲刷下游淤积,包头上游河段冲刷量约为3.59亿t,下游河段淤积量约为0.72亿t,汛期冲淤变化比较剧烈。结果表明,来沙量大幅度减少,致使水流含沙量不能满足水流挟沙能力是河段发生整体累积性床刷的主要原因。     

小浪底水库运用以来黄河下游冲淤调整特点

系统分析了小浪底水库运用5年来黄河下游河道的冲淤调整情况,结果表明：下游河道沿程冲刷,河道萎缩局面得以遏制;水文站同流量水位下降;河道排洪能力增大,平滩流量增大。但由于下游来水量偏少,河道冲刷量尤其是下游中段冲刷偏少,河道断面调整幅度较小。同时基于洪水造床作用远大于平水过程造床作用的认识,建议充分利用小浪底水库拦沙的有利时机增强河道的排洪输沙能力,及时加强针对枯水条件下的研究工作。     

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。     

从黄河“96·8”洪水谈泥沙优化调度的必要性

黄河“96.8”洪水洪峰流量不大,但黄河下游水位高、出险多、灾情重。其原因是主河槽淤积严重,不仅与长期淤积抬高有关,尤其与当年洪水前期的小流量高含沙来水造成主河槽淤积关系密切。提出应开展泥沙的场次洪水和年际间的优化调度,综合考虑水库与河道的泥沙冲淤情况,通过水库的水沙联合优化调度,塑造理想的洪水与泥沙过程,避免出现小水大沙和大水小沙现象,充分利用水流的输沙能力和淤滩刷槽的特点,实现洪水的减淤效益最大化。     

从黄河"96·8"洪水谈泥沙优化调度的必要性

黄河"96.8"洪水洪峰流量不大,但黄河下游水位高、出险多、灾情重。其原因是主河槽淤积严重,不仅与长期淤积抬高有关,尤其与当年洪水前期的小流量高含沙来水造成主河槽淤积关系密切。提出应开展泥沙的场次洪水和年际间的优化调度,综合考虑水库与河道的泥沙冲淤情况,通过水库的水沙联合优化调度,塑造理想的洪水与泥沙过程,避免出现小水大沙和大水小沙现象,充分利用水流的输沙能力和淤滩刷槽的特点,实现洪水的减淤效益最大化。     

2020年长江中下游干流河道冲淤变化特点及分析

2020年汛期长江流域出现了历时长、范围广的强降雨过程,发生了新中国成立以来仅次于1954,1998年的罕见大洪水。基于现有资料,对2020年大洪水条件下长江中下游干流河道的冲淤变化特点进行了分析。结果表明:上游来沙和三峡水库出库泥沙明显增多是造成宜昌至湖口河段河床冲刷量偏小的原因之一,同时中下游干流洪水顶托严重,减小了宜昌至湖口河道的输沙能力;汛期长江中下游干流涨水较快,易造成河道泥沙落淤,汛后退水慢,河道泥沙得不到有效冲刷。湖口至江阴江段水面比降大,加之河道含沙量低,造成冲刷量偏大。研究成果为进一步深入研究长江中下游河道冲淤变化规律和未来冲淤趋势预测提供了基础和参考依据。     

基于洪水过程的黄河下游游荡型河段冲淤特性研究

为了把握洪水泥沙过程对黄河下游游荡型河段河床冲淤调整的影响,通过平面二维水沙数值模拟与实测资料分析,进行了不同水沙过程下黄河下游河道冲淤规律的探讨。研究发现不同洪水泥沙过程对河槽的调整塑造有明显不同的影响,大洪峰流量塑造的河槽在非洪峰期难以维持原有输沙强度。主槽累积刷槽效应与洪水泥沙过程有很好的响应关系,塑造出最适宜河床断面形态的洪水过程才能实现最佳输沙效率。在不同量级漫滩洪水条件中,对应洪峰6 000m3/s的洪水过程,塑造的断面形态具有最大累积刷槽效应,故可采用其作为黄河下游漫滩洪水的调控指标。     

三峡水库下游河道冲刷粗化研究

三峡工程运行10余年以来,水库拦截了上游约75.5%的泥沙,破坏了原天然河道的自然形态与水沙条件的相对平衡,三峡大坝下游河道产生强烈冲刷,致使河床明显粗化。根据三峡水库蓄水后下游河段实测地形及床沙级配资料,分析了河道冲淤变化,并总结了四种床沙粗化计算方法。在此基础上利用接近冲淤平衡的宜枝河段实测资料对四种方法进行了验证计算。研究结果表明,韩其为方法的床沙粗化级配和冲刷深度与实测值吻合较好,较客观地反映了三峡水库下游河道的冲刷粗化过程。