黄河下游河道造床流量的计算方法

本文对已有造床流量的研究现状进行了评述和论证,在此基础上,提出了适用于确定黄河下游河道造床流量的修正途径,并对黄河下游河道造床流量进行了分析,所得结果可供河道整治工程规划设计时参考使用。     

黄河下游第二造床流量研究——“黄河下游调水调沙的根据、效益和巨大潜力”之四

首先分析了水流塑造横剖面的机理,指出冲积河道洪水期间的冲刷是塑造横剖面的关键因素,并用长江荆江段观音寺水文站与监利水文站洪水期横断面变化资料予以说明,进而提出了第二造床流量的概念,即塑造河道横剖面的代表流量.利用两种挟沙能力公式,分别计算了黄河下游4个水文站历年的第二造床流量,两者结果差别很小.平滩流量是第二造床流量的滞后表现,在径流量处于减少的趋势下,平滩流量滞后于第二造床流量,故后者要小于前者.资料分析表明:最大5 d平均流量与第二造床流量关系密切,后者主要取决于洪峰,5～10 d调水调沙期间的平均流量就是第二造床流量.平滩流量与第二造床流量的差别,往往通过冲淤来表现;由第二造床流量和冲淤量推算的平滩流量与实际平滩流量也很相近.     

黄河下游造床流量的变化及其对河槽的影响

本文通过计算黄河下游的第一造床流量和第二造床流量,分析了黄河下游河槽的萎缩过程。第一造床流量与年水沙量的关系分析表明,黄河下游的深槽平浅滩流量700～1000m3/s是相对稳定的,恒定流的平衡输沙能力约为18～21kg/m3。通过小浪底水库拦粗排细年平均拦沙约3亿t,并在汛期强化调水调沙运用,基本可以控制黄河下游河槽的淤积萎缩。第二造床流量和平滩流量的关系分析表明黄河下游恢复和维持平滩流量约4000m3/s的中水河槽是比较合理的。根据小浪底水库调水调沙运用状况,提出了恢复和维持黄河下游稳定中水河槽的措施,并探讨了强化小浪底水库调水调沙运用的方案。     

流量变化对黄河下游河道演变影响

作者通过对1958、1964、1973、1985及1997各年黄河下游花园口、高村、艾山、利津水文站逐日平均水文资料的流量级分析,得到花园口、高村、艾山、利津水文站日均造床流量1958年为3400～4400m3/s;1964年5300～5600m3/s;1973年为2700～3300m3/s;1985年有两个峰值,分别为1900～2000m3/s和3800～4500m3/s;1997年仍有两个峰值,花园口和高村水文站为680～740m3/s和1900～2800m3/s,艾山和利津水文站为200～250m3/s和510～820m3/s。将上述结论与对实测资料的分析相结合,得到造床流量明显下降及较大日均流量(＞2000m3/s)出现频率大大减少甚至不再 出现是黄河下游小流量输沙、河道淤积、“小水大灾”的根本原因。     

黄河下游平滩流量的估算方法

在以往关于平滩流量研究的基础上,建立了黄河下游沿程主要测站平滩流量的估算方法,即在已知小浪底、黑石关、小董3站设计水沙条件的情况下,首先根据设计沿程引水量得到下游沿程各站的汛期水量,然后计算沿程各站的汛期输沙量,进而利用滑动平均法或滞后响应模型计算下游沿程各站的平滩流量。该方法简单实用,计算结果与数学模型计算结果基本一致。     

黄河下游不同水沙过程平滩流量调整规律

以桑庄险工到孙口断面为研究对象,对黄河下游4种方案的水沙过程（洪峰流量分别为2600、4000、5000、6000m^3／s）平滩流量的调整规律进行了研究。结果表明：①随着流量增大,各断面平滩流量均明显增大,而平滩流量的增幅均逐渐减小,其中方案1与初始相比,平滩流量增大13％,而方案4仅比方案3增大2％;②从平滩流量考虑,洪峰流量控制在4000m^3／s左右、不超过5000m^3／s,对维持黄河下游河槽排洪输沙的基本功能最为有利。     

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。     

黄河下游平滩流量对来水来沙变化的响应

本文探讨了平滩流量对来水来沙的滞后响应规律,发现平滩流量不仅与当年的水沙条件有关,而且与前期水沙条件有关,是一定时期内的水沙条件累积作用的结果。当采用滑动平均值来反应前期水沙条件的累积影响时,得出平滩流量与滑动平均汛期流量和滑动平均来沙系数的相关程度分别在4年和5年时达到最大值。据此建立了能够反映来水流量和来沙系数前期综合影响的平滩流量计算方法,可以用来估算黄河下游主要测站平滩流量随水沙条件的变化。     

黄河下游平滩流量影响因子相关分析

选取影响黄河下游平滩流量的诸多影响因子并加以分类,应用人工神经网络方法,建立了各影响因子与平滩流量的BP模型。分析结果表明:平滩流量计算时应考虑汛期及非汛期来水来沙影响因子、前期水沙条件的累计影响因子与其他因子;考虑汛期、非汛期水沙条件以及上一年汛后平滩流量等影响因子的同时,再加入洪峰流量和中值粒径影响因子,计算的平滩流量与实测值更加符合。     

黄河下游河道大断面平滩流量推算新方法

为尽可能准确地计算黄河下游各河段尤其是瓶颈河段的平滩流量,推求了河道大断面平滩流量计算的新方法。结论认为：①用曼宁公式等方法计算诸如黄河下游河道这样的河流大断面的平滩流量会带来很大的偏差;②用相对水位流量关系来反映断面与绝对高程无关的水位流量关系,认为相对水位流量关系沿程是逐渐变化的;③提出了在汛期利用经过分析取舍后的出水高度资料计算平滩流量的实时校正的方法,但这种方法计算的平滩流量多数情况下偏于保守;④新方法的计算结果很大程度上依赖于观测资料的精度和可靠性,因此,在利用实测资料之前需要对其进行具体分析。     

黄河下游河段平滩流量计算及变化过程分析

黄河下游不仅断面形态复杂,而且主槽形态特征及过流能力沿程变化较大。因此采用河段平均的特征变量来描述主槽形态及过流能力更具有代表性。本文提出了基于对数转换的几何平均与断面间距加权平均相结合的方法表示河段平均的主槽特征变量,计算的河段平滩宽度、水深、面积及流量恒满足水流连续条件。采用该方法计算了1960-2006年中典型年份花园口至高村游荡河段的平滩流量。结果表明河段平滩流量能从总体上综合反映游荡段主槽的过流能力,且其变化幅度远小于断面平滩流量。分析了河段平滩流量与所在河段冲淤量的关系,并建立了河段平滩流量与进口断面两年平均的汛期流量及来沙系数的相关关系。计算了近期黄河下游各河段平滩流量的变化过程,所得结果较好地描述了平滩流量在高村至艾山河段较小,在其上游游荡段及下游弯曲段相对较大的驼峰现象。     

黄河下游高村站平滩面积的滞后响应模型

本文基于平滩面积的调整速率与当前的平滩面积和平衡值之间的差值成正比的概念,建立了黄河下游高村站平滩面积的滞后响应模型,考虑了水沙条件变化对平滩面积的累积影响,分析了平滩面积对水沙条件的滞后响应规律。结果表明,当年平滩面积的调整是前期连续几年水沙条件累积作用的结果,且包括当年在内的近期4-5年内水沙条件的累积作用较为明显,越往前的水沙条件对当年平滩面积的累积作用越小。     

平滩流量滞后响应模型的改进

针对冲积河流平滩流量滞后响应模型中存在的不足,对模型进行了两方面的修正:一是对原模型的结构形式进行了修正,包括调整了初始年份平滩流量平衡值Qe0的影响权重,推导了不同年份采用不同参数β时的模型方程;二是对模型中参数的计算方法进行了修正,包括考虑洪峰流量的影响修正了平滩流量平衡值Qe的计算方法,考虑汛期流量的影响修正了参数β的计算方法。利用黄河下游花园口、高村、孙口、艾山和利津五个水文站的实测资料对改进的模型进行验证,结果表明,修正后的模型反映了平滩流量随水沙条件改变的调整规律,模型计算精度有较大提高。     

基于能量平衡的黄河下游平滩流量计算方法

根据能量平衡原理建立了平滩流量计算方法,并利用黄河下游5个主要测站的实测水沙及平滩流量资料进行了检验。结果表明:建立的平滩流量计算方法能较好地反映平滩流量随水流含沙量及来水量的变化趋势,计算值与实测值较为符合;来水量在一定范围内时,水流含沙量越大,平滩流量越小;水流含沙量在一定范围内时,来水量越大,则平滩流量越大。     

有关黄河下游流量沿程增大的各种观点评述

对包括黄河下游“04．8”洪水在内的各场高含沙洪水异常现象的观点做了系统总结,认为已有的各种观点可以分为（1）局部沙坝和浆河、阵流类;（2）主槽冲刷类;（3）“挤压”和“积聚”类。分析总结各种观点,对于认识2004年“04．8”洪水的形成机理具有重要意义。     

黄河下游最经济输沙水量及其估算

从河流输沙水量的概念出发,根据输沙平衡原理推导出在考虑河道冲淤、引水引沙情况下河流最经济输沙水量的计算式。由此式可知,输沙水量与含沙量成反比;并且通过对实测资料的分析,得到输沙水量与流量也成类似的反比关系。最经济输沙水量是输沙效率与河道淤积状况综合最优时的输沙水量,也就是平滩流量时对应的输沙水量。以小浪底水库运用前20年黄河下游河道基本不淤及年引沙量为1．0-2．0亿t为条件,选取月均平滩流量3500m^3/s、月均含沙量40-100kg/m^3,得到黄河下游在维持良好输沙功能前提下的最经济输沙水量为10-25m^3/t。     

黄河冲积性河段洪水塑槽机理初步研究

主槽断面的塑造过程是洪水动力克服河床阻力做功的过程,洪水对主槽的塑造作用来自洪水造床动力与河床阻力之对比。在非漫滩情况下,主槽的塑造机理可简化为断面变化量与洪水动力的关系。就塑造黄河下游一定断面的主槽而言,所需洪水动力特征值W^0.32Q^0.37是一定的,若流量较大,则需要的洪量可减少;要使某场洪水具有冲刷主槽的作用,其洪水动力特征值W^0.32Q^0.37应大于41。并非所有的漫滩洪水都具有淤滩刷槽作用,研究认为,对中低含沙洪水,只要当洪水流星达平滩流量的1．5倍以上,黄河主槽才出现明显冲刷。