黄河下游河道主槽地形生成方法及应用

黄河下游河道是随着来水来沙不断发生冲淤变化的,特别是主槽变化剧烈、河势变化快。为了观测黄河下游河道冲淤变化情况,一般每年汛前汛后进行大断面观测。由于观测大断面布设间距一般较大,因此要获取每年河道主槽地形是很困难的。根据河道观测大断面资料、河势图及主槽主流线,通过内插断面和地形概化生成的河道主槽地形,在河槽高程、河槽形态及河槽面积上均与实际地形较吻合,能满足黄河二维水沙数学模型计算对地形概化的需要。     

基于生态径流指标的黄河上游贵德站水文情势变化研究

黄河上游不同时间尺度的生态水文情势变化程度是研究黄河治理方略、重要水利工程布局及联合调度管理的前提和基础。为此，提出了基于流量过程线的月、季、年3种时间尺度的生态盈余和生态赤字计算方法，并评估了各时间尺度的生态风险，形成了一套多时间尺度的河流生态水文情势变化评估方法。将其用于黄河上游贵德站，评估了龙羊峡水库在建库前后的生态水文情势变化。结果表明：该计算方法克服了通过月累加计算季、年尺度生态风险不真实的问题，贵德站9月和夏季的生态径流指标变化明显，9月的生态赤字相比建库前增大了537.3%,夏季的生态赤字增大了412.8%,建议河流管理部门重点关注这两个时段的水文情势变化，有针对性地采取生态调度措施。     

水沙实时预测数学模型研究

传统的水沙数学模型基于水沙运动守恒规律,在给定模型参数和边界条件下封闭未知变量,产生可求解的静定方程组。本文在传统水沙数学模型的基础上,引入水沙实时观测值,利用集合卡尔曼滤波等方法,构造水位、流量和含沙量等未知变量的状态空间方程,通过滤波求解获得他们的优化值,并实时更新模型方程的初始场,将传统的水沙数学模型发展为水沙实时预测数学模型。该实时校正模式应用于2011年黄河下游花园口至利津河段调水调沙实验,取得了满意的效果。     

基于ArcGIS Server的黄河数学模型发布平台研究

基于ArcGIS Server开发了分布式数学模型公共后处理平台,以Web服务方式耦合发布各类图层数据,可便捷地在线展示数学模型计算成果。同时,利用VTK组件实现了数学模型计算结果的动态渲染,把复杂的数字表现形式转化成为便于领导决策的可视化动态表现形式,将传统面向科研人员的单机数学模型后处理系统转向为领导决策服务的网络发布平台。     

系统仿真技术在“数字黄河”工程建设中的应用

介绍了系统仿真技术的定义、分类,以及在水利水电工程设计与施工、水环境管理等方面的应用情况。结合"数字黄河"工程的建设目标,分析了系统仿真技术在黄河流域防汛抗旱综合决策和指挥、流域综合规划、河道整治工程以及水利水电工程施工中应用的可能性。     

元胞自动机在河道演变模拟中的应用

对元胞模型在河道演变模拟方面的研究进展及应用情况进行了分析。结果表明:利用元胞自动机来模拟河道演变时基本以长时间尺度为主,阐述河道演变的现象及发展机理,但对于短时期的精确模拟,目前还不适用;为使元胞自动机能够精确模拟河道演变,必须对元胞自动机进行改进,尤其是分水输沙法则以及元胞的网格划分,须根据实际情况的复杂程度进行确定。     

基于GIS的黄河下游二维水沙数学模型可视化构件设计

黄河下游数学模型可视化需要大量的区域空间信息,GIS的发展为黄河下游数学模型可视化提供了强大的技术支撑。从实现黄河下游数学模型与GIS耦合集成及其系统可视化的目的出发,介绍了系统的总体设计、主要功能,包括人机交互界面、为数学模型提供空间数据以及实现数学模型仿真模拟等。在VB6．0、GIS数据库等专业技术软件的支持下开发了基于GIS的黄河下游数学模型可视化系统,实现了水文、泥沙、河道等模型数据的输入输出、可视化网格生成以及洪水演进、河床演变的仿真模拟等。系统不仅为二维数学模型提供了可视化平台,而且为分析、认识河床演变和泥沙运动规律提供了帮助。     

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。     

基于曲面内插技术的数字地形生成原理及应用

本文以黄河下游实测大断面数据为基础数据,结合卫星图像、遥感图像数据判断河道主流线、滩槽分界线、水边线及控导工程,在此基础上完成断面曲面内插。利用河道实测大断面高程及下游关键控制点的水位流量关系数据推求内插断面的高程数据,快速生成整个下游河道的数字地形不规则三角网。以黄河下游花园口至利津河段为例详述了黄河下游河道数字地形生成的原理及实现。生成的地形数据与实测数据相比较,在河槽高程、河槽形态及河槽面积上均吻合较好,能满足生产中对地形数据精度的需要。