小浪底水库对下游游荡河段河床形态与过流能力的影响

小浪底水库蓄水拦沙以来,进入黄河下游的泥沙大幅度减少,引起了下游河道的再造床过程。以黄河下游游荡河段1986-2015年实测大断面资料为基础,从河床冲刷量、平滩河槽形态、平滩流量等方面分析了小浪底水库运行前后黄河下游游荡河段的河床调整过程及过流能力变化,并还原了无小浪底水库时的平滩河槽形态参数及平滩流量。研究结果表明:小浪底水库运行后,黄河下游河道持续冲刷,累计冲刷量为18. 6亿m~3,其中游荡河段所占比重达到72%。典型断面及河段尺度的平滩河槽形态调整明显,平滩河宽与水深增加,河相系数逐年递减,横断面形态总体向窄深方向发展。主槽过流能力明显增加,河段平滩流量都有不同程度增加,游荡河段内三个分河段的增幅分别为3 381 m~3/s、4 450 m~3/s及4 590 m~3/s。还原了无小浪底水库条件下2015年汛后游荡河段的平滩面积及平滩流量计算值,分别为有小浪底水库时的64%和80%。     

不同河道形态岸坡抗冲刷能力的三维数值模拟分析

为了研究不同河道形态岸坡的抗冲刷问题,采用轴比λ定义了不同河道形态岸坡:当λ=0时,岸坡坡面形状为平面形;当λ=1/5、1/4、1/3、1/2时,岸坡坡面形状为椭圆形;当λ=1时,岸坡坡面形状为圆形。利用数值软件分析了不同形状岸坡坡角α、坡高h与岸坡抗冲刷能力F之间的关系。结果表明:1对平面形岸坡形状:当h不变时,岸坡抗冲刷能力F随岸坡坡角α的增大而呈现递减变化;当坡角α不变时,抗冲刷能力F随坡高h的增大而呈现递减变化。2对凹形岸坡形状(椭圆形、圆形):当λ、h不变时,岸坡抗冲刷能力F随坡角α的增大而呈现递减变化;当α、h不变时,岸坡抗冲刷能力F随轴比λ的增大呈现先增大后减小的变化。此分析结果可为小浪底库区岸坡形状优化提供参考。     

春季小浪底出库水氨氮含量显著变化调查研究

通过对小浪底水库从入库至出库不同水深水质进行监测,并以入库水质全年最差时段采集的水样为研究对象,模拟研究泥沙对氨氮的吸附与解吸能力,以及硝酸盐氮在小浪底水库水环境(表层水有氧水环境和深层水缺氧水环境)下转化为氨氮的情况。小浪底水库水质监测及模拟研究结果表明:春季小浪底出库水氨氮含量显著增加不是小浪底水库底泥释放氨氮所致,也不是硝酸盐氮在小浪底水库水环境转化所致,而是水库上游输入引起的。     

小浪底水库射流冲吸式清淤设备研究

针对小浪底水库泥沙淤积情况,提出了利用射流泵冲吸库底泥沙、经排沙洞排到下游的清淤方案,并设计了移动模拟试验装置.结果表明:每套射流清淤系统的泥沙吸入量为5 t/s,最大作业水深为80 m,其单位能耗为0.156 kW·h/t.     

小浪底水库2000-2006年运用效果分析

对小浪底水库2000-2006年的运用效果进行了分析,结果表明:①自1999年10月至2006年10月,小浪底水库库区累计淤积量为21.27亿m3,其中干流淤积量为18.01亿m3,支流淤积量为3.26亿m3,利津以上河段累计冲刷泥沙13.23亿t,黄河下游河道主河槽最小平滩流量已由2002年汛前的1 800 m3/s增大至3 500 m3/s左右;②2002-2006年,水库实施了5次调水调沙,均实现了下游主槽的全线冲刷;③经三门峡、小浪底等水库联合调度,有效削减了洪峰流量,减小了下游河道发生漫滩洪水的几率,减轻了滩区群众淹没损失;④小浪底水库的合理调度不仅确保了特枯水年黄河下游不断流,改善了下游河道生态环境,而且多次为外流域供水;⑤1999-2006年,小浪底水电站累计发电量为255.92亿kW·h.     

新仪器在小浪底水库异重流测验中的应用

小浪底水库异重流测验中,根据实际需要,引进改造或研制了测验异重流的清浑水界面探测器、四仓无线遥控采样器等专用仪器,这些仪器具有操作简单,容易掌握,维护方便,经济实用,快速高效等特点,应用取得了较好的效果.     

小浪底水库支流倒灌与淤积形态模型试验

利用小浪底水库实体模型开展水库拦沙后期运用方式长系列年试验,对争议较大的库区支流倒灌及其淤积形态问题进行重点分析。结果表明:库区最大支流畛水河口门狭窄且库容较大,拦门沙问题最为突出,其纵坡面形态与设计有一定的差别;支流年淤积量与当年大于2600 m3/s流量时段的总水量有较好的相关性;通过优化水库运用方式可较长时期保持动态三角洲淤积形态,有利于支流库容的有效利用;水库干流河床处于动平衡状态时,支流河床仍然会逐渐淤积抬升而使得干支流淤积面高差趋于减少。     

小浪底水库对氨氮的水环境效应

采用1992年7月—2008年2月黄河干流潼关、三门峡、小浪底等水质监测断面氨氮逐月浓度监测数据,分析了小浪底水库运行前后潼关、三门峡、小浪底的氨氮年通量、年平均浓度变化情况,并结合潼关自动站与花园口自动站氨氮监测数据以及断面过水流量历史记录,研究了小浪底水库对氨氮的水环境效应。结果表明:小浪底水库运行后,就氨氮指标而言,小浪底坝下断面水质达标率大幅提高;从氨氮浓度波峰出现时间来看,小浪底断面氨氮浓度变化比潼关、三门峡断面滞后,滞后时间为30～60 d;小浪底水库下泄流量越大,有效库容越小,水库对氨氮的稀释作用越小,氨氮波峰滞后时间越短。     

黄河干流梯级开发构架与泥沙控制布局研究

大量实测资料分析表明,黄河流域主要的产沙区间为河口镇至潼关区间,黄河支流按入黄沙量大小排序为渭河、无定河、窟野河、北洛河、祖厉河、皇甫川、延河、清涧河、洮河、汾河等。对黄河干流36个梯级开发工程、13条主要来沙支流224座水库研究表明,干流龙羊峡、刘家峡、大柳树、碛口、古贤、三门峡、小浪底等七大骨干工程的总库容为944.97亿m3,总有效库容为472.26亿m3,拦沙库容为466.65亿m3,分别占36个梯级水库拦沙总库容的91%9、3%、90%。小浪底水库虽然具有巨大的拦沙库容,但是其上游水库或者未建、或者淤满、或者位于来沙区上游,因此其拦沙压力巨大,剩余拦沙年限仅10余年。小浪底水库淤满后,黄河泥沙将失去控制,会对黄河下游防洪构成危害。     

西霞院水库运用方案分析

在以往研究成果的基础上,结合小浪底水库运用方式研究,通过数学模型计算了西霞院水库3种运用方案的运行效果,结果表明:3个方案的淤积量基本相当,方案二和方案三的淤积量略小于方案一的,因此从控制水库淤积方面考虑,方案二和方案三稍优;方案二在控制大流量和含沙量大于1 kg/m3浑水时的运用水位较高,能够在一定程度上增加水库发电量,从而增加效益。各方案均能满足长期保持西霞院水库反调节库容的要求,西霞院主汛期运用水位较低对控制水库淤积比较有利,但会损失一定的发电效益。