黄河下游高含沙洪水河床形态及调控指标

利用水库调控高含沙洪水是维持黄河下游主槽不萎缩的重要途径。基于黄河下游实测高含沙洪水冲淤特性的分析,按流量大小对高含沙洪水进行了分类,提出了黄河下游高含沙洪水的分类调控思路及相应的调控指标。大漫滩高含沙洪水,在满足黄河下游防洪要求的前提下,控制洪峰流量大于1.5倍的平滩流量,来沙系数在0.012~0.04 kg·s/m~6范围内。一般高含沙洪水,控制黄河下游洪水流量接近平滩流量,并尽可能控制来沙系数在临界值附近。高含沙小洪水,控制黄河下游洪水流量在2 500 m~3/s以下,洪水沙量小于2亿t。高含沙洪水经过分类调控后,可较大限度地利用滩地淤沙、主槽输沙能力排沙及花园口以上较大的主槽库容滞沙,维持或提高黄河下游主槽过流能力。     

艾利河段泥沙输移特性及不淤临界含沙量探讨

对艾山—利津河段泥沙输移特性进行的分析表明：①艾山以下窄河段的河床演变具有“大水冲、小水淤”及“细沙冲、粗沙淤”的基本特点,并且淤积主要集中在非汛期,粗沙、中沙及细沙均发生淤积;汛期除粗沙淤积外,细沙及中沙均发生冲刷。②艾山—利津河段河道冲淤主要与流量大小有关。同时,根据1960～2002年的洪水资料,分析了粗沙、中沙、细沙冲淤的临界流量,建立了艾山—利津河段不同粒径组泥沙排沙比与流量间的关系;考虑到洪水演进及区间引水引沙等因素,初步建立了在洪水期艾山—利津河段不发生淤积的条件下艾山站临界含沙量与流量间的关系式。     

黄河下游不同峰型洪水对泥沙输移的影响

黄河下游在洪水过程中的泥沙输移效果与峰型、含沙浓度和泥沙组成等因素有关。本研究在假定洪水经水库调控前后水体的含沙量和泥沙组成都相差不大，仅改变洪水过程线形状的基础上，从洪水调控的基本原则出发，考虑到洪水调控后输沙能力变化、水库的可操作性及下游漫滩程度等综合因素的影响，从机理上探讨了不同类型洪水的输沙效果，得出洪水调控系数λ≥0.32后，水库调控后的平头峰(恒定流量)并不比未经调控的自然洪水过程输沙效果差的结论。研究成果对小浪底水库科学调控水沙过程有参考意义。     

黄河下游洪水期断面调整对过洪能力的影响

水位表现是水流与河床边界相互作用的客观反映。对于不同的河流二者所起的作用各不相同，一般河流，河床变形不显著，水位主要依赖于流量的大小而变化；而像黄河这样的多沙河流，周界变化迅速，尤其是洪水期，槽冲滩淤，涨冲落淤，断面调整对水位影响很大。文中从定性到定量对中低含沙量的各级洪水，主槽冲刷对过洪能力的影响进行了详细分析，成果对防洪有指导意义。     

黄河下游花园口以上河段滞沙能力分析

黄河下游河床调整主要取决于来水来沙和河床边界条件,河床调整沿程不均衡特征明显,花园口以上河段床演变对水沙条件的变化响应尤为突出,泥沙冲淤调整幅度最大。基于河道冲淤及水沙演进特性、滞沙可行性、河槽几何特性等分析,提出了花园口以上河段可作为泥沙天然反调节“库”概念,结合黄河下游实测洪水资料,采用水力计算方法,计算了花园口以上河段的河槽排洪能力及不同河槽规模条件下河槽允许滞沙量,提出了反调“库”滞沙能力,可为小浪底水库排沙指标的确定提供依据,对维持小浪底水库有效库容、弥补后续清水河床沙源不足、改善黄河下游河槽冲淤不均衡现象具有重要意义。     

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.     

维持黄河下游主槽平滩流量4000m3／s所需水量

基于黄河下游历史实测资料,分析了流量、水量、含沙量和来沙量等主要因素与主槽形态的响应关系,通过对未来入黄泥沙形势、黄河下游洪水形势、黄河下游不同量级洪水的挟沙能力、不同量级及历时的洪水塑槽机理分析,阐述了小浪底水库运用后进入黄河下游的泥沙将主要在洪水期下泄的特点,以及未来下游来沙量8亿~9亿t情况下,黄河下游主槽不萎缩所需洪水条件,即维持下游主槽过流能力4000m3/s左右,对应的塑槽水量应维持在60亿~70亿m3。     

小浪底水库运用后黄河下游河道洪水与泥沙输移特性

根据小浪底水库拦沙运用后的河道观测资料,分析了黄河下游河道泥沙冲淤及河床质组成的时空变化特性。伴随着河道的持续冲刷,导致河床粗化、细泥沙补给不足,水流挟沙能力明显降低。建立了河道冲刷效率与累积冲刷量的量化关系,河道冲刷效率随累积冲刷量的增加呈指数衰减。2018年黄河下游河道的输沙能力相对于2000年降低约57.1%。分析了洪水期河道冲淤量与水沙量、流量及累积水量间的函数响应关系。考虑到河床粗化对输沙能力降低的影响,对2018年7月洪水冲淤结果进行了验证。建立了在洪水不同含沙量级条件下,利津站含沙量恢复值与流量间的关系。     

黄河下游河道排洪能力分析

通过实测资料分析，黄河下游河道在持续萎缩情况下，漫滩洪水滩地过流比有增大趋势，洪水期间仍是“淤滩刷槽”，主槽同流量的平均流速 并未减小，论证了下游河道洪水期水位流量关系随着流量的增大渐趋平缓的线型特征。在评述已有河道排洪能力分析方法的基础上，对近年来黄河下游河道排洪能力的计算分析方法作了阐述，提出对于水站断面应根据断面形态不同分别采用水力因子法和涨率分析法作为主要的推求方法。     

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。