黄河下游滩区土地利用与水利工程管理决策评价体系

1研究背景,黄河下游是典型的复式河道,近800km的河道中存在着120多个自然滩区。特殊的水沙条件和独特的河道特性决定了滩区长期承担着行洪、滞洪、沉沙功能,同时也是190万群众赖以生存和生活的场所,滩区发展与洪水风险共存且相互影响。下游滩区是黄河下游河道管理的重点和难点之一,出现了异于其他江河的一些突出问题,如土地问题、滩区发展问题等,给河道管理工作带来很大的挑战。因此,在实施黄河下游河道有关政策和管理决策时,须统筹考虑工程管理、洪水风险和土地利用等问题。

黄河水沙冰凌输移模型库和标准构建及模拟系统研发与应用

1研究背景,黄河水沙关系不协调,水沙冰凌输移过程复杂,是世界上最复杂难治的河流。在黄河流域生态保护和高质量发展战略背景下,支撑黄河流域规划编制、防汛方案比选、预案制定、实时调度、效果评估的量化手段和应用服务不够完善,主要表现在以下四个方面:数学模型及系统平台建设缺少统一的发展规划,软件化程度不高;尽管世界上已开发出FLUENT、MIKE、DELFT-3D等软件系统,但仅适于低含沙河流,适用于黄河高含沙水流的模型研发相对滞后;模型研发过程控制主观随意性大,缺少量化评价指标体系;不同来源的模型无法集成耦合与标准化复用,缺少高效的统一集成运行平台。因此,亟须面向治黄实践中具体业务的专业模型及系统支撑平台,以提升重大治黄决策的科学化和智能化水平。

黄河水土保持科技战线上的执着耕耘者——记全国水土保持工作先进个人张攀

张攀,女,中共党员,河海大学博士研究生毕业。2008年,她来到黄河水利委员会(以下简称“黄委”)黄河水利科学研究院(以下简称“黄科院”)工作,现任黄科院水土保持研究所总工,正高级工程师、国家注册土木工程师、国家注册咨询工程师,是中国水土保持学会青年科技奖获得者、河南省青年科技奖获得者、黄委拔尖人才、郑州市十大科技女杰。

水利工程用环氧树脂改性聚氨酯丙烯酸酯性能研究

水利工程金属结构和水工建筑物常遭受腐蚀、高速含沙水流磨蚀破坏,需对其进行便捷有效的防护。利用环氧树脂对聚氨酯丙烯酸酯(PUA)进行改性提高PUA与基体黏结性能,采用紫外光(UV)固化技术制备PUA涂层。研究了环氧树脂改性PUA的化学结构及环氧树脂用量对PUA的力学性能、热稳定性能、耐溶剂性能和抗冲磨性能的影响。结果表明,环氧树脂改性PUA的拉伸强度随着环氧树脂用量增加,呈下降趋势,当加入5%时,PUA拉伸强度为103.0 MPa,材料呈强而脆的特性。环氧树脂加入提升了PUA的拉伸剪切强度,由0.25 MPa增至1.60 MPa。同时,环氧树脂改性PUA具有良好的耐水性能、耐溶剂性能、抗冲磨性能,5%环氧树脂改性PUA抗冲磨强度为800 h/(kg·m^(2))。

黄河下游高效输沙指标及输沙水量研究

研究提出黄河下游高效输沙的定义和内涵,依据小浪底水库运用方式和黄河不同时段河道水量的功能定位,将汛期的洪水水量定义为狭义输沙水量,汛期的平水期和非汛期水量的主要功能为满足生态、灌溉、发电等需求,不作为输沙水量。建立了单位输沙水量与排沙比及流量含沙量之间的定量关系,提出了高效输沙流量和含沙量指标的定量计算方法,在现状下游河道过流能力条件下,计算了满足高效输沙要求的流量与含沙量搭配指标。提出了维持下游河道全年一定冲淤水平的利津断面狭义输沙水量计算方法,当进入下游年沙量为3亿t时,维持下游河道全年冲淤平衡的利津断面洪水输沙水量为56.2亿~69.6亿m^(3)。

调水调沙期黄河下游河道洪峰增值预测方法研究

准确预测黄河调水调沙期出现的洪峰增值现象,不仅是水库工程调度和下游防洪工程防护的迫切需要,同时也是水力学及河流动力学学科研究面临的新课题。以增值比例为因变量,以小浪底沙峰、含沙量涨峰期平均涨率、含沙量起涨前基流、悬沙粒径等小浪底出库水沙特征参数为自变量,基于相关性分析筛选出沙峰、含沙量涨峰期平均涨率作为洪峰增值的预判参数。研究发现,当小浪底含沙量涨峰期平均涨率超过22.9 kg/(m^(3)·h)时,小浪底至花园口河段可能发生洪峰增值现象,并可基于小浪底沙峰与增值比例之间的相关关系预测增值区间;对2023年调水调沙期小浪底水文站实时水情、沙情进行跟踪,在小浪底水文站第一个沙峰出现后,对小浪底至花园口河段洪峰增值进行了预测预报,预测结果与实测结果基本一致。

黄河防汛抢险技术虚拟试验场构建技术研究

黄河防汛抢险技术试验场由“虚”“实”两部分组成,虚拟平台是实体试验场的数字孪生体。以建设黄河防汛抢险技术虚拟试验场为目标,依托总体布置方案对场地结构进行分解,针对7组模块化构件,通过实体尺寸参数驱动三维模型,同时根据附加材质对不同构件分别进行多边形建模和曲面建模;采用C4D等工具构建三维场景;采用光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)方法求解纳维—斯托克斯方程组,基于Realflow软件在蓄水池内生成流体粒子和网格,在时间、空间两个维度获取粒子水力要素;采用Octane render对三维场景和流体网格进行渲染。最终构建完成强真实感、高可信度的试验场虚拟场景。

黄河河口流路多目标联合运用方式研究

黄河河口流路运用方式面临着新形势下保障防洪安全、维持生态功能和减缓海岸蚀退等多目标需求。采用实测水文资料和现场调查资料,分析河口河道防洪形势、黄河口国家公园建设需求和备用流路现状情况。清水沟流路在小浪底调水调沙运用后防洪形势明显改善,然而仍面临着大洪水的威胁;目前河道滩地呈现约6‱的倒比降,加剧了大洪水时的防洪压力。黄河口国家公园清水沟片区在清四控导工程以下无整治工程,规划的科研平台和大量基础设施要求洪水尽量不漫滩。刁口河片区规划的生态补水量为0.55亿m^(3),附近海岸因缺乏泥沙补给处于蚀退状态。刁口河主槽淤积萎缩,滩地开发建设侵占严重,亟待长期过水加强保护。新形势下黄河河口流路运用方式为“联合运用、常态过水、平滩分流、双河行洪”。刁口河常年维持一定的过水流量。当清水沟流量达到3500 m^(3)/s时向刁口河分流,大洪水时两条流路作为5000 m^(3)/s流量的泄洪通道。

大豆脲酶诱导碳酸钙固化黄河泥沙水稳定性试验研究

随着国家“交通强国”战略的提出,沿黄工程建设发展迅速,填筑用土需求剧增。黄河泥沙作为填筑材料的可行性已被证实,但其在多雨地区的服役性能需要改善,探索一种生态、高效的泥沙加固方法提高其水稳定性十分关键。本文基于酶诱导碳酸钙沉淀(EICP)技术固化黄河泥沙的方法,分别开展了常规浸水条件和干湿循环条件下固化黄河泥沙的水稳定性试验,研究了浸水后试样的质量损失及强度折损情况,分析了干湿循环对固化后黄河泥沙试样强度软化系数的影响规律。结果表明:采用EICP技术固化的黄河泥沙试样浸水崩解过程相比原状试样更加缓慢;胶结液浓度1.5 mol/L的黄河泥沙试样长期(56 d)浸水后,几乎保持完整,质量损失率仅为6.36%,强度折损率仅为6.21%;10次干湿循环后,不同胶结液浓度处理后的黄河泥沙试样均出现了不同程度的颗粒松散和脱落现象,胶结液浓度1.5 mol/L、灌浆10次的黄河泥沙试样的抗压强度损失仅为9.96%,抗干湿循环能力最强。利用EICP技术可以有效的固化黄河泥沙并提升其水稳定性,这对推进黄河泥沙的资源化利用进程十分重要。

黄河下游河道悬沙与床沙粒径智能预测研究

探究河道悬沙和床沙粒径分布有助于分析河道泥沙整体淤积情况,并反馈指导优化水库运用方式。为系统掌握黄河下游河道悬沙与床沙粒径的分布规律,收集整理黄河下游河道花园口等6个断面的水沙系列数据,采用递归特征消除算法进行变量筛选,并基于不同机器学习算法构建黄河下游河道泥沙粒径的预测模型。结果表明:变量筛选算法能够有效提取模型中的主要影响因子,而利用机器学习算法进行不同断面泥沙粒径预测时,在测试集上整体表现较好,各断面优选模型预测悬沙粒径的决定系数R2均在0.64~0.89之间,床沙的均在0.37~0.72之间。同时,采用2020年数据对模型预测效果进一步验证时,悬沙和床沙粒径预测值与实测值R2分别达0.6097和0.4456,表明所建模型能够有效实现黄河下游河道泥沙粒径预测。

黄河下游近期来水来沙年内年际波动特征研究

为探究近20 a来黄河下游水沙新情势,基于花园口站1997—2020年实测资料,并对比同时段潼关站水沙数据,从趋势性、变异性、周期性、年内分布及水沙搭配5个方面,系统分析黄河下游来水来沙年内年际波动特征。结果表明,两站水量呈显著增加趋势、沙量呈显著减少趋势;潼关站水、沙量分别在2018年、2004年突变,花园口站水、沙量分别在2017年、2001—2002年显著突变;潼关站水、沙量变化主周期分别为14、13 a,平均周期为9.5 a,花园口站水、沙量变化主周期分别为13、12 a,平均周期为8 a;基于上述分析,将研究时段划分为5个阶段,各阶段两站流量年内分布不均匀度相近,经历了减小-增大的交替过程,含沙量年内分布有所差别;潼关站来沙系数、水沙系数分别呈逐阶段减小、增大趋势,花园口站来沙系数先减小后回升,水沙系数前期较小,Ⅱ—Ⅳ阶段增大,第Ⅴ阶段减小。在天然水沙变化与人工水沙调控综合作用下,近期黄河下游水沙过程呈明显的阶段性变化特征,水沙搭配总体相对较优。

水利工程施工中的安全风险评估与控制研究

文章以焦作市博爱县青天河水库除险加固工程为具体案例,探讨了水利工程施工中的安全风险评估与控制,以提供有效的安全管理手段。首先,对水利工程施工中存在的安全风险问题进行了分析,并综述了已有的安全风险评估方法。根据研究目标和实际需求,选择了适用于水利工程施工的安全风险评估方法,并建立了相应的评估模型。通过危险源识别和分类、风险概率和严重程度分析等步骤,对安全风险进行了识别和分析。在此基础上,提出了针对性的安全风险控制策略,包括控制原则和目标的确定、控制措施的选择和实施等。本研究为水利工程施工中的安全风险评估与控制提供了理论支持和实践指导,对提高施工安全水平具有重要意义。

数字记忆视域下黄河档案资源建设策略研究

数字记忆浪潮下,黄河档案资源建设开辟了一条新路径。文章在分析黄河档案资源分类、分布与特点的基础上,结合数字记忆理论,进一步阐明黄河档案资源建设的困境,提出利用数字技术建设黄河档案资源的建议,以期丰富黄河档案资源建设的研究,为黄河文化的保护、传承、弘扬提供借鉴。

黄河水沙调控多目标协同模型构建及应用

为促进黄河流域行洪输沙-生态环境-社会经济三大子系统多维功能协同发挥,提出黄河水沙调控多目标协同总体架构。基于系统整体耦合协调度构建黄河水沙调控多目标协同模型,实现了不同来水来沙与工程组合情景下黄河水沙调控目标函数与约束条件灵活选择及权重系数适应性调整。以黄河中游三门峡-小浪底水库群为例,开展丰平枯典型年水沙优化调控。结果表明:排沙与发电目标间存在强竞争关系,生态和发电目标间存在弱竞争关系;系统整体耦合协调度最高的方案均能达到各目标优质协调,并倾向于发挥更大发电效益。模型应用结果启发管理者在实际调度中适当提升发电量,并在枯水年注意增加生态供水。研究成果可为黄河水沙多目标优化调控实践提供科技支撑。

水利大模型的建设思路、构建框架与应用场景初探

发展新质生产力是推动高质量发展的内在要求和重要着力点。推进数字孪生水利建设是推动新阶段水利高质量发展的显著标志和重要路径,模型和知识是数字孪生水利建设的关键所在。因此,按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”要求,针对水利业务需求融合大模型、水利专业模型和知识而形成“水利大模型”,是发展水利新质生产力的重要引擎。阐述了水利大模型的概念和构建的重要意义,介绍了构建的思路与总体框架,分析了需突破的关键技术,介绍了行业应用场景。研究成果可为人工智能大模型在水利行业落地提供引导和借鉴。

引汉济渭与黄河水权置换的管理制度研究

陕北地区是我国重要的能源化工基地，该区域经济发展在西部大开发战略中具有重要地位。但当地水资源缺乏，经济社会发展受到严重制约，生产、生活、生态用水矛盾突出，缺水已成燃眉之急。按照陕西省“十二五”规划，今后几年陕北地区的能源化工基地建设将会快速发展，城市化率也将有较大提高，该地区用水量大幅度增加，在当地水资源总量难以满足的情况下，解决该地区发展用水问题，已成为陕西省乃至国家水行政主管部门的重要任务。

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。

黄河文化保护传承弘扬的形势分析及对策建议

黄河文化是中华文明的重要组成部分,是中华民族的根和魂。深入推进黄河文化保护传承弘扬,实现黄河文化创造性转化和创新性发展,对推动实现黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略向纵深推进、坚定文化自信、建设中华民族现代文明具有重大历史意义和现实意义。分析了新形势下黄河文化在研究、保护、传承、弘扬方面存在学科融合不足、联动机制不全、资源利用率不高、国际传播不够等问题,从黄河文化的精神内核阐释、时代价值挖掘、黄河国家文化公园建设、研究体系架构、国际传播体系构建等方面,提出新形势下深入推进黄河文化保护传承弘扬的对策建议。

以加速治黄科技创新发展黄河保护治理新质生产力

科技创新是新质生产力发展的核心驱动力,水利科技创新将为江河保护治理新质生产力发展提供强大动能。简要追溯了“新质生产力”概念的提出过程与科学内涵,论述了水利新质生产力的三大表现特征,提出了发展水利新质生产力的三大主要抓手,即高质量标准体系、高水平技术体系、高效能管理体系。结合目前治黄事业中面临的科技挑战,聚焦治黄科技创新的六大学科集群,加快创新步伐,发展黄河保护治理新质生产力,引领治黄事业高质量发展。

水库拦沙对黄河下游河床演变的影响

为充分认识水库拦沙对其下游河道河床演变及防洪的影响,基于三门峡水库和小浪底水库拦沙期水沙及断面观测资料,研究了黄河下游河槽冲淤、洪水冲刷效率、河槽几何特征、排洪能力等规律。结果表明:水库拦沙期,黄河下游沿程河槽均发生了不均衡冲刷;河床粗化明显,粗化后床沙中值粒径最大值为冲刷前的2.1~2.5倍;高村以上河段同水位过洪能力增加明显,冲刷后较大的河槽容积可为小浪底水库排沙提供暂时的滞沙;河床粗化后细泥沙和中泥沙补给能力不足,河槽冲刷效率随冲刷历时的增加衰减明显。由于水库多年调节水沙过程及下游相对完善的河道整治工程约束,小浪底水库拦沙期黄河下游河槽冲刷重心下移,河床粗化程度增加,冲刷效率明显降低。研究成果可为水库水沙调控技术指标的选取提供科学依据。