冲积河流平滩流量的确定方法研究

为了使小浪底水库尽可能泄放大流量冲刷黄河下游河道主槽,进一步改善悬河的形势,同时又不至于引起漫滩,造成滩区损失,很有必要尽可能准确地确定黄河下游河道的平滩流量。分析曼宁公式等方法无法用于计算冲积河流平滩流量的原因,采用充分利用河道沿程水文站、水位站、险工水尺及河道统测大断面测时水位资料推求大断面洪水位和流量涨率的方法,推算每年汛前河道大断面的平滩流量,具有实用、可靠和简单的优点。2020年汛期的实地测量结果显示,平滩流量预估误差为1%~6%,预估的结果和实际情况十分接近。尽可能结合水文站的流量过程,采用水位资料推算大断面的平滩流量,并且尽可能采用较大流量的资料,可以减少误差。

黄河水库河道泥沙跨年接续调节技术实践

为实现三门峡和小浪底水库排沙增容的同时不导致黄河下游河道排洪能力降低,利用黄河下游河道的水沙资料、河道统测淤积断面资料,采用险工水尺资料分析方法,分析小浪底水库排沙量最大的3 a(2018—2020年)三门峡和小浪底水库冲刷恢复情况、洪水期黄河下游的冲淤情况(沙量法计算结果)、纵向和横向的冲淤情况(断面法计算结果)、同流量水位变化和平滩流量变化等。分析结果表明,在水库排沙期将水库排沙淤积在黄河下游容沙量大的宽河道,在其他时期将淤积物逐渐冲刷带走,高村以下河道的排洪能力不但没有减弱,反而显著增强。这种水库河道泥沙跨年接续调节技术在现行河道上是现实可行的,并提出了相关建议。

冲积河流“涨冲落淤”现象的研究

通过对黄河干支流不同比降(0.57~6.3)的河段、不同含沙量(21.7kg/m3~923kg/m3)和不同流量(1 560m3/s^22 300m3/s)的洪水期间河槽的冲淤过程的分析,在流速大到河床处于动平整状态时,洪水过程中,主河槽一般表现为涨水期冲刷和落水期淤积,即"涨冲落淤"现象;对造成涨冲落淤的机理作了探讨;在宽浅河段,受河势影响会出现反常;正确认识涨冲落淤现象具有重要理论价值,在防洪和调水调沙治河措施中具有实际意义。

水库调洪演算新方法

利用二分法对水库调洪演算进行了分析,证明存在一个以时段末出库流量为自变量的单值、单调函数,并分析了利用该函数进行试算时时段末出库流量的试算区间。应用情况表明:采用二分法进行调洪演算,方法更简单,收敛更快,比其他方法更适于编程。

2018年汛期黄河下游河道排洪能力分析

2018年汛期黄河下游来水222亿m3,小浪底水库排沙4.66亿t,孙口以上河道淤积2.561亿t,其中花园口以上河道淤积1.920亿t,这是小浪底水库运用以来进入下游水量最大、水库排沙最多、下游淤积量最大的一年,然而排沙期间淤积最多的花园口以上河段的同流量水位不升反降。采用沙量法和断面法计算分析了汛期冲淤量及冲淤特点、水文站断面的同流量水位变化、7月洪水排沙期间险工水尺的同流量水位变化。结果表明:大量淤积发生在花园口以上河段的汊沟和边滩,洪水过后主槽更加明显,水流集中,流速增大,同流量水位下降;7月洪水之后,黄河下游水文站断面的同流量水位缓慢抬升,但汛后的同流量水位仍低于汛初;2018年汛期,黄河下游河道的排洪能力未明显降低。

畸形河势对河道排洪能力的影响及对策

以黄河下游的畸形河湾为例,阐述了畸形河势对河道排洪能力的影响。分析表明:①畸形河湾造成的弯曲河势的存在是短期内局部河段排洪能力降低的重要原因,必须予以高度重视;②施行裁弯可消除畸形河湾的不利河势,迅速提高河道排洪能力;③在河道整治中,规划流路过分弯曲对河道排洪能力的不利影响需要引起足够重视,在某些河势一直难以得到控制的河段,采用双岸整治的河道整治方法是从根本上消除不利河势再度发生的有效措施。

青铜峡水库排沙对下游河道冲淤的影响

统计了青铜峡水库汛期排沙和汛末拉沙期间下游各河段的淤积状况,通过建立水库下游河道排沙比与进入河道的水沙条件的定量关系,分析有无青铜峡水库时相应时期水库下游河道的冲淤状况。结果表明:由于水库汛期排沙对水沙条件的改变是有限的,因此水库汛期运用未对其下游河道造成增淤;汛末拉沙对下游河道造成了增淤,该期间若不排沙,则同期下游河段将发生微冲。

黄河下游游荡性河道水位涨率偏大的主要影响因素分析

认为影响黄河下游游荡性河道水位涨率的因素是多方面的 ,河宽只是其中的原因之一。利用黄河下游花园口、夹河滩等水文站历次实测大洪水测流断面资料 ,计算了各水文断面不同槽宽的水位流量关系。在洪水涨水阶段 ,同样的流量涨幅 ,等河宽的平均河底高程变化 ,河南河道和山东河道没有明显差别 ,但河南河道的比降是山东河道的 2倍 ,同河宽的水位涨率必然小于山东河道。对游荡性河道已发生的几场水位涨率偏大的原因作了分析 ,认为游荡性河道十分宽浅 ,河势摆动频繁 ,大洪水时形成顶冲、局部壅水 ,它对水位涨率的影响远大于河宽缩窄的影响 ;复式河槽在洪水漫滩后 ,由于滩槽水流的动量交换 ,引起主槽的阻力增大 ,也是导致水位涨率增大的重要原因。

黄河下游“04·8”洪水输沙特性与冲淤分析

对黄河下游“04·8”洪水的输沙特性与冲淤情况进行了分析，并与2004年各场洪水的水位流量和平均河底高程的变化情况进行了对比，结果表明：①“04·8”洪水进入下游的沙量为1．4亿t，它在黄河下游河道的总淤积量在0．06亿-0．14亿t之间，河道排沙比达91％～96％，河道输沙能力很强，对黄河下游河道淤积的影响很小；②比较“04·8”洪水和2004年前几场洪水的同流量水位，除了孙口站的同流量水位和2004年调水调沙时的第一场洪水相近外，其他水文站的同流量水位均显著低下前几次洪水的同流量水位，说明“04·8”洪水对黄河下游河道的过流能力没有产生不利影响；③“04·8”洪水沙峰附近同流量水位表现低的原因，主要是高含沙洪水期间河槽发生了剧烈冲刷；④在平均流量2000m^3／s左右，黄河下游河道对小浪底水库异重流排沙具有很高的输沙能力。

1946年以来黄河下游泥沙治理研究的主要进展

1946年以来,关于黄河下游根治的认识,首先经过"治本靠拦沙"到"下游也有治本任务"的重大转变,然后,是对"下游也有治本任务"进一步全面深入的分析论证。"黄河下游也有治本任务"的论证具有高度的科学性。重点对围绕"下游也有治本任务"的研究作了梳理总结,主要进展为,多来多排现象的发现、"小水挟沙"的不利影响和对洪水重要性的充分认识、山东河道的输沙潜力及窄深河槽排洪输沙能力的论证、泥沙多年调节思想的形成和发展。通过水库水沙调节优化进入下游河道的水沙过程。将下游高村以上宽河道整治成窄深河槽,使整个下游形成一个输沙通道输沙入海。

近期黄河洪峰增值现象研究综述

对小浪底水库运用之前黄河干流洪峰增值现象的研究进行了回顾,对小浪底水库运用后洪峰增值的洪水场次进行了系统整理,并对近期黄河洪峰增值现象的研究成果进行了综述,指出了已有的河槽形态变化观点、"孤立波"和"水跃"观点、减阻观点、密度差观点、沙坝观点、扰动说等研究成果存在的问题,认为小浪底水库运用前后小浪底—花园口区间洪水洪峰增值机理是相同的,与洪水是否漫滩无关。另外,建议加测足够的野外资料,然后从理论上分析洪峰增值的机理。

三盛公水利枢纽洪水期排沙分析

总结了已有的水库及河道输沙计算方面的研究成果,认为流量、入库含沙量和库区水面比降是影响三盛公水利枢纽出库输沙率的主要因素,其中比降可以用坝前水位变幅来反映。利用2000年以后的进、出库水沙资料,建立了三盛公水利枢纽洪水期出库输沙率的计算公式,并进行了验证计算,结果表明计算值与实测值比较接近,能够满足三盛公水利枢纽洪水期的排沙计算要求。

黄河下游宽河道窄槽整治对冲刷量的影响

黄河下游宽河道经缩窄整治后,其冲刷量是增加还是减少,关系到如何看待宽河道整治对其下游窄河段的影响。由于宽河道的塌滩具有随机性,清水冲刷期,黄河下游宽河道经缩窄整治后,冲刷量是否会增加这一重要问题从理论上计算分析十分困难。通过对相同时期不同断面套绘对比分析的方法,发现窄的断面,其冲刷量因为塌滩减少而减少,断面冲刷面积和断面宽度之间基本上呈正比关系,从而得出了黄河下游宽河道若整治成窄槽,其冲刷量将不是增加,而是减少的重要结论。

2019年小浪底排沙期下游河道水位抬升原因分析

2019年是小浪底水库运用以来进入黄河下游水沙量最多的一年,其中7月8日至8月18日的排沙期,小浪底水库排沙5.317亿t,黄河下游河道淤积3.499亿t。排沙过后,逯村、花园镇、开仪、赵沟、化工3000 m^(3)/s对应水位分别抬升了1.17、1.51、1.50、1.27、1.26 m,开仪3000 m^(3)/s对应水位一度抬升1.82 m,局部河段水位抬升十分突出。为了给以后的水库调度提供必要的技术支撑,充分利用常规水文资料、险工水尺资料和加测断面资料,分析了河道发生淤积、水位抬升的过程和原因,河道宽浅和流速低是部分河段淤积的直接原因,进而造成上游河段溯源淤积,引起水位抬升。建议在以后的水库排沙调度中,密切关注相关河段的水位变化,随时调整水库调度方式,以免造成漫滩。

用水位变化判断冲淤存在的问题

从非恒定流理论出发论证了定床情形下的水位流量绳套曲线的形成过程,然后论证了动床情形下的水位流量关系,认为:①冲淤是影响水位的一部分原因,而不是全部原因;②洪水期同流量水位抬升,原因是为洪水落水期的流速要远小于涨水期的流速,尽管河槽发生了冲刷,但面积的增加不足以抵消落水期流速减小的影响,从而使水位流量关系曲线呈逆时针绳套曲线;③在推流和整编水文资料时,必须区别对待涨水期和落水期。

黄河下游宽河道平衡河宽的一种计算方法

来沙量大、水沙搭配不合理以及游荡型河道断面宽浅是黄河下游宽河道淤积严重的主要原因。小浪底水库的建成和运用使得改变进入下游河道的水沙搭配成为现实。在列举已有关于窄深河槽"多来多排"的研究成果和实例的基础上,分析了形成"多来多排"现象的原因,认为高含沙洪水的输沙量并不是含沙量越高就越大,而是存在一个阈值,达到这一阈值即可实现"多来多排"。基于利津水文站资料,结合曼宁公式,得到了黄河下游宽河道平衡河宽的计算公式,得出黄河下游宽河道的平衡河宽为574 m,该计算结果与渭河、北洛河及黄河山东段河道实测资料相比是合理的。

描述黄河中下游河道横断面形态的新指标

描述河流横断面的窄深程度,无非是用来衡量它对过流能力和输沙能力的影响大小,及其在河流地貌方面的时空上的调整变化。回顾总结了以往描述横断面形态的常用指标,包括河相系数、宽深比,或湿周与平均水深的比值,指出这几种指标在描述黄河中下游河道时所存在的共同缺点:(1)缺乏物理意义;(2)不能真正代表断面的窄深程度;(3)明显的夸大了宽浅和窄深断面的差别。从表称流量的概念出发,作者认为,应该使用具有明确物理意义的等面积的表称流速来描述断面形态。如果用表称流速来衡量黄河下游河南和山东河道的断面形态的差别,就会发现,断面形态的不同,其对过流能力的影响不过1:2,远不象河相系数和宽深比所描述的达到1:6甚至1:11那样的悬殊程度;黄河下游河道主槽“多来多排”的主要影响因素是表称流速。

洪水冲刷增大高村—艾山段平滩流量研究

研究了小浪底水库运用以来黄河下游各河段糙率变化情况和冲刷强度的变化趋势。结果表明:①小浪底水库运用以来,夹河滩以下河段的糙率没因床沙粗化而增大;②小浪底水库运用以来泥沙粗化对冲刷的影响仅发展到花园口—夹河滩之间,高村—艾山河段冲刷强度没有明显减弱;③在目前河道边界条件下,只要小浪底水库下泄流量大于1 500m3/s,高村—艾山河段即可发生冲刷;④要想使高村—艾山河段平滩流量由3 810 m3/s增大至4 000 m3/s,需要小浪底水库下泄流量大于4 000 m3/s的水量约35亿m3。

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“河道糙率比玻璃水槽还小”之我见

分析了黄河下游“河道糙率比玻璃水槽还小”的原因,认为:①出现这一现象与高含沙水流的“减阻效应”无关;②资料整编没有考虑水深在横断面分布的极不均匀性,是引起糙率计算结果偏小的主要原因;③测验误差也是影响糙率计算结果的原因;④没有考虑断面的水力不均匀性使得糙率的计算值总是系统偏小,这一现象必须予以纠正。同时,提出了用水力不均匀系数来纠正这一现象,得到了合理的结果。