新形势下黄河调水调沙“丰调枯蓄”运用方式

调水调沙是黄河保护治理的重要举措。近年来,黄河水沙情势以及水库和河道边界条件发生了明显变化,现状调水调沙运用方式不能满足新形势下水沙调控多目标协同的需求。基于黄河水沙特性以及多年调度经验,提出“丰调枯蓄”的调水调沙思想和运用方式,即根据来水条件变化灵活地调整当年调水调沙策略,丰水年多开展调水调沙以使水库多排沙、河道多输沙,平水年适当开展调水调沙以满足多目标需求,枯水年不开展调水调沙以蓄水兴利。数字模型计算结果表明,相较于现状运用方式,“丰调枯蓄”运用方式可实现调水调沙的年际调度,使小浪底水库排沙、供水、生态、发电效益得到全面提升,计算期50 a水库累计淤积量减少5.78亿m^(3),不满足下游供水的年均时间少1.1 d,出库含沙量大于80 kg/m^(3)的年均时间少0.9 d,年均发电量增加1.2亿kW·h。

新时期黄河调水调沙思考与建议

黄河调水调沙连续开展二十余年,是协调黄河水沙关系行之有效的措施,在减淤、塑槽、生态等方面发挥了显著效益。但新时期黄河水沙情势异变,水库及河道边界条件也发生调整,调水调沙面临冲刷效率下降和后续动力不足两个突出问题。为适应新时期新形势变化,有必要对调水调沙进行优化创新,以更好地发挥其长期综合效益。采用实测资料分析的方法,结合工程实际调度经验,提出基于现状水沙调控工程体系优化调水调沙的措施,包括小浪底水库多排沙提供沙源以及挖掘干流水库群潜力为调水调沙补充后续水流动力。从保障黄河长久安澜的角度,提出完善调水调沙的建议:一是加快推动骨干工程建设,完善水沙调控体系;二是积极创新调水调沙运用模式,动态优化调控指标。上述工程措施和非工程措施的结合,可有效解决黄河泥沙治理难题。

考虑黄河水沙丰枯变化的小浪底水库调水调沙优化研究

新时期黄河水沙情势巨变,水库及河道边界条件也发生重大调整,小浪底水库调水调沙需要进一步创新和优化,以便持续发挥其效益。在黄河中游潼关站实测百年水沙系列分析的基础上,提出来水量较多年平均值偏多30%、偏少30%作为丰水年、枯水年的判别标准。对小浪底水库排沙和下游河道输沙规律的分析表明:丰水年具有冲刷能力强和输沙潜力大的优势,水库可多排沙;枯水年具有冲刷能力弱和输沙潜力小的劣势,水库可少排沙。进一步提出考虑黄河来水来沙丰、平、枯变化的小浪底水库调水调沙优化运用方式,采用2000年以来实测水沙系列,分析优化运用方式在当前水沙情势下的适用性。结果表明:优化运用方式可在不淤积下游河道的基础上延长水库拦沙年限8 a,减少水库淤积量8.18亿m3,提高水库多年平均日蓄水量3.99亿m3。

2021年黄河秋汛洪水调度方案预演及效果评价

2021年黄河中下游遭遇罕见秋汛洪水,期间流域干支流水工程联合防洪调度发挥了关键作用。在调度过程中,既要算好洪水总量,又要实现干支流流量过程的精准对接,是一个复杂的决策过程。为确保调度方案的科学性和准确性,提出“先细后粗、先支流后干流”的预演思路,采用逐时段实时修正的方法,实现了科学精细调度黄河中游干支流水库群的目标。对预演效果评价显示,秋汛洪水期间小浪底水库水位预演结果与实测值平均误差0.003m,各支流水库平均误差不超0.13m;花园口站流量预演结果与实测值平均误差23m3/s,调度目标与实测值平均误差32m3/s。评价结果表明黄河中游干支流水库群精细调度技术明显提升,为本次秋汛洪水防御提供了重要支撑。

基于SWMM模型的城市洪涝过程模拟及风险评估

以SWMM模型作为研究基础,建立了西安市沣西新城区洪涝过程模型,对由暴雨强度公式和芝加哥降雨过程线合成的不同重现期、历时120 min、雨峰系数为0.4的降雨情景开展洪涝过程及其风险评估研究。计算结果表明:该区域设计的排水管网可抵御3年一遇暴雨,但高于此重现期的暴雨会出现不同程度的内涝;溢流最严重的节点在重现期为T=10年暴雨中最大积水深约0.20 m,对城市影响程度不大,但在T=20年暴雨中最大积水深可达0.56 m,可引起严重灾情。根据积水深度模拟结果,可初步判断出在T=20年暴雨过程的特定时段(75~105 min)内,积水会导致以溢流节点为中心10 m范围内的行人和车辆失稳。

1986—2018年黄河下游游荡段洲滩演变特点

黄河下游游荡段洲滩密布,研究洲滩的时空演变特点对充分认识游荡段河床演变规律具有重要意义。以1986—2018年黄河下游游荡段遥感影像资料为基础,逐年确定枯水流量下河道内洲滩数目、面积及长度,并计算洲滩的形态指数,分析近33 a游荡段洲滩的时空演变特点。结果表明:游荡段多年平均洲滩数目由小浪底水库运行前的105个增加到小浪底水库运行后的140个,其中小型洲滩数目大大增加,大型和超大型洲滩有所减少;受水库运行后河床持续冲刷的影响,游荡段多年平均洲滩总面积由小浪底水库运行前的81 km2减小到小浪底水库运行后的62 km2,洲滩形态趋于细长;从分河段来看,研究期内花园口以上河段洲滩数目最多、面积最大,夹河滩—高村河段数目最少、面积最小。

黄河高含沙洪水“揭河底”冲刷机理研究

“揭河底”发生时会导致河床形态在短时间内剧烈调整,影响河防工程安全。为研究“揭河底”冲刷机理、防治高含沙河流洪水泥沙灾害,以黄河中游小北干流河段为研究对象,分析了“揭河底”冲刷的基本条件,提出淤积物形态、水沙条件及前期河槽边界特征是主要影响因素;剖析了“揭河底”冲刷的物理机制,考虑河底淤积物在水流脉动力和冲击力作用下的转动揭起方式,通过力学分析建立了力矩平衡方程,推导得到“揭河底”的判别指标θ,用来反映淤积物自重力矩和水流揭掀力矩的比值以及淤积物自身厚度的影响;小北干流龙门站多年实测水沙资料显示判别指标θ存在临界值,当θ≤0.15时,“揭河底”会发生。

雨水口泄流计算对城市洪涝模拟结果影响研究

雨水口可将地表径流输送至排水管网,是城市洪涝治理中的关键因素。为充分掌握雨水口泄流机理,本文总结了泄流试验研究的主要成果,比较了不同泄流计算方法的优缺点及适用范围;通过编译生成SWMM动态链接库文件(DLL),构建了改进泄流计算的城市雨洪模型;以西安市沣西新城为研究对象,定量分析了不同泄流计算方法对汇水区内雨水口泄流量及洼地积水深度的影响。结果表明:典型汇水区内采用不同泄流计算方法模拟得到的泄流量占降雨总量的38%~48%;泄流公式中流量系数18%的差异会在洼地积水深度结果中放大至55%;研究区各汇水区内因雨水口泄流能力不足而导致的最大洼地积水深度在0.1~0.6 m之间。研究成果有助于深化对雨水口泄流过程的认识,为城市防洪减灾提供技术支持。

黄河小北干流河段持续淤积期深泓摆动特点及影响因素

黄河小北干流河床横向摆动剧烈,研究其深泓摆动特点及影响因素对认识游荡型河流河床演变规律和河道整治规划具有重要意义.本文基于小北干流河段持续淤积期25个断面汛后实测地形资料,研究了该河段深泓摆动方向和摆动宽度的变化特点,并定量揭示了来水来沙条件、下游侵蚀基准面及河床边界条件对深泓摆动强度的影响作用.研究结果表明:小北干流河段深泓摆动方向具有往复性,摆动宽度沿程差异较大,龙门-庙前河段深泓摆动宽度大于中段和下段;上游前期4a平均含沙量和下游潼关高程的变化是影响小北干流河段持续淤积期深泓摆动强度的关键因子;建立了小北干流河段深泓摆动强度的经验公式并进行验证,用公式得到的计算值与实测值的变化趋势基本吻合.