滩槽交界带不同植被布置方式对水动力特性影响的数值研究

为研究滩槽交界带不同植被布置方式对水动力特性的影响,基于Delft3D-FM构建了考虑二次流影响的二维水动力模型,分析了植被平行布置、交错布置、无植被工况下河道断面速度分布、二次流强度和河底剪切应力。结果表明,与无植被工况相比,植被增加了滩槽间动量交换,布置有植被的河道主槽流速增大,植被区流速减小,植被的存在减小了植被区的二次流强度,增大了主槽的二次流强度和滩槽交界带剪切应力;交错布置植被会明显增大主槽二次流强度。

淮河干流蚌埠至浮山河段近期演变分析

由于采砂的影响,淮河干流蚌埠—香庙河段近期发生较为剧烈的河道变形,其中主槽变化大于滩地变化,主槽多表现为冲刷扩大;各河段滩地变化不同,部分河段滩地表现为微淤或冲淤平衡,部分河段滩地冲刷。而香庙至浮山河段与上述河段的差别较大,主要为自然演变,主槽和滩地的冲淤变化均不大,河道较稳定。实测资料分析表明淮河中游河道自然演变比较缓慢,人类活动对河道演变产生显著的影响。

主槽河槽议

以河道演变最为剧烈的黄河下游为例,分析了河槽、主槽、滩地的涵义及相互联系。平原河道横断面为复式断面,一般可分为枯水槽、一级滩地、二级滩地、三级滩地几部分;主槽是一次大洪水主流所通过的河床部分,包括枯水槽和嫩滩,是水沙的主要通道;河槽是指洪水期流速较大和在一个较长的时期内主槽变化所涵盖的部分,包括主槽、二滩或部分二滩,是较大洪水所通过的河床部分;嫩滩是主槽的组成部分;河槽和滩地可互相转换。

复式断面渠道中均匀流的水力计算

探讨了复式断面渠道中主河槽和滩地之间水流的动量传递机理，应用动量定理导出了计算复式断面渠道中恒定均匀流的公式，并与实验资料吻合较好，从而证实了理论分析成果。

复式断面边界剪切应力分布规律研究

在复式断面明渠中，由于存在滩槽水流动量的交换，改变了边界剪切应力的分布规律，进而影响滩槽的阻力和输水能力。本文利用作者实测的剪切应力分布资料，通过与矩形明渠边界剪切应力分布的对比，对复式断面边界剪切应力分布的特征进行了分析，建立了滩槽平均边界剪切应力与水深的关系。

基于流域系统科学的黄河下游河道系统治理研究

黄河下游河道治理是一项复杂的系统工程。系统回顾和总结了欧美等发达国家河流治理的发展历程与经验启示,深刻诠释了河流系统治理的必然性和必要性。在此基础上,结合黄河水沙变化、区域社会经济发展情势以及重大国家战略,分析了黄河下游河道治理研究的现状与局限性,明确了新时代河道滩槽协同、上-中-下-河口联动、行洪输沙-社会经济-生态环境协调治理的战略需求,进而阐述了流域系统科学及其在黄河下游河道滩槽协同治理中的应用价值。

黄河下游中常洪水调控指标

从塑槽径流条件、水流动床阻力、河道整治、滩区及防洪等方面,论证了未来黄河下游主槽目标过流能力采用4 000m3/s左右的合理性,提出了黄河下游发生明显淤滩刷槽的临界流量。同时,根据不同量级洪水河道的冲淤特点,提出了小浪底水库控制下游流量、含沙量指标。即在目标主槽过流能力条件下,控制漫滩洪水流量不低于6 000m3/s,含沙量不大于250-300kg/m3;小漫滩洪水和非漫滩洪水,尽量按流量2 300-4 000m3/s、含沙量20-50kg/m3的水沙搭配控制,避免出现4 000-6 000m3/s8、00-2 300m3/s两个量级的洪水过程。

再论黄河下游游荡性河道双向整治方案

从小浪底水库运用后河道整治面临的新问题:研究了宽河固堤(微弯整治)、窄河固堤与双岸整治形成的特定的历史背景,其整治目的与要求有所不同。微弯整治是在防洪抢险整治基础上演变的,使河道的游荡范围有所减小,防洪安全性有所提高。但微弯整治在下游游荡性河道极为宽浅,多条流路中选择一条典型流路作为规划治导线,通过人工造弯,试图形成人工控制的弯曲性河流,具有一定的盲目性;窄河固堤的思想是在新的历史条件下,从社会发展,经济效益等多方面分析后提出的;双向整治是基于对黄河窄深河道泄洪输沙能力、过洪机理,淤滩刷槽之间没有联系的认识基础上提出的。小浪底水库泥沙多年调节,优化了来水来沙条件,通过黄河实测资料分析与动床模型试验证明双向整治对游荡河道治理有效,是形成窄深河槽,稳定主槽,保证防洪安全与提高河道的输沙能力所必须。为充分利用洪水,长距离输沙入海,实现下游主槽不淤高的目标提供了可能。

糙率对感潮河段水位预报的影响

感潮河段洪水受上游洪水和下游潮水的共同作用,且河道断面复杂,这些因素加剧了糙率取值的难度。本文通过糙率影响试验,分析了糙率改变对感潮河段计算水位的影响。在具有明显漫滩的断面,将糙率取值分为漫滩糙率和主槽糙率后再进行水位计算。试验结果表明,糙率值的改变对计算水位影响较大,且对感潮河段洪水过程的不同阶段影响程度不同;漫滩糙率的改变对漫滩洪水位影响很大,主槽糙率的改变对低水位影响较大。

黄河下游滩槽冲淤演变与水沙过程的响应关系

采用实测资料分析的方法,研究了黄河下游滩槽冲淤演变对水沙过程的响应关系。研究结果表明:1986年后,进入黄河下游的水沙明显减少,导致下游河道滩槽皆淤。2000年后,由于小浪底水库蓄水拦沙运用,下游全程持续冲刷。黄河下游滩槽冲淤演变与水沙过程存在响应关系:主槽冲淤量随水量参数、水量分配参数的增大而减小;随沙量参数、沙量分配参数的增大而增大;滩地冲淤量随水量参数、沙量参数、水量分配参数和沙量分配参数的增大而增大。

黄河巴彦高勒—头道拐河段冲淤变化与分布

根据巴彦高勒—头道拐河段实测大断面资料,采用锥体方法计算了不同河段、不同时段的滩槽冲淤分布。结果表明:11962—2012年该河段共淤积泥沙8.635亿t,其中主河槽淤积2.256亿t、滩地淤积6.379亿t,该时段巴彦高勒—三湖河口河段淤积泥沙1.692亿t,三湖河口—头道拐河段淤积泥沙6.943亿t,淤积主要发生在十大孔兑入汇的河段。21982—2000年巴彦高勒—头道拐河段淤积最为严重,共淤积泥沙7.657亿t,其中主河槽淤积5.805亿t、滩地淤积1.852亿t,该时段巴彦高勒—三湖河口河段淤积泥沙2.403亿t,其中主河槽淤积2.001亿t、滩地淤积0.402亿t;三湖河口—头道拐河段淤积泥沙5.254亿t,其中主河槽淤积3.804亿t、滩地共淤积1.450亿t;1982—2000年大部分淤积发生在主河槽内,导致整个河段主河槽淤积萎缩严重,排洪排凌能力降低,防汛压力增大。

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。

黄河下游典型河段滩槽分界二维洪水数值模拟

采用平面二维水沙数学模型,在黄河下游河道现存生产堤条件下,针对典型洪水进行洪水模拟计算研究。通过对黄河下游典型河段的洪水数值模拟,分析研究该区域洪水演进、漫滩及河势变化状况、滩槽流速分布及单宽流量分布,给出滩槽分流比及滩区不同程度的淹没范围。这一研究对于明确滩槽范围、为滩区受洪水灾害补偿提供明确范围、为滩区发展创造良好环境及维持黄河健康生命具有非常重要的意义。

黄河下游漫滩洪水的淤滩刷槽作用

淤滩刷槽是指多沙河流发生漫滩洪水时出现的滩地淤积、主槽冲刷(或少淤)的现象,为多沙河流的主要特征之一。以黄河下游河道为对象,利用实测洪水资料,对漫滩洪水的滩槽水沙交换、主槽断面形态改善及其对滩槽冲淤的影响进行了研究。滩槽水沙交换及其引起的主槽断面形态改善是造成漫滩洪水淤滩刷槽的主要原因。淤滩刷槽可减少河道的总淤积量,并可改善河道的横断面形态。当漫滩洪水来沙系数小于0.012 kg·s/m^6及洪水漫滩系数大于1.5时,淤滩刷槽作用明显。为减少主槽及河道的淤积,其可作为漫滩洪水调度的调控指标。

天然河道一维非恒定流数学模型

天然河道水流计算中,洪水漫滩时横向流速分布极不均匀,直接用一维非恒定流方程进行模拟会产生较大误差,以前的处理方法其假定与实际差距较大,作者对此作了一些探索性研究,将横断面划分成若干个子断面,动量方程中的动量项取为各子断面动量之和,从而消除了横向流速分布不均匀的影响,并对渭河下游一次洪水过程进行了计算。

论“稳定主槽、调水调沙”的治河方略

随着人们对黄河泥沙输移规律认识的不断深入,治黄方略或主张也在不断地更新。微弯整治基于多年游荡河道的防洪抢险经验,其能达到减小游荡范围的治理目标,但主槽没有稳定;双岸整治方案是基于窄深河槽洪水期具有很强的输沙潜力与泄洪能力。小浪底水库投入运用后,必须形成稳定的主槽才能保证防洪的安全,提高河道的输沙能力,从而达到更好的减淤目的;洪水漫滩机会减小了,才能使黄河滩区人民与自然和谐相处。因此,主张束水输沙,认为“稳定主槽、调水调沙”的治河方略符合当今黄河的实际。

略论黄河的宽河定槽防洪治河策略

本文根据实测资料说明了宽河段的滞洪效果和稳定的河道主槽对控制河势的重要作用 .由于黄河下游洪水峰高量小 ,宽河段的槽蓄能力有利于滞洪 ,而且由于宽河段的滩区落淤沉沙作用 ,也有利于减缓河床的抬升速度 .据此 ,作者提出“宽河定槽”的治河防洪原则 .它是传统的“宽河固堤”治河策略的一个发展 。

基于系统论的黄河下游河道滩槽协同治理研究进展

黄河下游河道治理是一项复杂的系统工程,不但受系统外社会、环境和上下游边界条件的约束,还受系统内滩与槽关系的强力制约。多年来,科技工作者从不同层面不同角度开展了大量的研究工作,使得黄河下游河道治理的理论与技术有了显著的提高。系统介绍了近年来黄河下游河道滩与槽协同治理的理论和技术研究进展,并进一步指出在未来河道边界条件、区域社会经济发展和生态环境良性维持的现实需求发生显著变化条件下,探求黄河下游河道河流系统滩槽协同治理的策略与方法,可有效解决滩区发展和治河矛盾日益突出的难题,实现区域社会经济发展与黄河防洪安全大局的和谐。

黄河下游宽滩过渡型河段水沙变化及地形调整

高村至陶城铺河段是黄河下游典型的宽滩过渡型河段,“二级悬河”发育严重。本文基于断面法和2000—2016年的水沙与实测大断面数据等资料,统计分析了小浪底水库运行后高村至陶城铺河段主槽和滩地的地形调整过程。结果表明:小浪底水库运行后,2000—2016年主槽持续冲刷,河相系数减小,断面形态更加窄深,平滩面积增幅普遍在200%以上,但是近年来调整强度明显减弱,高-孙段调整模式既有横向小幅展宽也有垂向冲深,孙-陶段调整模式以垂向冲深为主;主槽-滩区系统逐渐从沉积模式转为侵蚀模式,主槽侵蚀速率约0.07 m/a,滩区侵蚀速率在0.002~0.008 m/a之间,2000—2016年高村至陶城铺河段共累计侵蚀2.251亿m^(3)。时间上看,滩面横比降有所增大;空间上看,滩面横比降集中分布在0.5‰~2‰之间。