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。

水库调度运行对下游河道生态流量的影响及调控技术研究

水库调度运行对下游河道生态流量的影响,是当前水资源管理和生态环境保护领域的重要课题之一。本文细致探究了水库运作对下游水道生态环境用水量的影响,发现了有力的调控策略,目的是提升水资源的利用效率和推动生态平衡的持续发展。运用实地考察与模拟计算的混合研究手段,探讨了水库管理对下游水体的流量、温度、水质等生态环境要素的影响,并提出了相应的调控措施,如合理的水库蓄水、排水调度,以及生态流量释放等技术手段。研究指出,科学合理的水库管理维护了下游水生生态系统平衡,保障了生态系统的健康稳定。

下游河道对流量变化响应法的研究理论及进展

为探究当前环境流量的研究进展及发展方向,补充环境流量评估方面的研究方法,概述了国内外环境流量研究进展,应用CiteSpace软件结合中国知网与Web of Science数据库分析环境流量研究方法在21世纪以来的历史热点及主题演变情况。从开发背景、模型模块及应用步骤等方面详细介绍了一种用于环境流量评估的整体法——下游河道对流量变化响应法DRIFT(Downstream Response to Imposed Flow Transformation),结合南非奥卡万戈河以及赞比西河工程案例总结了该方法在环境流量评估及生态系统保护研究方面的应用,为环境流量研究提供新的思路与方法。

基于抽水蓄能电站的下游河道水利特性优化分析

蓄能电站的水库建设需进行基于安全和性能的改进,针对水库常用的共用底流消力池的分布不利于泄洪消能,先对水库进行物理模型优化,并将结果用于水库建设的改进;针对出现的消力池水流紊乱和偏离问题,将池底板高程设置为154m。在优化的基础上,对蓄能电站的下游河道水利特性进行防护,满足最高强度洪水进行消能,下游河道最大流速在右岸护坡末,速度为6.38m/s,表明该物理模型与改进设计能够满足蓄能水库下游河道的水利特性需求。

黄河下游河道输沙阈值及水沙调控作用潜力

1研究背景黄河水少沙多,水沙关系不协调,下游河道在长期排洪输沙过程中不断淤积抬高,形成举世闻名的“地上悬河”,严重威胁着黄淮海平原的安全。目前黄河水沙发生了显著变化,经济社会发展对黄河保护治理提出了新的更高要求。变化环境下,河道排洪输沙能力、水沙调控作用潜力、黄河泥沙处置方案等是下游河道与滩区治理重要的研究课题,对促进流域生态保护和高质量发展具有重要意义。

黄河下游河道平滩流量与造床流量的变化过程研究

采用黄河下游各水文站1950-2003年实测资料,系统分析了过去50多年间黄河下游平滩流量和造床流量的变化过程及其与花园口来水量的响应关系,分析表明在过去50多年间黄河下游平滩流量和造床流量总体上呈逐渐减小的趋势,其数值随花园口来水量的丰枯而变化,花园口来水量大,造床流量就大,造床能力就强,塑造的主河槽的平滩流量也大。文中给出了平滩流量与造床流量的响应关系,通过造床流量和平滩流量的比较,指出黄河下游造床流量小于平滩流量,过去50多年间水流塑造河床的能力小于主河槽当时的过流能力,黄河下游主河槽萎缩是河道演变响应来水变化的必然结果。研究结果进一步表明,通过小浪底水库调整进入下游的来水过程,增大河道的造床流量,进而增大河道的过洪能力是治理河道萎缩的重要措施之一。

黄河下游河道准二维泥沙数学模型研究

本文首先简要回顾了以往黄河河道泥沙数学模型研究成果,再以水流运动方程及经过作者修正的泥沙运动方程为基础,同时引入与实测资料相符合的水流挟沙力、动床阻力、泥沙级配等计算公式作为补充方程,构造出黄河下游河道准二维泥沙数学模型。然后,采用1986年11月～1996年10月这10年长系列实测资料,开展了验证计算。其结果表明,该模型不仅能计算黄河下游河道一般洪水引起的河床冲淤变形,还能成功地模拟出大沙年下游处于强烈淤积时的规律。

龙羊峡水库水温结构演变及其对下游河道水温影响

多年调节水库由于年际运行过程的差异引起水库水温结构变化,探明其规律及对下游河道水温响应具有重要意义。以黄河龙羊峡水库为研究对象,利用水库蓄水后的1988～2008年运行过程及水温观测资料,分析了水库运行方式与水温结构变化关系,探讨了水库不同运用过程对下游河道水温的影响。研究结果表明:龙羊峡水库水温结构演变及其对下游河道水温影响程度与水库运用过程密切相关。12～3月,水温结构为弱分层或等温分布,较高水位的蓄热增温效应明显,下游河道水温与水库水位变化具有同相位关系;5～10月,水温结构为分层分布,水位是决定分层形态变化最主要因素,下游河道水温与水库水位变化具有反相位关系,同时,水位与河道水温在不同的出入库水量条件下,呈现不同的线性相关关系。11月和4月,水温结构近乎为等温状态,也是水温结构变化的转折点。研究成果为分析大型水库在不同运行条件下水温结构及下游河道水温提供一定的参考依据。

黄河调水调沙对下游河道的影响分析

2002年7月4日9时至7月15日9时黄河进行了首次调水调沙试验。2003年9月6日9时至9月18日18时30分结合防洪预泄又进行了第二次调水调沙试验。根据这两次黄河调水调沙试验成果,特别是首次调水调沙试验成果,对下游河道冲淤效果、河口拦门沙区泥沙冲淤量及其分布、河势调整、整治工程作用及河道过流能力变化进行了分析。分析结果表明,调水调沙不仅能够减少河道淤积,而且能够有效增大主槽的过流能力,改善下游河道排沙条件。所以,调水调沙是解决黄河泥沙问题的有效措施之一。

黄河下游河道地貌分形分维特征研究

黄河下游河道地貌特征是影响河流水动力地质作用和悬河稳定性的主要因素之一,本文首次采用遥感与GIS相结合的方法对黄河下游河道地貌进行了定量的分形分维研究。研究结果表明:①度量尺度由0.1km增大至100km,河床的分形弯曲度随由1.54减小为1.11,且不同河段的分形弯曲度不同;②河床浅滩数量与大小呈单对数线性相关关系,但是由1986年至2000年表现出规律性变化;③悬河的稳定性随不同河段河床分维值D值的增大而降低。

黄河下游河道最小生态流量研究

河道最小生态流量是指为了防止河道水体断流,即维持河流水体生存所应具有的最小流量(水量)。最小生态需水量计算方法应立足河流形态,将水位～水面宽曲线变形点与维持一定生境(主要包括平均水深、流速等)综合考虑来确定临界流量。本文在建立基于河流形状的河道最小生态流量计算方法体系的基础上,选取花园口、高村、利津3个控制断面对黄河下游河道最小生态流量进行了率定。结果表明,黄河下游花园口、高村、利津3个控制断面的最小生态流量分别为170m3/s,140m3/s,154m3/s,是多年平均天然流量的8.9%,7.4%,7.9%;3个控制断面在最小流量下的水面宽率分别为35.8%,20.6%,40%;平均水深分别为0.47m,0.87m,1.02m;流速分别为0.76m/s,0.40m/s,0.81m/s。由于国际上研究的河流集水面积远比黄河流域小得多,就最小生态流量与天然流量的比率来看,黄河流域下游河道的最小生态流量要较国际上已有的研究成果低一些。

小浪底水库运用初期下游河道冲淤数学模型预测计算

本文采用清华大学与黄河水利科学研究院共同研制的黄河小浪底水库下游河道冲淤数学模型和三门峡水库蓄水运用及滞洪运用初期实测资料 ,开展了系统的验证计算 ,并以此为基础 ,对小浪底水库运用初期下游河道的冲淤变形趋势进行了预测计算 ,其计算结果对小浪底水库初期运用方式的制订具有指导意义。

黄河下游河道水沙运动仿真模型的开发研究

本文介绍的黄河下游宽浅河段汛期水沙运动仿真模型建立在二维不恒定流与不平衡输沙理论的基础上，采用无结构不规则网络，结合了有限差分法和有限体积法的优点，能较充分地反映滩区、生产堤与滩槽冲淤变化对洪水演进的显著影响，并具有实时动态图象显示和人机对话功能．

碧流河水库下游河道的现状防洪能力

针对缺乏实测流量资料的水库下游河道,利用一维河网模型系统MIKE11,采用多种工况组合,模拟计算并分析了碧流河水库下游河道主要断面的现状防洪能力。建模过程考虑水库调度与潮位等因素的影响:使用水库下游河道最新实测断面数据与网上遥感数据,参考设计资料,并结合计算经验综合确定计算模型参数。研究成果可为碧流河水库及其下游河道组成的联合调度系统提供决策支持。

黄河下游河道萎缩过程中输沙能力的调整

依据河床演变学原理,根据定位观测资料分析,结合河工动床模型试验,探讨了黄河下游河道萎缩过程中的输沙能力调整关系。研究表明:黄河下游河道主河槽的输沙能力调整趋势取决于河道的萎缩模式;主河槽水流挟沙力与河槽形态的关系仍然符合一般意义下的河床过程规律;河道萎缩后,河道的排沙比减小,但排沙比与河道萎缩模式无关;河道萎缩是可以逆转的。

黄河下游河道萎缩成因分析

基于原型定位观测资料分析,结合河工动床模型试验和数学模型计算,研究了黄河下游河道的萎缩成因,并提出了河道萎缩的含义,以及表征河道萎缩的因素及其判别因子。研究表明,河道萎缩的根本原因是水沙过程变异与河道边界因素共同作用的结果;主河槽过水断面面积变化量、同流量水位变化量、河底平均高程抬升速率和横断面形态等可作为河道萎缩的表征因子。

河道水温模型及糯扎渡水库下游河道水温预测

分析总结了影响河道水温的多种因素,建立了一种河道水温预测模型,并以待建的云南糯扎渡水电站为例,预测分析了大坝建成后其下游河道水温随时间、空间变化的规律,以及水温变化对下游流域周围环境产生的有利影响及不利影响。预测结果表明,该模型具备模拟河道纵向水温变化的功能;水库的下泄水温是影响其下游河道水温变化规律和水温预测精度的重要参数。

数学模型在黄河下游河道洪水演进预报中的应用

采用非恒定输沙洪水演进数学模型,开展了黄河下游河道1997年汛期洪水演进预测、1998年汛期洪水演进实时作业预报、2002年调水调沙跟踪模拟、“04.8”洪水演进过程中洪峰异常增值现象模拟等计算,为当年汛期防洪调度提供了重要参考数据。计算结果与洪水过后当年实测资料对比认为,该模型能准确模拟出黄河下游河道洪水水沙演进传播过程、沿程水位变化过程及河道冲淤演变过程,并能较好的预测出洪水演进过程中出现的异常现象,计算精度能够满足汛期防洪的要求。

三峡工程蓄水运用后水库泥沙淤积及坝下游河道冲刷分析

根据三峡工程蓄水运用后的实测资料,简述三峡库区泥沙淤积、坝下游河道冲刷,并与论证阶段的研究成果进行对比。分析认为三峡工程蓄水运用8年,水库泥沙淤积及坝下游河道冲刷等出现的情况尚在原预测范围之内,表明原预测的研究成果可行;本次实测与预测对比,在时间上略显短促,仍需今后观测并作进一步对比;今后应加强原型观测及有关研究工作。

水库下游河道水温沿程分布的解析解及与其他方法的比较

在考虑沿流向的温度梯度、假设河流水面热交换通量沿程恒定的基础上,根据河道一维水温控制方程推导出解析解,并与国内常用的一种河道水温计算解析解的简化解法作了较详细的对比。结果表明,基于热交换通量沿程恒定的解析解具有较高的精度,能较好地模拟水库下游河道水温复温过程。以安徽白莲崖水库为例,在预测白莲崖水库水温结构的基础上,利用推导的解析解对白莲崖水库下游河道水温沿程分布进行了预测,并分析了水库下游河道水温对周围环境的影响:白莲崖水库下游河道长期处于低温环境,河水不适于浇灌两岸的农作物,对鱼类生长、繁殖也产生一定的不利影响,需将其他温度适宜的水源输至农田进行灌溉,适合鱼类生长、产卵的场所将向下游推移。