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)。

黄河下游河道输沙水量的计算方法及应用

本文在以往输沙水量研究成果的基础上 ,从输沙机理分析着手 ,根据河道输水输沙实际过程 ,剖析径流量中各部分水量在泥沙输移中的作用 ,引入净水量的概念 ,提出了输沙水量和单位输沙水量的定义及其计算方法 ,根据 195 0～ 2 0 0 0年黄河下游河道实测水沙资料 ,计算了 195 0～ 2 0 0 0年三门峡水库运用不同时期黄河下游河道输沙水量与单位输沙水量的变化过程 ,分析了输沙水量和单位输沙水量与径流量、输沙量、流量、含沙量、冲淤量、来沙系数等因素的关系 。

黄河下游河道冲淤平衡时输沙水量变化规律研究

根据1950～2000年黄河下游河道汛期实测径流量和输沙量资料,计算得到了花园口—高村和艾山—利津河段处于冲淤平衡状态时的输沙量、输沙水量与单位输沙水量,并分析了三者之间的关系。研究表明:河段处于冲淤平衡状态时,输沙水量随着输沙量的增大而增大,单位输沙水量随着输沙量、输沙水量的增大而减小,输沙效率增大;随着河槽形态趋于窄深,一定输沙量所需输沙水量减小,单位输沙水量减小,输沙效率提高。

黄河下游河道输沙水量及计算方法研究

根据黄河下游1950年以来的水沙、河道冲淤及洪水观测资料,系统分析了黄河下游主要控制站输沙水量与来沙量、洪水量级、水沙搭配、区间引水引沙及河道允许淤积度等因子间的相互关系。在探讨泥沙输移规律和机理的基础上,引入水沙搭配参数,建立了适用于黄河下游主要控制站汛期及洪水期计算输沙水量的数学表达式,量化了水沙条件及河道允许淤积度变化对河道输沙水量的影响程度。该研究对维持黄河健康生命及黄河水资源的规划利用具有重要的理论和实际意义。

黄河下游输沙水量研究综述

对输沙水量的计算方法,黄河下游汛期、非汛期输沙水量的研究现状,水库对输沙水量的影响,输沙用水总量的研究现状等方面分别作了回顾。分析指出,输沙水量与来水含沙量、来水流量、河道冲淤、河床前期条件等有关。黄河下游各时期输沙水量不同,汛期最小,其余依次为非汛期、冬三月、凌汛期。水库调水调沙的同时也改变着黄河下游的输沙水量。利用水库群调水调沙,使小浪底水库以造床流量、高含沙水流输沙,是目前推荐的黄河下游节水减淤高效输沙入海的主要方式。提出了一些有待进一步研究的问题。

用泥沙输移公式推求黄河下游河道输沙水量

根据输沙水量的概念和黄河下游河道泥沙输移规律,分析了输沙水量与泥沙输移之间的关系,进而推求了黄河下游河道输沙水量实用公式,计算了下游河道输沙水量,分析了冲淤平衡状态时下游河道单位输沙水量与输沙量的关系。分析表明,推导出的输沙水量实用公式可用于估算下游河道年输沙水量。

黄河下游最经济输沙水量及其估算

从河流输沙水量的概念出发,根据输沙平衡原理推导出在考虑河道冲淤、引水引沙情况下河流最经济输沙水量的计算式。由此式可知,输沙水量与含沙量成反比;并且通过对实测资料的分析,得到输沙水量与流量也成类似的反比关系。最经济输沙水量是输沙效率与河道淤积状况综合最优时的输沙水量,也就是平滩流量时对应的输沙水量。以小浪底水库运用前20年黄河下游河道基本不淤及年引沙量为1 0～2 0亿t为条件,选取月均平滩流量3500m3 s、月均含沙量40～100kg m3,得到黄河下游在维持良好输沙功能前提下的最经济输沙水量为10～25m3 t。

连续枯水状态下黄河下游输沙水量计算与分析

在以往输沙水量研究成果的基础上,从输沙机理分析着手,根据1951—2009年黄河下游河道实测水沙资料,在剖析上游水沙特点和沿程泥沙冲淤关系的基础上,预估了经历小北干流放淤和三门峡、小浪底水库联合调度后,连续枯水状态下的黄河下游输沙水量。结果表明:①按照枯水年考虑,2015年黄河下游输沙水量至少需要127亿m3;②小浪底水库达到冲淤平衡后,上游全部来沙将于2020年进入黄河下游河道,2020年枯水年情况下需要的输沙水量至少为139.8亿m3;③按照持续枯水情况考虑,2030年下游河道需求的输沙水量至少为104亿m3,与2008年相比,至少缺水74亿m3,南水北调西线工程建设势在必行。

黄河下游河道汛期输沙水量及输沙效率分析研究

利用小浪底、花园口等水文站的水沙资料,计算黄河下游河道各水文站不同运用时期的输沙水量及其占对应时期径流量的比例,探究河道的输沙规律及影响因素。分析发现,黄河下游河道汛期冲淤平衡时,各水文站输沙水量与小浪底水文站的水沙指标具有较好相关性,总体上随径流量、流量和来沙量的增加而增加,随含沙量和来沙系数增加而减小并趋于稳定,输沙水量占径流量的比重随含沙量和来沙系数增加而增加并趋于稳定。这表明,黄河下游在汛期输沙水量较为稳定,且输沙水量较小,输沙效率高。通过小浪底水沙过程调配,达到了黄河下游河道水沙资源优化配置的目标。

辽河干流河道演变与维持河道稳定的输沙水量研究

在对辽河干流河道冲淤演变特性观测研究的基础上,对维持河道稳定的输沙水量进行了分析计算。研究成果表明,辽河河道输沙水量与来沙量大小成正比,上中游河段输沙水量为16.15亿m3,下游河段输沙水量为26.22亿m3,辽河干流下游河段多年平均输沙水量小于不淤(高效)输沙水量,说明现有的来水量不足以维持下游河道的冲淤平衡,要保证下游河道不发生持续性淤积,还需要采取其它措施增加输沙水量,以便维持下游河道的相对稳定。

黄河下游输沙水量研究

黄河下游输沙水量与来水来沙条件、河床边界条件密切相关。在非汛期，输沙水量随来水量的减少而增大，输沙水量较大，尤其在冬三月，输沙水量很大，还可能造成凌汛威胁，故应对非汛期特别是冬三月水量充分利用；在汛期，输沙水量较小，且随河段来水含沙量的不同而变，汛期的高效输沙洪峰，其来水洪峰平均流量大于２５００ｍ￣３／ｓ，同时不发生大漫滩，含沙量５０～１２０ｋｇ／ｍ￣３，大部分发生在河床经过冲淤调整的８月份。沿程输沙水量随河床沿程冲淤而变，控制输沙水量的关键是在高村以上河段。在现状条件下，输沙水量很难大幅度减少，但仍然可以采取必要措施节约输沙水量，如加强高村以上游荡性河道整治、提高其输沙能力，水库在综合考虑的前提下进行必要的调水调沙等。

渭河下游河道输沙水量初步分析

针对渭河下游的来水来沙、河道输沙特性,分析了汛期和非汛期输沙水量的特点,并用不同的方法进行了计算,综合确定了汛期、年输沙水量,初步论证了输沙水量的合理性。

黄河下游引水引沙对输沙水量影响分析

以黄河下游艾利河段为研究对象,根据输沙水量定义与计算方法,对出口利津站输沙水量变化过程进行了计算,结果表明:1960—2015年间,受来水来沙量不断减少及引水引沙量不断增大的综合影响,出口利津站输沙水量总体呈现出增大的趋势。通过对艾利河段有无引水引沙情况下利津站输沙水量变化过程进行比较计算,结果表明:艾利河段在无、有引水引沙情况下年均输沙水量分别约为87.39 m3/t、84.65 m3/t。引水引沙造成用于输送单位重量泥沙的水量减少约2.73 m3,使得河道增淤约7.72亿t。

黄河上游不同用水情景下可调输沙水量概念探析与估算分析

近年来，黄河上游水沙关系不断恶化，造成沙漠宽谷河道淤积、萎缩现象日益突出，严重制约和影响了黄河上游防凌安全及水能资源综合开发与有效利用。黄河上游梯级水库的联合调度运行，是缓解河道泥沙淤积、发挥水库水沙调控效益、从而提高危险断面过流能力的有效技术措施之一。此文在初步探析黄河上游可调输沙水量基本概念的基础上，阐明了可调输沙水量与水库可调水量之间的相关关系，进而通过计算黄河上游龙羊峡水库1987～2010年可调水量，探讨了满足综合用水需求和发电用水需求两种情景模式下的黄河上游历年可调输沙水量及水库水沙调控效益。结果表明：满足黄河上游综合用水需求情景下，龙羊峡水库富余水量可完全满足下游河道输沙用水需求；满足发电用水需求情景下，发电用水不能集中下泄，导致水库水沙调控效益不明显。若需实现河道调水调沙任务，则应适当降低电站出力需求。研究成果为进一步缓解黄河上游水沙关系、制定水沙调控方案提供了科学合理的理论指导依据。

黄河下游洪水期输沙用水量与河道泥沙冲淤分析

本文从１９７３～１９９０年，共选取１０６个洪峰时段。分析了洪水期，三门峡出库不同含沙量级中，输沙用水量与黄河下游河道泥沙冲淤调整的关系。所得成果对三门峡水库今后的运用，以及下游河道减淤均有参考价值。

黄河下游河道输沙用水量研究

从上游来水来沙状态、下游河道输沙目标、下游河道水流输沙能力和水利枢纽调控调度 4个层次分析了黄河下游河道输沙用水效率 .根据 1 950～ 1 997年期间的实测资料 ,分别讨论了黄河下游不同河段在自然、受控、复杂和异常状态下的输沙用水量 .在各种状态下根据河道和输沙特性的差异 ,分别按照均衡和平衡输沙目标计算了下游河道输沙用水量 .在设定输沙目标下 ,以年内不同时段水流挟沙能力为依据 ,对比了可能提高输沙用水效率的不同调控方案 ,例如在汛期或 7～ 8月输送全年泥沙的方案等 ,以便减少黄河下游输沙用水量并缓解黄河水资源的紧张趋势 .这些方案有可能通过水利工程枢纽的调控来实现 ,为此文中给出了不同状态下均衡。

渭河下游输沙用水量研究

从多沙河流水资源合理配置和高效利用角度出发,研究确定适宜的输沙用水量是非常重要的。本文在对大量实测资料分析的基础上,研究提出了影响输沙用水量的主要因素,然后根据一维恒定流非饱和输沙方程和渭河下游的来水来沙特点和冲淤规律,建立了渭河下游汛期输沙用水量计算公式。公式的突出特点,一是充分反映了来水来沙和冲淤水平对输沙用水量的影响,二是充分考虑了河道边界条件(以平滩流量表示)的影响。采用该计算公式,得出了不同来沙量和冲淤水平及不同河道边界条件下渭河下游汛期的输沙用水量。研究成果已应用到引江济渭入黄方案研究和黄河流域(片)水资源综合利用规划中。

渭河下游河流输沙需水量计算

基于对河流输沙运动特性的分析,认为最小河流输沙需水量是当河流输沙基本上处于冲淤平衡状态时输送单位重量的泥沙所需要的水的体积,通过河段进口即上游断面水流挟沙力(Su*)与含沙量(Su)比较,分Su≤Su*和Su>Su*两种情况,分别建立了最小河段输沙需水量的计算方法。并应用该方法对渭河下游输沙需水量做了计算。计算的空间尺度为渭河下游的咸阳、临潼、华县三个断面,时间尺度为四个代表年的年内月均需水量,分p=25%(1963年)、p=50%(1990年)、p=75%(1982年)、p=90%(1979年)。计算结果分析表明:渭河各断面汛期月均输沙需水量大于非汛期月均输沙需水量。相较而言,在不同代表年的汛期和非汛期,从咸阳断面至华县断面输沙需水量在增加。在丰水年(p=25%),渭河下游咸阳、临潼、华县等3个断面年输沙需水量分别为63.67亿m3、97.95亿m3和103.25亿m3;在平水年(p=50%),渭河下游咸阳、临潼、华县等3个断面年输沙需水量分别为49.71亿m3、83.27亿m3和85.08亿m3;在枯水年(p=75%),渭河下游咸阳、临潼、华县等3个断面年输沙需水量分别为30.17亿m3、55.14亿m3和65.32亿m3;在特枯水年(p=90%),渭河下游咸阳、临潼、华县等3个断面年输沙需水量分别为23.96亿m3、37.91亿m3和38.92亿m3。由丰水年到枯水年,渭河下游各断面年输沙需水量变小。

渭河下游洪水冲淤特性及输沙用水量研究

介绍了渭河下游洪水期输沙用水量研究的必要性,提出了新的洪水期输沙用水量计算方法,确定了不同水平年的输沙用水量。认为:①渭河下游非漫滩洪水的冲淤临界条件与含沙量有关,当咸阳与张家山含沙量在300 kg/m3以下时冲淤临界流量随含沙量的增加而增大,当含沙量超过300 kg/m3以后冲淤临界流量有所减小;②洪水期输沙用水量与来水来沙、河道淤积水平密切相关,河床边界条件对输沙用水量也产生一定的影响;③利用渭河下游高效输沙洪水淤积比的计算公式得到的渭河下游洪水期输沙用水量是基本可信的。

黄河治理巨大的减沙成就 与未来输沙需水量

回顾了黄河上中游泥沙治理,对水沙变化研究成果进行述评。认为1960年、1999年是黄河治理影响减沙的关键节点,将百年过程分成1919—1960年(自然状态)、1961—1999年(退耕还林前)和2000—2020年(现状)三个阶段。利用统计方法对潼关站相应水沙资料进行计算,发现来沙量大幅度减少是黄河治理作用不断显现的结果,同时认为不同学者对于泥沙量预测结果存在差异的原因,是对水沙方程求解时是否采用对应的定解条件。以此为基础,进一步定量研究了黄河治理至今的减沙成就。运用经验法与河流动力学方法,计算出未来30年内年均沙量若为2.2亿~2.4亿t时,输沙需水量为65.3亿~73.7亿m^(3)。