1988-2018年黄河内蒙古段河道边界演变特征及影响因素

[目的]获取河道边界演变特征,为黄河内蒙古段的堤岸防护建设提供重要的理论依据。[方法]基于1988—2018年期间7期Landsat卫星影像,利用修正的归一化水指数(MNDWI),对黄河内蒙古段7期的河道边界信息进行提取,并计算不同时期河道摆动面积、最大摆动面积、摆动方向等指标,分析近30 a河道的时空变化特征。[结果]黄河内蒙古段在上游巴彦高勒—三湖河口和三湖河口—包头弯道区域曲率较大的河段摆动较严重,整体呈现向右岸迁移的趋势。河道摆动的时空差异受河床物质组成、水动力条件、水利工程、水土保持工程等人类活动因素的综合影响。[结论]黄河内蒙古段的堤岸防护建设重点应集中在巴彦高勒—三湖河口全段以及三湖河口—包头弯道曲率较大的河段。

黄河河势演变

河势演变主要是指河道水流平面形式的变化。黄河是世界上河势演变最复杂的河流。为给河道整治提供依据,笔者对黄河游荡性河段、弯曲性河段以及由游荡向弯曲转变的过渡性河段半个世纪的河势演变进行总结、研究,提出黄河河势演变的特性及河势演变的基本类型。

黄河下游河势演变中的畸形河湾

河势演变中常会出现畸形河湾、横河等畸形河势。畸形河势会危及防洪安全甚至造成决口。通过搜集、分析、整理黄河下游已有的河势演变资料,以文字、河势图相结合的形式,较全面地描述了黄河下游游荡型河段及过渡型河段在进行河道整治之前及河道整治过程中曾经出现过的畸形河湾,以实例说明畸形河湾对防洪安全及以下河段河势演变的不利影响,为确定河道整治工程布置方案提供参考资料。

基于分形理论的黄河内蒙古段河势演变特征及其与凌汛灾害关联研究

寒区河道凌汛灾害河势“弯道效应”的量化评估十分重要。基于分形理论提出河道横断面-纵剖面-平面多维度河势分形维数计算方法及其物理机制,并探讨黄河内蒙古段不同维度河势演变分形特征及其与凌汛灾害的关联关系。结果表明,黄河内蒙古段不同维度河势均具有多尺度自相似分形特征,且具有多年记忆周期的长程相关性;冰坝(严重性冰塞)发生频次与河道主槽弯曲分形维数呈正相关指数型函数关系,与河相系数、深泓点高程和河段平均底坡分形维数负相关,与水深-面积分形维数正相关,总体表明冰坝灾害更易发生于主槽偏移摆动大、蜿蜒曲折、河湾发育程度高的宽浅型弯曲河道,研究成果可为凌汛期冰塞冰坝灾害易发河段诊断及预测提供重要理论依据。

数值模拟方法在河流冰塞水位模拟中的应用——以黄河三湖河口弯道段为例

运用开源的河冰数值模型RIVICE模拟黄河三湖河口弯道段2008—2010年开河期的冰塞水位,并进行模型参数的敏感性分析。研究所使用的流量、水位、冰厚等数据均来自水文年鉴。结果表明,用RIVICE模型模拟开河期冰塞水位具有很高的可行性。冰塞回水水位对上游边界流量十分敏感,说明了水利工程调控的重要性,研究通过数值模型对冰塞水位进行模拟及演变预测,为水利工程调控和凌汛防治提供一定的参考。

黄河下游游荡段不同畸形河湾的演变特点

1980s中期以来,黄河下游游荡段经常出现畸形河湾,分析其演变过程及特点对游荡段治理具有重要意义.本研究采用黄河下游游荡段的遥感影像和实测断面地形资料,描述了不同畸形河湾的演变过程并分析其河湾形态参数和断面形态的变化.研究表明,黄河下游游荡段的畸形河湾具有演变周期短、扭曲程度较大和易发生自然裁弯等特点.游荡段不同位置畸形河湾的演变特点不同:游荡段上段的畸形河湾演变缓慢,裁弯历时长;中段的畸形河湾演变速率较高,河湾扭曲程度大;下段的畸形河湾演变速率高,容易发生自然裁弯.河湾形态参数可反映畸形河湾的演变过程,其变化特点与畸形河湾的形成和裁弯过程相对应.在畸形河湾形成过程中,曲率半径和河湾间距减小,弯曲度、水流夹角和河湾振幅增大.游荡段3个畸形河湾弯曲度的最大值分别为1.20、2.10和1.61,反映了不同畸形河湾的扭曲程度.“Ω”形畸形河湾裁弯后的曲率半径、水流夹角、河湾振幅和河湾间距约为其演变过程中最值的605%、59%、27%和133%.“M”形畸形河湾裁弯后水流夹角、河湾振幅和河湾间距约为其最值的37%、83%和152%.在畸形河湾形成时期,伊洛河口断面位于畸形河湾凹岸侧的滩地以94 m/a的速率崩塌.裁弯后,河槽冲刷,两岸滩地崩退,河槽展宽速率为148 m/a.河床底部的冲刷从深泓点逐渐向两边发展.

黄河宁夏四排口河段河床冲淤变形的计算

黄河宁夏平罗四排口"Ω"型河道"裁弯取直"工程的实施,引发了该段河道河床边界条件的剧烈改变。为了掌握工程运行后该段人工开挖引河中水流运动、泥沙运移以及河床迁移演变的发育、演化规律,项目组多次赴平罗黄河四排口进行现场考察与实地取样、测量。根据所研究河段初始地形、流场分布情况以及初步预测的河床变形规律布设了一系列淤积测验断面,随后多次对其展开现场实测,得到了该段河道的河床演变规律、悬移质泥沙粒径和含沙量的分布情况与岸边丁坝影响下河道主流的演进变化规律。依据实测结果计算、分析了工程运行初期河床的平均冲淤变化程度(1.6077m)和河段整体冲刷量(356.4908万m^3),根据分析结果提出了进一步加固丁坝群后左岸岸坡的建议。

三湖河口～头道拐段槽蓄水增量影响因素分析

通过2006～2012年6个凌汛年度的实际的气温、槽蓄水增量等因素统计分析,表明近几年黄河内蒙古河段大部分槽蓄水增量主要集中在三湖河口～头道拐段,凌汛期上游来水径流量增大是槽蓄水量增大的主要原因。槽蓄水增量增大与河道淤积及不断修建河道内建筑物导致河道过流能力减小也有一定关系;气温的剧烈变化是槽蓄水增量增大一个重要因素。槽蓄水增量增大主要受上游来水、气温变化、河道边界条件及河道内建筑物等综合因素影响。

黄河内蒙古段弯道河冰过程与卡冰机理研究

黄河内蒙古段弯道因其特殊的热力、动力和河道形态等因素的综合影响,在流凌期极易形成卡冰结坝的现象,造成冰凌灾害。在黄河内蒙古段2013年度冬季流凌至封河期间冰情观测的基础上,对三湖河口弯道处冰凌动力特性进行了数值模拟,揭示了弯道处在河道形态影响下的冰凌动力条件和封河特征,模拟了三湖河口弯道岸冰形成区域、形成过程和可能形成冰塞冰坝的位置。结果显示,受弯曲河道地形的影响,流凌在弯道内摆动轨迹复杂,流凌期首先在凸岸处会有大片岸冰生成,随之,在凸岸顶端下游束窄的断面处封河,此断面也成为可能最易形成冰坝的河道位置。