流凌封河预报指标法及其在黄河内蒙古河段的应用

把流凌封河累积负气温作为黄河内蒙古河段封河预报关键指标,明确累积负气温与封河流量、降温强度、河槽形态等的关系,确定现有河槽形态以及海勃湾水库运用影响下不同流量和降温强度封河所需的累积负气温,并建立了流凌封河累积负气温预估公式。指标法可以在很大程度上提高黄河内蒙古河段封河预报的预见期与精度。

黄河内蒙古河段凌汛期首封影响参数辨识和预报模型研究

黄河上游河道首封时间和地点准确预报是制定科学防凌预案的关键。本研究在总结黄河内蒙古河段首次封冻地点基础上,总结了首封河段同河道弯曲、束窄、桥梁及河心滩等河道特征的关系,定量总结了易发生首封河道的地形特征为:河段处弯曲系数大于1.5、束窄系数在0.25~0.60范围内,为首封地点分析预测提供依据。在总结首封日期影响因子特征基础上,分别基于随机森林和BP-DEMATEL模型构建首封日期分析模型,得到影响首封日期的主要因子权重,并应用到首封日期预报中。通过因子选择和模型比较两方面对比,随机森林模型选取出的关键因子得到的预报结果与实测值吻合率100%,其在首封分析中的应用效果最优。

黄河宁蒙河段凌情灾害成因分析及防御措施研究

随着经济社会的高速发展,对黄河的防凌安全提出了更高的要求,研究凌情灾害成因及防御措施变化显得尤为重要。通过分析,影响宁蒙河段凌情变化的因素主要包括热力条件、水动力条件和河道边界条件。通过梳理1989年以来宁蒙河段典型凌灾情况,发现造成冰凌灾害的严重凌情多受剧烈天气过程、河道流量变化、复杂河道条件等因素影响。为避免宁蒙河段凌汛灾害,针对热力因素,应及早开展凌汛期气温凌情预报工作;针对水动力因素,应优化凌汛期水库群和分凌工程联合调度;针对河道边界条件,应提前拆除临时阻水建筑物,保证河道畅通,协调空军部队在险情发生时及时轰炸破冰,并加快黑山峡水利枢纽建设,恢复和长期维持较大的中水河槽过流能力,为宁蒙河段防凌防洪提供基本条件。

基于MWP检验的黄河内蒙古河段水沙过程时变点分析

运用统计学方法确定水沙过程发生变异的原因及标志性节点,是理解河势演变制约机制与发展趋势的一种重要研究手段。近年提出的MWP非参数检验法对时序数据总体分布的假定要求较宽,具有避免严重分析误差、适用性强的特点。采用这一方法对黄河内蒙古河段3个水文站1973-2004年实测径流泥沙资料进行时间序列分析,获得了以含沙量、流量为指标的多级水沙时变点信息。研究表明,河流特殊水文事件会引起水沙时间序列时变点的响应,Ut曲线的波峰与波谷(KT)体现了时间序列中对水沙过程影响最大的节点即非参数检验统计突变点。一级时变点是长时段水沙过程出现趋势性变化的标志性节点,上游龙羊峡水库运用就在一级时变点中得到映射。二级时变点多为短期偶发事件引起水沙过程局部调整的标志性节点。借助MWP检验法确定河流水沙时间序列的多级时变点,可确定影响河流水沙过程长期变化趋势与局部时段调整的关键因子,追溯水文情势变化诱因,有助于认识近年黄河水沙变异的态势。

创建黄河中游水土保持高质量监管示范区的机制与模式

黄河中游地区是国家重要生态功能区、能源基地,防治水土流失、保护生态任务艰巨,迫切需要科学、精准、高效监管。针对黄河流域生产建设项目水土保持监管工作面广量大、监管能力不足、传统监管方式时效性不强等问题,提出了在晋陕蒙接壤地区创建水土保持高质量监管示范区的工作机制、模式等:一是创新工作目标,率先做到无违规项目;二是创新合作共建工作体制,构建目标一致、行动自觉、协同发力的工作机制;三是创新内生动力,以自律守约为核心,整体提升水土保持信用水平;四是创新认知提升路径,各级领导、建设单位、青少年、社会公众整体提升水土保持生态文明认知水平与能力,做到知行合一;五是创新高质量评价内涵,全面提升科技支撑水平;六是数字赋能,科学分类管理,创新智慧监管平台,使生产建设项目水土保持监管工作实现智慧技术指导、智慧跟踪、智慧预警。

冻融作用对岸坡土体宏微观特性及岸坡稳定性影响研究

冻融作用是季冻区岸坡失稳破坏的主要原因。以黄河内蒙古什四份子弯道岸坡土体为对象,通过三轴剪切和扫描电镜试验,研究了冻融作用下岸坡土体的宏观和微观特性,并基于强度折减法,对冻融前后岸坡稳定性进行了分析。结果表明:随冻融循环次数增加,土体弹性模量、黏聚力和抗剪强度均呈减小趋势,其中弹性模量大小与含水率成反比,黏聚力在15次冻融后降幅达43.6%~60.04%,内摩擦角无明显变化规律;冻融后土体颗粒真圆度和孔隙概率熵随冻融次数增加先下降后上升,颗粒分形维度变化趋势与之相反,土体定向性和孔隙率呈增大趋势;黏聚力与土体孔隙率和颗粒真圆度相关,特别是与孔隙率呈高度负相关性,且土体微观参数间有明显的自相关性;冻融后岸坡稳定安全系数降幅达41.8%,说明冻融作用会显著降低岸坡稳定性,冻融后岸坡易发生失稳破坏。

黄河内蒙古段造床流量变化及其影响因素

造床流量是反映河床冲淤的表征指标,也是河道整治的主要参数。基于1960—2019年实测数据,运用改进马卡维耶夫法、平滩水位法、地貌功法,计算并分析了石嘴山、巴彦高勒、三湖河口、头道拐水文站造床流量。结果表明:时间上,1960—1989年、2010—2019年造床流量为2100~3540 m^(3)/s,中水河槽冲刷,1990—2009年造床流量为740~1300 m^(3)/s,河槽淤积萎缩严重;空间上,造床流量呈现上站大于下站的特点;造床流量受来水量影响较大,在汛期水量低于105亿m 3的情况下,可以通过刘家峡、龙羊峡、海勃湾水库三库联调适当增大汛期来水量,强化黄河内蒙古段造床作用。研究结果显示改进马卡维耶夫法物理意义明确,计算结果相对合理,可为冲积性河流造床流量确定及黄河内蒙古段河道治理提供参考。

黄河宁蒙河段2011-2020年凌情演变规律分析

凌汛是黄河冬春季最突出、最主要的汛情,其中宁蒙河段是黄河防凌的重点河段。2011-2020年黄河宁蒙河段凌情出现了一系列新规律、新特点,主要呈现流凌封河日期推迟、开河日期提前、封冻历时和封河长度缩短、最大冰厚变薄、槽蓄水增量减小、开河历时变长、开河凌峰及最大10 d水量减小等特征。从热力因素、水流动力因素、河道边界条件和水库调度影响等方面分析2011-2020年凌情演变的主要驱动因素,结果表明:气温整体偏高且上下游温差增大是宁蒙河段流凌封河日期推迟、开河日期提前、封冻历时和封河长度缩短、最大冰厚变薄的主要原因;凌汛期来水偏多,月际分配发生明显变化,在一定程度上造成了流凌封河日期推迟、开河历时变长、开河凌峰及最大10 d水量减小;河道条件明显改善,有利于冰下过流能力的恢复,造成槽蓄水增量近年来呈减小趋势;海勃湾水库的投入运用在一定程度上改变了坝址以下河段的冰凌演变规律,同时科学合理的水库调度也为平稳封开河创造了有利条件。

黄河宁蒙河段凌情特性研究

统计分析了黄河宁蒙河段1950-2004年流凌、封河、开河日期特征值,并对河道最大槽蓄水增量作了初步分析。研究表明宁蒙河段开河时一般从上游向下游解冻,河槽蓄水量沿程不断释放并加入,使开河时凌峰流量沿程增大;凌情的发生、发展及消失演变的过程,主要取决于河道形态(地理位置、走向及边界特征)、水文条件和气象条件以及人类活动等因素;水库的运用对凌情的演变有重要影响。

2012年洪水对黄河内蒙古段冲淤影响

2012年洪水是内蒙古河段1989年以来历时最长、洪峰流量最大的洪水过程。为了解粗泥沙对黄河内蒙古段河床冲淤变化的影响,依据宽河谷河段巴彦高勒、三湖河口和头道拐水文站实测资料,分析了内蒙古河道2012年洪水水沙特征,通过计算推移质输沙量和比较断面河底变化,探讨了粗泥沙对河底调整的影响。结果表明:2012年洪水造成粗泥沙在上游段冲刷、下游段淤积;固定低水位下过流断面存在涨冲落淤的规律;洪水过后,巴彦高勒和三湖河口低水位面积分别扩大了19 m^2和29 m^2,头道拐减小约100 m^2。由于粗泥沙排沙不平衡,底部河床的真正高程并没有降低,防洪风险依然存在。

黄河上游宁蒙河段河道横断面形态对水沙变化的响应

采用黄河上游宁蒙河段各水文站1965-2004年实测资料,分析了宁蒙河段河道横断面形态变化过程及其与来水来沙的响应关系。结果表明,宁蒙河段各典型断面具有平滩面积逐年减小和平滩宽深比逐年增加的趋势,且平滩面积均随年水量的增加呈增加趋势,但各断面各时段增加的程度不同,1986年以前增加的幅度较小,1986年以后,宁夏河段增加幅度较小,而内蒙河段增加幅度较大;宁蒙河段断面宽深比随年均来沙系数的增加呈增大趋势,其中宁夏河段增大的趋势不明显,而内蒙河段1986年以前随年来沙系数的增加而增大较小,1986年以后随年来沙系数增加而增大的趋势较为明显。由此说明,宁夏河段断面形态变化相对较小,趋于稳定,而内蒙河段断面形态随年来沙系数的增加而变得越来越宽浅,断面有向宽浅发展的趋势。通过宁蒙河段排沙比与来水来沙的响应关系分析,得出了宁蒙河段河道断面形态趋于稳定即河槽不冲不淤时临界水沙边界条件。

黄河内蒙古河段来沙组成对河道淤积影响研究

泥沙输移不仅受水流和边界条件的影响,泥沙粒径的粗细会直接影响泥沙的输移过程,引发河床的冲淤调整。黄河内蒙古河段的淤积不仅受水沙量的影响,支流和干流来沙组成的影响也不可忽视。本文以水文站的实测资料为基础,结合孔兑取样结果,以三盛公-头道拐冲积性河段为对象,分析了1960-2005年悬沙组成的变化特点、分组泥沙的冲淤特性及支流不同来沙情况下干流、孔兑来沙组成对河道淤积的影响。研究表明,孔兑来沙量少时,沿程悬沙组成略有细化相应的河床冲淤调整取决于干流来水来沙条件;孔兑来沙量大时,对于冲刷时段沿程悬沙组成略有粗化,对于淤积时段悬沙组成沿程明显细化,但头道拐的悬沙组成并没有因为支流来沙量大而发生明显的变化,表明孔兑粗泥沙基本都淤积在河道中,对干流淤积产生较大影响。研究提出的内蒙古河段淤积泥沙来源的相关成果,可为区域防洪减淤措施的研究提供参考依据。

黄河内蒙古河段2012年洪水前后河势演变

为了分析黄河内蒙古河段2012年大洪水前后河势的演变特征,采用洪水前、洪水期、洪水后的卫星遥感影像资料统计了洪水前后的主流摆幅和裁弯比,并结合巴彦高勒、三湖河口和头道拐的实测水流泥沙资料以及大断面资料分析了河道冲淤特征和典型断面变化特征。分析结果表明:河道主流摆幅具有逐渐增大趋势,至过渡段之后减小;与近期平均摆幅相比,游荡段和弯曲段明显减小,过渡段有所增加;游荡段最大摆幅为1240m,洪水过后仍有多处心滩发育,游荡特性未改变;过渡段和弯曲段河道发生5处裁弯,平均裁弯比为37%;大洪水作用下内蒙古河道具有上冲下淤的特点,接近冲淤平衡,河道断面主槽普遍冲刷下降。

黄河内蒙古河段河道演变及水力几何形态研究

黄河内蒙古河段的凌汛年年发生,多次引起河道决口导致洪水灾害。为了提供有效的防洪措施,选取不同河型段中的代表性河道断面,来研究其河道演变特征及其主要影响因素,并从水力几何形态关系上剖析其内在驱动因子。结果表明,河岸组成物质的极大不同决定了各个断面的演变特性及其所在河段的河型差别。以基岩河岸为主的磴口河段的河道最为稳定;以泥质河岸为特征的头道拐断面所在的顺直河段次之;以泥质砂质二元河岸结构为主的三湖河口断面所在的弯曲河流段很不稳定;而以砂质河岸为主的巴彦高勒断面所在的辫状河段最不稳定。河道的演变势必引起其水力几何形态关系的调整,在黄河内蒙古河段,随着流量的变化其水力几何形态的调整主要是通过影响水深和流速来实现的。巴彦高勒断面是上述调整中表现最明显的断面,因此,它所在的河段也是容易决口的河段。三湖河口所在河段的一系列凹岸的强烈冲刷引起河道大幅度摆动,从而也是河道决口的潜在河段。黄河内蒙古河段的河流治理的侧重点应该针对巴彦高勒断面所在的辫状河段和三湖河口断面所在的弯曲河段。对辫状河段要加强整个河段的河岸防护,对弯曲河段以工程防护手段侧重遏制其凹岸的坍塌后退。

黄河宁蒙河段冰凌变化新特点分析

基于冰凌观测资料,分析了黄河宁蒙河段2000年以来冰凌的变化特点。结果表明:河段流凌及封、开河特征发生明显改变;河道冰下过流能力明显下降,槽蓄水增量逐年增大;封、开河水位升高,河道堤防压力增大,凌情形势趋于复杂。建议在加强冰凌原型观测的基础上,开发具有物理机制的冰凌预报模型。

黄河内蒙古河段主槽萎缩原因和对策

通过对黄河内蒙古河段1960—2006年典型断面输沙量资料的分析表明,巴彦高勒—头道拐河段淤积主要源自其支流十大孔兑洪水的影响。1969—1986年汛期来水虽较前期减少约20%,但由于来沙减少达54%,故河床淤积量不大;1987年以后,由于龙羊峡和刘家峡水库的调蓄运用,造成该河段汛期水量和洪峰流量减小,使得区间来沙对内蒙古河段淤积的影响更加显著。进一步分析表明,要改变内蒙古河段主槽萎缩趋势,一方面要保障其洪水量级尽可能达到1500~2000m3/s以上,另一方面要加强该区间重点产沙区的水土流失治理。

黄河(内蒙古段)水沙运动过程特征及演变趋势

近年来受上游水库、河道控导工程和气候变化等因素影响,黄河(内蒙古段)呈现水沙异源、水少沙多的特性,导致河道萎缩和泥沙淤积严重,河道形态演变剧烈,严重威胁夏汛及凌汛行洪安全,也对河道及两岸的生态环境造成严重影响。选取黄河(内蒙古段)干流入境石嘴山水文站和出境头道拐水文站水沙过程为研究对象,分别采用频谱分析法、R/S极差分析法和Markov链分析法系统研究2009-2016年两站逐月水沙运动变化的时序、运动状态和演变特征,讨论影响水沙运动变化过程的关键因素。结果表明:石嘴山站和头道拐站输沙量的变化周期均为1年,而径流的变化周期分别为1年和6个月;石嘴山和头道拐站径流Hurst指数值分别为0.576和0.515,输沙量Hurst指数分别为0.519和0.249;黄河(内蒙古段)丰水低沙和枯水高沙概率之和约为50%;水沙运动演化过程中,丰水高沙与枯水低沙极限概率之和大于0.8。受期间特殊的来水来沙过程、水文气候特征及人类活动的影响,黄河(内蒙古段)水沙运动时序特征呈现非同步性和不协调性,未来水沙运动过程趋势逐渐向协调演变。

黄河内蒙古段孔兑水沙特点分析

根据毛不拉孔兑、西柳沟和罕台川实测水沙资料,对黄河内蒙古段孔兑水沙特点进行了分析。结果表明:孔兑具有水少沙多、年际变化大、年内分配极为不均的特点,不同孔兑之间水沙量和水沙组合差异较大;孔兑流量和含沙量变幅极大,同一流量下含沙量差异可达上百倍;流量超过一定值后,含沙量存在极限值,不再随流量的增大而增大;孔兑洪水陡涨陡落、持续时间短,洪峰流量大、含沙量高、输沙量大,洪水过程中流量和含沙量变化同步。

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。

黄河内蒙古段凌汛期槽蓄水增量影响因素分析

采用1952—2013年资料分析了黄河内蒙古河段凌汛期槽蓄水增量时空变化特点及主要影响因素,在此基础上建立了槽蓄水增量预估公式。黄河内蒙古河段槽蓄水增量呈逐年增加趋势,1990年起明显增加,加重了内蒙古河段防凌负担。分析表明,河道过流能力减小是造成槽蓄水增量增加的最主要因素,同时凌汛期上游来水量增加、凌汛期气温变化剧烈也是造成槽蓄水增量增加的重要因素。