床沙级配调整对黄河下游洪水演进的影响

小浪底水库运行以来,进入黄河下游的水沙条件出现了较大变化,受水库清水下泄影响,黄河下游床沙粒径出现了明显的粗化。为了探讨床沙级配粗化对黄河下游洪水演进的影响,本文首先建立了适用于黄河下游的一维水沙耦合数学模型,然后采用花园口至孙口河段2020年4—10月的实测洪水过程对模型进行了验证;其次根据河段床沙粗化特点,并以花园口床沙粗化过程为代表,设计了4组床沙级配作为模拟计算的初始床沙条件;最后采用验证后的模型进行了模拟计算,分析了床沙级配调整对洪水演进的影响。结果表明:床沙级配调整对黄河下游的流量、水位、含沙量、洪水演进时间以及河段冲淤量均有影响,但是对流量影响较小,而水位、含沙量、洪水演进时间与河段冲淤量对床沙级配的改变响应较为敏感。床沙中值粒径d_(50)由0.076 mm(级配1)增至0.242mm(级配4)时,夹河滩断面水位增高0.89 m,花园口至孙口河段冲淤量由冲刷0.679亿m^(3)转变为淤积0.059亿m^(3),冲刷量减幅为109%。研究结果可为新水沙情势下黄河下游河道治理提供借鉴与参考。

冲积河流平滩流量的确定方法研究

为了使小浪底水库尽可能泄放大流量冲刷黄河下游河道主槽,进一步改善悬河的形势,同时又不至于引起漫滩,造成滩区损失,很有必要尽可能准确地确定黄河下游河道的平滩流量。分析曼宁公式等方法无法用于计算冲积河流平滩流量的原因,采用充分利用河道沿程水文站、水位站、险工水尺及河道统测大断面测时水位资料推求大断面洪水位和流量涨率的方法,推算每年汛前河道大断面的平滩流量,具有实用、可靠和简单的优点。2020年汛期的实地测量结果显示,平滩流量预估误差为1%~6%,预估的结果和实际情况十分接近。尽可能结合水文站的流量过程,采用水位资料推算大断面的平滩流量,并且尽可能采用较大流量的资料,可以减少误差。

冲积河流“涨冲落淤”现象的研究

通过对黄河干支流不同比降(0.57~6.3)的河段、不同含沙量(21.7kg/m3~923kg/m3)和不同流量(1 560m3/s^22 300m3/s)的洪水期间河槽的冲淤过程的分析,在流速大到河床处于动平整状态时,洪水过程中,主河槽一般表现为涨水期冲刷和落水期淤积,即"涨冲落淤"现象;对造成涨冲落淤的机理作了探讨;在宽浅河段,受河势影响会出现反常;正确认识涨冲落淤现象具有重要理论价值,在防洪和调水调沙治河措施中具有实际意义。

基于洪水涨冲落淤特性分析游荡性河道双岸整治对冲淤的影响

基于黄河下游及主要干支流、美国密苏里河和密西西比河的实测资料,分析了低含沙洪水和高含沙洪水的输沙与冲淤特性。研究表明,河道沿程比降虽然变缓,但河宽变窄,流速沿程增加,是造成冲积河流保持洪水输沙平衡的边界条件。底沙的运动比洪水波传播得慢,是造成洪水在河道中长距离冲刷的根本原因,而与河道的比降陡缓关系不大。河道输沙特性呈现"多来多排",是形成河床沿程冲刷的水流动力条件。通过黄河下游河道双岸整治,河道形成窄深、归顺、稳定的河槽,使洪水造床和输沙作用增强,从而对河道冲刷作用增加。

黄河下游丁坝缩窄河道泥沙冲淤特性试验研究

通过动床模型试验研究了黄河下游裴峪至官庄峪丁坝缩窄河段,在河道不同位置布设丁坝,不同情况下丁坝相对长度(丁坝长度与原河道宽度之比值)对河道泥沙冲淤变化的影响。结果表明:水沙运动要素变化受丁坝布设位置和长度等影响较大,随着丁坝相对长度的增加,汛期主河槽冲刷量和滩地淤积量逐渐增大,主槽范围相应扩大,其高程普遍呈下降趋势,特别是缩窄断面导流堤顶端部位出现明显的局部冲刷坑,束水冲沙、增大输沙能力的效果明显。当丁坝相对长度大于0.50时,主流线偏移、断面流速分布和河床冲淤的变化速率明显增大,不利于河道稳定。

淤滩与刷槽之间没有必然的联系

实测资料与动床摸型试验均表明,在洪水过程中淤滩与刷槽虽然同时发生,但它们之间并没有必然的联系。在多沙河流上洪水漫滩必然会造成滩地淤积,并在滩唇形成自然堤,阻断滩槽水流交换;主槽的冲刷发生在涨水期,在落水期不管含沙量大小,河床均处于淤积状态。漫滩后的清水在滩地上流动缓慢,远远小于主槽水流的运动速度,因此漫滩水往往在落水期才能汇入主槽,且只能起到减少主槽淤积的作用,无法改变由于洪水的非恒定性形成的落水期河床必然淤积的状态。实测资料表明,含沙量100~200 kg/m3的不漫滩洪水在涨水期仍可造成主槽的强烈冲刷。

大洪水条件下黄河下游河道冲淤及滩区安全

在大洪水期行洪滞洪沉沙是黄河下游宽滩区的主要功能之一。近十几年来,随着黄河水沙的变化和小浪底水库的建成运用,对宽滩区运用方式的争论更为激烈,却一直缺乏系统的对比研究。为此,黄科院利用小浪底至陶城铺河道实体模型,采用2013年汛前地形,开展了黄河下游宽滩区是否修建防护堤两种不同运用方式下,大洪水期的洪水演进试验,通过对比分析不同运用方式下的下游河道在冲淤演变、洪水位变化和滩区防洪安全等方面的问题,探讨了大洪水条件下黄河下游河道冲淤及滩区的安全形势,以期为黄河下游河道治理措施的决策提供科学的参考依据。结果表明,宽滩区修建防护堤后,中常高含沙洪水条件下主槽淤积量小于不修防护堤方案,大洪水条件下主槽冲刷量大于不修防护堤方案,说明主槽过流能力和输沙能力均有所增大。但是,修建防护堤后的嫩滩淤积量,两种洪水条件下均呈现出明显大于不修防护堤方案,河道的横断面形态和"二级悬河"形势均有所恶化。同时,由于目前地形条件下夹河滩以上河段主河槽过流能力达到了6 000m3/s,洪水向下游的演进速度和水量明显增加,导致高村以下的洪水位比不修防护堤时显著提升,增大了高村以下河段的防洪压力,滩区的防洪安全受到严重威胁。

洪水涨落影响下水位流量关系单值化新方法

针对受洪水涨落影响的水位流量关系,分析了水位和比降的变化与断面流量变化之间的关系。将洪水水位过程线简化为三角形的前提下,导出了稳定流的流量与受洪水涨落影响时同一水位下的两个流量之间的计算公式,并利用该公式对受洪水涨落影响的水位流量关系进行单值化处理。实例应用表明,新方法简洁、高效、精度高。

黄河下游宽河段漫滩洪水作用初析

通过实测资料分析,阐明黄河下游宽河道在持续萎缩的情况下漫滩洪水仍具有较强的淤滩刷槽的行洪特点,指出漫滩洪水造成的滩地淤积主要来自于滩槽水流泥沙的横向交换。通过2002年的调水调沙试验,验证了漫滩洪水可有效增加平滩流量的认识,建议在下游泥沙还没有得到有效控制的情况下允许洪水在一定范围内漫滩,这样从长远来看对防洪是有利的。

水环境变迁与徐州城市兴衰研究

水对城市发展至关重要,严重水灾可能会酿成"城毁人亡"的悲局。历史上徐州饱受水灾之苦,特别是黄河决口南徙打乱了原本水系,使得境内水灾频仍,经济和社会发展受阻,在很大程度上导致了城市的衰落。但另一方面,沂、沭、泗以及故黄河所带来的便利灌溉条件则促进了境内古代农业生产;而运河开凿又使徐州处于全国重要的水运枢纽位置,因此带来商贸繁荣、工业发展、人口集聚和城市兴盛。本文在对历史上徐州水系变迁、尤其是水灾频发及其产生原因作出深入分析的基础上,着重探讨了境内水环境变化对徐州城市兴衰主要方面的影响。研究表明:①黄河对徐州水系变迁和城市兴衰影响巨大,直接时间持续近700年;②良好的水环境对历史上徐州境内工农业生产、商品贸易和城市建设起到了极大的推动作用,城市的繁荣兴旺与农田水利的风调雨顺、水上运输的川流不息往往处于同一个时期;③建国后徐州境内水系得到逐步治理与恢复,特别是20世纪80年代中期京杭运河(徐州段)实现全年通航后,其城市发展的水环境得到极大改善,为打造山水生态园林城市提供了良好条件。

三峡变动回水区猪儿碛河段冲淤特性分析

猪儿碛河段位于三峡175 m运行变动回水区的中段,通过概化模型试验,模拟了2009年流量过程下该河段的冲淤特性,经分析认为该河段消落冲刷、汛期淤积、年内基本冲淤平衡。结合影响该河段冲淤的因素分析,探讨了利于变动回水区冲刷的三峡水库最佳消落时间,为同类研究提供了一定的参考。

三峡工程建成后长江中游应该关注的问题

三峡工程在2008年基本建成后,将为长江中游带来重大的防洪效益;但是,水库大量拦沙将使荆江河段泥沙出现严重不平衡泥沙冲刷将会对长江中游带来深刻的影响和一系列问题。此外,三峡水库的有效防洪能力相对较小,尽管近年来城陵矶附近的防洪形势严峻,但是,单靠三峡工程并不能解决城陵矶附近防洪的问题。从最危险的角度,提出了如果荆江发生严重冲刷和三峡承担城陵矶调度任务等将产生的问题,以便供有关的研究和规划参考。

基于BP网络的场次洪水冲淤量计算

本文针对黄河下游1950-1985年298场历史洪水实测资料进行了统计分析,分析出了影响场次洪水冲淤量的主要因素,利用BP神经网络建立了各影响因素与下游河道冲淤量的关系模型,并对模型进行了验证,结果表明:计算值与实测值吻合较好,计算精度较高,可以用来对场次洪水冲淤量进行预报,计算方法较传统方法简便。

三峡工程建成后长江中游防洪等问题的对策

全面解决长江中游防洪问题,稳定长江中游河势,需要更多的措施和途径以及全面的研究。在前文提出三峡工程建成后长江中游在河道冲淤、防洪和生态环境等方面可能出现一些问题的基础上,提出了解决上述问题的一系列初步的对策和建议。结合三峡工程的防洪优势,认真研究、处理好长江中游可能出现的问题,并结合工程和优化调度,长江中游防洪等问题可以得到更好的解决。

水沙调控对黄河下游河道的人工影响

黄河下游发生漫滩洪水时,基于小浪底水库的调控作用,研究通过滩区控制性分滞洪,实现下游河道淤滩刷槽、减缓"二级悬河"发展的目标.选取夹河滩—高村为典型河段设计模型,依据"82·8"漫滩型洪水进行了不同水沙组合及不同分滞洪方案的物理模型试验.试验结果表明:研究河段主槽冲刷,滩地淤积,洪水后河道整体呈现淤积状态,部分泥沙被拦截在河漫滩内;河槽在涨洪及洪峰前后强烈冲刷,落峰期主槽有一定回淤;在中水河槽较宽、二滩面积较大的河段,滩地淤积量较大.

改进的洪水涨落影响水位流量关系整编校正因素法

针对洪水涨落影响下水位流量关系整编常用方法存在的不足,分析了当前不同的洪水涨落影响水位流量关系整编研究方法的优缺点,基于洪水涨落影响下水位流量关系,推导出了同水位条件下用涨水和落水两个不稳定流流量表示稳定流流量的公式、用涨水和落水时两个不稳定流比降表示稳定流比降的公式及用涨水和落水两个不稳定流的附加比降表示稳定流比降的公式,并以推导出的公式为基础,改进了已有的洪水涨落影响下水位流量关系整编的校正因素法,改进后的方法理论性强、原理简单、计算方便,为工程实践提供了一种新途径。

水库洪水期风险调度方法

根据风险调度原理,本文提出了水库洪水期风险调度方法。首先,根据洪水期调度过程,将洪水期划分为三个阶段;其次,针对涨水段和退水段,建立了以获得效益为主的洪水调度方法。该方法适用调节性能较差的水库,且易于操作,适应性强,获得的超额效益显著。

受洪水涨落影响的水位流量关系研究

针对洪水涨落影响的水位流量关系,研究并指出以往研究中存在的瑕疵。重新推导了受洪水涨落影响的同水位稳定流流量与不稳定流流量之差和不稳定流流量之间的微分式,推导了受洪水涨落影响的同水位稳定流流量与不稳定流流量之间的关系式。从新的角度再次证明了同水位的不稳定流流量与稳定流流量之差和不稳定流流量之间具有函数关系,其对洪水涨落影响的水位流量关系资料整编具有一定意义。

河床冲淤演变的洪水绳套曲线规律研究

在不考虑河床冲淤的洪水水位流量关系式的基础上,通过引入冲刷系数及淤积系数,将发生冲淤时的洪水水位流量关系调整为水深流量关系,分别得到了涨水冲刷、落水淤积及涨水淤积时的水深流量关系式。结果表明,涨水冲刷、落水淤积只会削弱曲线的胖瘦,涨水淤积时既会改变绳套曲线的方向,也会影响曲线的胖瘦。河床朝淤积方向发展时,绳套曲线为逆时针方向;河床朝冲刷方向发展时,绳套曲线为顺时针方向。冲刷系数及淤积系数越接近1,绳套曲线越瘦。据此,可由实测的绳套曲线对河床的冲淤演变作出定性的判断。

基于洪水脉冲历时的三峡水库生态调度研究

三峡工程为我国带来了巨大的经济效益,但同时水库也改变了下游天然的水文情势,造成如四大家鱼等鱼类资源急剧下降。为探究水库运行对四大家鱼产卵的影响,根据洪水脉冲理论,提出与洪水脉冲特征相关的若干个水文指标,并根据这些指标对水库下游宜昌站每年5-7月实际径流过程进行统计,经Mann-Whitney U非参数检验后找出产生显著性变化的洪水平均涨、落历时等指标。基于此建立水库多目标生态调度模型,根据历史洪水规律在模型中加入洪水脉冲历时控制方法,计算不同权重分配下的水库最优发电效益及洪水最优涨落历时,模型结果显著增加了洪水涨落历时且对发电效益影响甚微。延长洪水涨落历时为现阶段的水库生态调度提供了一种新的思路,但对四大家鱼产卵的实际促进作用仍需实践检验。