基于流域系统科学的黄河下游河道系统治理研究

黄河下游河道治理是一项复杂的系统工程。系统回顾和总结了欧美等发达国家河流治理的发展历程与经验启示,深刻诠释了河流系统治理的必然性和必要性。在此基础上,结合黄河水沙变化、区域社会经济发展情势以及重大国家战略,分析了黄河下游河道治理研究的现状与局限性,明确了新时代河道滩槽协同、上-中-下-河口联动、行洪输沙-社会经济-生态环境协调治理的战略需求,进而阐述了流域系统科学及其在黄河下游河道滩槽协同治理中的应用价值。

黄河下游中常洪水调控指标

从塑槽径流条件、水流动床阻力、河道整治、滩区及防洪等方面,论证了未来黄河下游主槽目标过流能力采用4 000m3/s左右的合理性,提出了黄河下游发生明显淤滩刷槽的临界流量。同时,根据不同量级洪水河道的冲淤特点,提出了小浪底水库控制下游流量、含沙量指标。即在目标主槽过流能力条件下,控制漫滩洪水流量不低于6 000m3/s,含沙量不大于250-300kg/m3;小漫滩洪水和非漫滩洪水,尽量按流量2 300-4 000m3/s、含沙量20-50kg/m3的水沙搭配控制,避免出现4 000-6 000m3/s8、00-2 300m3/s两个量级的洪水过程。

黄河下游高含沙洪水河床形态及调控指标

利用水库调控高含沙洪水是维持黄河下游主槽不萎缩的重要途径。基于黄河下游实测高含沙洪水冲淤特性的分析,按流量大小对高含沙洪水进行了分类,提出了黄河下游高含沙洪水的分类调控思路及相应的调控指标。大漫滩高含沙洪水,在满足黄河下游防洪要求的前提下,控制洪峰流量大于1.5倍的平滩流量,来沙系数在0.012~0.04 kg·s/m^6范围内。一般高含沙洪水,控制黄河下游洪水流量接近平滩流量,并尽可能控制来沙系数在临界值附近。高含沙小洪水,控制黄河下游洪水流量在2 500 m^3/s以下,洪水沙量小于2亿t。高含沙洪水经过分类调控后,可较大限度地利用滩地淤沙、主槽输沙能力排沙及花园口以上较大的主槽库容滞沙,维持或提高黄河下游主槽过流能力。

黄河下游漫滩洪水的淤滩刷槽作用

淤滩刷槽是指多沙河流发生漫滩洪水时出现的滩地淤积、主槽冲刷(或少淤)的现象,为多沙河流的主要特征之一。以黄河下游河道为对象,利用实测洪水资料,对漫滩洪水的滩槽水沙交换、主槽断面形态改善及其对滩槽冲淤的影响进行了研究。滩槽水沙交换及其引起的主槽断面形态改善是造成漫滩洪水淤滩刷槽的主要原因。淤滩刷槽可减少河道的总淤积量,并可改善河道的横断面形态。当漫滩洪水来沙系数小于0.012 kg·s/m^6及洪水漫滩系数大于1.5时,淤滩刷槽作用明显。为减少主槽及河道的淤积,其可作为漫滩洪水调度的调控指标。

基于系统论的黄河下游河道滩槽协同治理研究进展

黄河下游河道治理是一项复杂的系统工程,不但受系统外社会、环境和上下游边界条件的约束,还受系统内滩与槽关系的强力制约。多年来,科技工作者从不同层面不同角度开展了大量的研究工作,使得黄河下游河道治理的理论与技术有了显著的提高。系统介绍了近年来黄河下游河道滩与槽协同治理的理论和技术研究进展,并进一步指出在未来河道边界条件、区域社会经济发展和生态环境良性维持的现实需求发生显著变化条件下,探求黄河下游河道河流系统滩槽协同治理的策略与方法,可有效解决滩区发展和治河矛盾日益突出的难题,实现区域社会经济发展与黄河防洪安全大局的和谐。

黄河下游河道滩槽协同治理驱动-响应关系研究

随着黄河流域下垫面条件、进入黄河下游的水沙条件、区域社会经济发展等发生的一系列显著变化,特别是黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略的实施,运用系统思想与方法来研究并实现黄河下游河道滩与槽的协同治理,成为新时代下游河道治理综合提升的重中之重。在将黄河下游河道河流系统划分为3个子系统,即维持河槽基本功能的行洪输沙子系统、保障滩区居民生产生活安全的社会经济子系统、维持滩槽生态环境健康的生态环境子系统的基础上,重点介绍各子系统滩槽协同治理目标厘定以及代表性指标的遴选结果,其中:行洪输沙子系统治理目标代表性指标包括河势稳定控制和河道过流能力指标,社会经济子系统发展目标代表性指标包括下游滩区粮食产量和河道引用水量指标,生态环境子系统治理目标代表性指标包括河道典型断面适宜流量保证率、适宜脉冲流量次数指标。藉此,分别构建了主控因子与各子系统滩槽协同治理目标的驱动-响应关系,提出了黄河下游滩槽协同治理模式下多维治理目标及其主控因子阈值。