论黄河小浪底水库拦沙后期的运用及水沙调控

小浪底水库是确保黄河下游防洪、减淤的关键性工程,2007年已进入拦沙后期。为了尽可能地延长水库的使用寿命和减少下游河道的淤积,以最大限度地发挥小浪底水库的作用,制定合理的水库运用方式是非常重要的。回顾了小浪底水库运用以来的贡献和新情况,评述了拟定的水库运用方式的研究成果,根据三门峡水库和黄河下游河道数十年来的冲淤变化的实践经验,提出了小浪底水库拦沙后期运用方式的原则和水沙调控的建议。

塔里木河干流河道水沙数学模型及其应用

塔里木河是我国最大的内陆河,系统地开展塔里木河干流水沙运动和河道演变规律研究起步较晚,成果也不多。根据非均匀悬移质不平衡输移运动基本原理,建立了干流水沙运动数学模型,并采用实测资料对模型进行了率定和验证。在此基础上,研究了塔里木河干流河道冲淤演变规律,给出年均冲淤量和沿程分布,为在缺乏实测冲淤资料情况下估算河道冲淤量及其分布提供了依据。并对未来塔里木河干流河道冲淤演变趋势进行了预测计算,给出了冲淤量和及其沿程分布,提出了进一步提高输沙效率和水资源管理水平以及降低防洪压力的措施和建议。

金沙江梯级水库下游水沙过程非恒定变化及其对通航条件的影响

随着金沙江下游梯级水库陆续建设和投入运用,坝下游的水沙过程明显改变并影响通航条件。本文提出了水沙过程非恒定变化分析方法,分析了向家坝枢纽坝下水位、流量和含沙量非恒定变化特性及其对通航条件的影响。结果表明,向家坝枢纽运用后坝下水沙变化的非恒定强度较大,水位变化的变异系数可以达到0.10～0.12,流量变化变异系数可以达到0.20～0.40,虽然出库含沙量显著减小,但含沙量变异系数最大可以达到约1.0。向家坝水文站标准化年平均水位和流量约为1.0左右,向家坝枢纽坝下山区河道的通航条件总体上是稳定的,水库运用削减洪峰和增大枯水流量有利于改善坝下河道的通航条件,但水电站日调节和水库蓄水,以及泄洪增大流量和水位的非恒定性,对坝下河道的通航条件有一定不利影响。

金沙江下游水沙变化特性及梯级水库拦沙分析

根据金沙江下游主要控制水文站的水沙资料,对不同时段不同区间的水沙变化特性进行统计分析,并采用输沙法计算溪洛渡和向家坝梯级水库运用以来的拦沙情况。研究结果表明,攀枝花站以上流域为少水少沙区,攀枝花至白鹤滩区间(不含雅砻江)为少水多沙区,白鹤滩至向家坝区间为多水多沙区。金沙江下游干流代表水文站的水沙相关关系以沙量单向减少为主。2013-2016年溪洛渡、向家坝水库的年平均联合拦沙量为10 519万t,占来沙量的98%以上,水库拦沙是金沙江下游水沙变化的主导因素。

冯铁营引河对淮河干流洪水位及河床演变影响的研究

淮河中游洪涝灾害严重,主要原因之一是洪泽湖水位顶托和入湖河段河床倒比降制约了淮河干流中小洪水下泄。为了缓解洪泽湖对淮河中游洪水下泄的顶托影响,在浮山以下约14.5 km的地方开辟一条冯铁营引河直接分流淮河中游洪水入洪泽湖是一条可行的治理措施。然而,冯铁营引河实施以后,对淮河干流河道的冲淤演变带来什么影响,引河对降低淮河干流洪水位的效果如何,能否长期维持,维持到什么程度等问题亟需研究。为此,采用基于非均匀不平衡输沙理论建立的水沙运动数学模型,就冯铁营引河实施以后的建闸控制运用和无闸敞泄运用方式,对淮河干流河道和冯铁营引河未来30年的冲淤演变趋势,及其对河道过流能力和洪水位的影响进行了多情景方案研究,回答冯铁营引河对降低淮河干流洪水位效果能否长期维持及维持到什么程度等关切问题。

粗化床面非均匀沙推移质运动扩散特性研究

对泥沙颗粒运动规律的把握是准确估算推移质输沙率的基础。本文开展了粗化床面条件下的水槽试验,分析了非均匀沙颗粒的均方位移和速度自相关系数变化,并与已有均匀沙试验进行了对比。结果表明,粗化床面存在着由单个或多个粗颗粒组成的粗化结构体,形成比平整床面更复杂的底部边界,粗化结构体对泥沙颗粒运动造成较大影响,颗粒在运动过程中与水流动量交换强度大,泥沙颗粒运动与均匀沙试验“类弹道扩散”存在一定差异;受床面结构影响,部分颗粒表现出较强的横向运动,颗粒的横向扩散特性与流向扩散特性类似。与均匀沙平整床面不同,粗化床面上颗粒运动可能会相应改变床面结构,从而改变水流底部边界条件,进而对泥沙颗粒运动造成影响,泥沙颗粒运动存在较明显的记忆效应和反常扩散现象。

运动恢复结构多视角立体重构在河工模型地形测量中的应用

动床地形的准确、快速测量对于河工模型试验具有重要意义。采用运动恢复结构三维地形重建(SfM-MVS)方法对某河工模型动床地形进行测量,并与传统测针地形测量法进行对比。结果表明,SfM法可以成功获取大面积动床冲淤地形,但所测高程与测针法之间存在系统偏差;这种偏差可利用测针法结果进行修正,使测量结果达到或接近河工模型试验规程所规定的精度要求。SfM法对于地形变化较平缓区域偏差较小,地形变化剧烈区域偏差较大,且难以通过系统修正得以改善。在实际地形测量中建议采用SfM法与传统测针法相结合,测针法可重点对床面变化较为剧烈处开展测量,弥补SfM法对局部地形测量存在的不足。

三门峡水库水沙运动的若干规律——兼论水库溯源冲刷对黄河下游河道的影响

小浪底水库的合理运用对于延长水库寿命,确保黄河下游防洪减淤、长治久安,至关重要。本文基于与小浪底水库河谷地貌、水沙运动基本相似的三门峡水库潼关以下库段和下游河道数十年的基本资料,分析了水库造床及冲淤形态、水库拦粗排细和水库泄空、溯源冲刷的特点,以及溯源冲刷本身对黄河下游河道冲淤的影响。这些对于深化认识和科学制定小浪底水库拦沙后期的运用方式是非常重要的。

照片数量对SfM动床河工模型地形三维重构的影响研究

SfM是摄影测量领域近年来飞速发展的三维场景重构技术,目前已在地貌勘测、文物勘察、冰川演化、岩石勘探、土壤侵蚀等研究领域开展了大量尝试和应用,而在河工模型方面的应用研究尚处于起步阶段。本文开展了输入照片数量对SfM法动床河工模型地形三维数字高程地形(DEM)重构精度影响研究,采用4个不同视角对河工模型动床冲淤地形进行拍摄,选取不同数量照片作为输入开展SfM法三维地形DEM重构,然后将每组DEM重构结果与传统测针法测量进行对比。结果表明,当照片数量较少时,增加照片数量可改善SfM重构精度,但当照片数量较多时,虽可为SfM提供更多的床面变化图像信息,但同时带来由于特征点成像变化而引起的误匹配现象,反而可能导致SfM重构精度下降。鉴于不同动床模型的模型沙和光照等外部条件不同,实际应用时须针对不同模型的特点进行深入对比和分析,选取合理的照片张数开展SfM法动床冲淤地形测量。

黄河下游河道11月至次年5月时期输沙和冲淤规律研究

利用1960-2010年黄河下游11月至次年5月时期实测水沙资料,系统地研究了黄河下游河道水沙运动和河床冲淤规律。分析了花园口、高村、艾山和利津等4站输沙率与各自上站的流量、含沙量和输沙率的关系,黄河下游河道冲淤量与小浪底站来水量、来沙量、含沙量和来沙系数之间的关系。结果表明:黄河下游河道的下站输沙率与上站输沙率有很好相关关系,该时期进入黄河下游河道的输沙量小于1.82亿t、或平均含沙量小于12.6kg/m3、或来沙系数小于0.014 kg·s/m6时,下游河道以冲刷为主,反之则以淤积为主;采用本文建立的下站输沙率与上站输沙率关系式计算的黄河下游各河段冲淤量具有较高的精度。利用本文建立的关系式可以方便地预测未来黄河下游河道该时期不同河段冲淤量,对快速判断黄河上中游水利工程建设对下游河道冲淤影响具有重要意义。

黄河小浪底水库拦沙后期运用方式的思考与建议

小浪底水库于1999年10月下旬下闸蓄水,2007年起进入拦沙后期。水库的运用方式,对于延长水库寿命,确保黄河下游防洪减淤,至关重要。本文基于三门峡水库数十年的运用经验,指出"拦粗排细"只有在水库淤积状态下出现,水库冲刷则可能出现"拦细排粗"或"粗细俱下、粗沙略多"的情况,评述了拟定的小浪底水库拦沙后期的运用方式,提出了水库运用应从"拦沙减淤"向"调沙减淤"转变的水库合理运用的基本原则和调整黄河中游大型水库的目的任务以确保黄河下游长治久安的建议。