黄河水土保持科技战线上的执着耕耘者——记全国水土保持工作先进个人张攀

张攀,女,中共党员,河海大学博士研究生毕业。2008年,她来到黄河水利委员会(以下简称“黄委”)黄河水利科学研究院(以下简称“黄科院”)工作,现任黄科院水土保持研究所总工,正高级工程师、国家注册土木工程师、国家注册咨询工程师,是中国水土保持学会青年科技奖获得者、河南省青年科技奖获得者、黄委拔尖人才、郑州市十大科技女杰。

水利工程用环氧树脂改性聚氨酯丙烯酸酯性能研究

水利工程金属结构和水工建筑物常遭受腐蚀、高速含沙水流磨蚀破坏,需对其进行便捷有效的防护。利用环氧树脂对聚氨酯丙烯酸酯(PUA)进行改性提高PUA与基体黏结性能,采用紫外光(UV)固化技术制备PUA涂层。研究了环氧树脂改性PUA的化学结构及环氧树脂用量对PUA的力学性能、热稳定性能、耐溶剂性能和抗冲磨性能的影响。结果表明,环氧树脂改性PUA的拉伸强度随着环氧树脂用量增加,呈下降趋势,当加入5%时,PUA拉伸强度为103.0 MPa,材料呈强而脆的特性。环氧树脂加入提升了PUA的拉伸剪切强度,由0.25 MPa增至1.60 MPa。同时,环氧树脂改性PUA具有良好的耐水性能、耐溶剂性能、抗冲磨性能,5%环氧树脂改性PUA抗冲磨强度为800 h/(kg·m^(2))。

黄河河口流路多目标联合运用方式研究

黄河河口流路运用方式面临着新形势下保障防洪安全、维持生态功能和减缓海岸蚀退等多目标需求。采用实测水文资料和现场调查资料,分析河口河道防洪形势、黄河口国家公园建设需求和备用流路现状情况。清水沟流路在小浪底调水调沙运用后防洪形势明显改善,然而仍面临着大洪水的威胁;目前河道滩地呈现约6‱的倒比降,加剧了大洪水时的防洪压力。黄河口国家公园清水沟片区在清四控导工程以下无整治工程,规划的科研平台和大量基础设施要求洪水尽量不漫滩。刁口河片区规划的生态补水量为0.55亿m^(3),附近海岸因缺乏泥沙补给处于蚀退状态。刁口河主槽淤积萎缩,滩地开发建设侵占严重,亟待长期过水加强保护。新形势下黄河河口流路运用方式为“联合运用、常态过水、平滩分流、双河行洪”。刁口河常年维持一定的过水流量。当清水沟流量达到3500 m^(3)/s时向刁口河分流,大洪水时两条流路作为5000 m^(3)/s流量的泄洪通道。

大豆脲酶诱导碳酸钙固化黄河泥沙水稳定性试验研究

随着国家“交通强国”战略的提出,沿黄工程建设发展迅速,填筑用土需求剧增。黄河泥沙作为填筑材料的可行性已被证实,但其在多雨地区的服役性能需要改善,探索一种生态、高效的泥沙加固方法提高其水稳定性十分关键。本文基于酶诱导碳酸钙沉淀(EICP)技术固化黄河泥沙的方法,分别开展了常规浸水条件和干湿循环条件下固化黄河泥沙的水稳定性试验,研究了浸水后试样的质量损失及强度折损情况,分析了干湿循环对固化后黄河泥沙试样强度软化系数的影响规律。结果表明:采用EICP技术固化的黄河泥沙试样浸水崩解过程相比原状试样更加缓慢;胶结液浓度1.5 mol/L的黄河泥沙试样长期(56 d)浸水后,几乎保持完整,质量损失率仅为6.36%,强度折损率仅为6.21%;10次干湿循环后,不同胶结液浓度处理后的黄河泥沙试样均出现了不同程度的颗粒松散和脱落现象,胶结液浓度1.5 mol/L、灌浆10次的黄河泥沙试样的抗压强度损失仅为9.96%,抗干湿循环能力最强。利用EICP技术可以有效的固化黄河泥沙并提升其水稳定性,这对推进黄河泥沙的资源化利用进程十分重要。

黄河下游河道悬沙与床沙粒径智能预测研究

探究河道悬沙和床沙粒径分布有助于分析河道泥沙整体淤积情况,并反馈指导优化水库运用方式。为系统掌握黄河下游河道悬沙与床沙粒径的分布规律,收集整理黄河下游河道花园口等6个断面的水沙系列数据,采用递归特征消除算法进行变量筛选,并基于不同机器学习算法构建黄河下游河道泥沙粒径的预测模型。结果表明:变量筛选算法能够有效提取模型中的主要影响因子,而利用机器学习算法进行不同断面泥沙粒径预测时,在测试集上整体表现较好,各断面优选模型预测悬沙粒径的决定系数R2均在0.64~0.89之间,床沙的均在0.37~0.72之间。同时,采用2020年数据对模型预测效果进一步验证时,悬沙和床沙粒径预测值与实测值R2分别达0.6097和0.4456,表明所建模型能够有效实现黄河下游河道泥沙粒径预测。

水利工程施工中的安全风险评估与控制研究

文章以焦作市博爱县青天河水库除险加固工程为具体案例,探讨了水利工程施工中的安全风险评估与控制,以提供有效的安全管理手段。首先,对水利工程施工中存在的安全风险问题进行了分析,并综述了已有的安全风险评估方法。根据研究目标和实际需求,选择了适用于水利工程施工的安全风险评估方法,并建立了相应的评估模型。通过危险源识别和分类、风险概率和严重程度分析等步骤,对安全风险进行了识别和分析。在此基础上,提出了针对性的安全风险控制策略,包括控制原则和目标的确定、控制措施的选择和实施等。本研究为水利工程施工中的安全风险评估与控制提供了理论支持和实践指导,对提高施工安全水平具有重要意义。

黄河水沙调控多目标协同模型构建及应用

为促进黄河流域行洪输沙-生态环境-社会经济三大子系统多维功能协同发挥,提出黄河水沙调控多目标协同总体架构。基于系统整体耦合协调度构建黄河水沙调控多目标协同模型,实现了不同来水来沙与工程组合情景下黄河水沙调控目标函数与约束条件灵活选择及权重系数适应性调整。以黄河中游三门峡-小浪底水库群为例,开展丰平枯典型年水沙优化调控。结果表明:排沙与发电目标间存在强竞争关系,生态和发电目标间存在弱竞争关系;系统整体耦合协调度最高的方案均能达到各目标优质协调,并倾向于发挥更大发电效益。模型应用结果启发管理者在实际调度中适当提升发电量,并在枯水年注意增加生态供水。研究成果可为黄河水沙多目标优化调控实践提供科技支撑。

水库拦沙对黄河下游河床演变的影响

为充分认识水库拦沙对其下游河道河床演变及防洪的影响,基于三门峡水库和小浪底水库拦沙期水沙及断面观测资料,研究了黄河下游河槽冲淤、洪水冲刷效率、河槽几何特征、排洪能力等规律。结果表明:水库拦沙期,黄河下游沿程河槽均发生了不均衡冲刷;河床粗化明显,粗化后床沙中值粒径最大值为冲刷前的2.1~2.5倍;高村以上河段同水位过洪能力增加明显,冲刷后较大的河槽容积可为小浪底水库排沙提供暂时的滞沙;河床粗化后细泥沙和中泥沙补给能力不足,河槽冲刷效率随冲刷历时的增加衰减明显。由于水库多年调节水沙过程及下游相对完善的河道整治工程约束,小浪底水库拦沙期黄河下游河槽冲刷重心下移,河床粗化程度增加,冲刷效率明显降低。研究成果可为水库水沙调控技术指标的选取提供科学依据。

黄河冰花冰晶体结构及内部气泡分析

黄河冰花冰物理性质独特,对冰凌的生消演变有很大影响。为深入认知冰花冰晶体结构的物理特性,利用冰样采样器对黄河头道拐河段的冰花冰进行采集,利用费氏台获取冰花冰的图像,分析冰晶体及气泡细观结构特征。结果表明:在垂直方向上,冰晶体的平均等效直径范围为1.48~5.85 mm,随深度增加逐渐增大;在同一水平面内,冰晶体粒径差别明显,微小晶粒占比较大;冰花冰主要由0.1~7.0 mm的晶粒组成,直径为0.1~1.0 mm的微小晶粒占比为47.54%;冰花冰气泡平均等效直径在0.3~0.7 mm之间变化,随深度增加逐渐增大;气泡含量在1.90%~6.76%波动,随着深度增加逐渐减小。

黄河下游花园口以上河段滞沙能力分析

黄河下游河床调整主要取决于来水来沙和河床边界条件,河床调整沿程不均衡特征明显,花园口以上河段床演变对水沙条件的变化响应尤为突出,泥沙冲淤调整幅度最大。基于河道冲淤及水沙演进特性、滞沙可行性、河槽几何特性等分析,提出了花园口以上河段可作为泥沙天然反调节“库”概念,结合黄河下游实测洪水资料,采用水力计算方法,计算了花园口以上河段的河槽排洪能力及不同河槽规模条件下河槽允许滞沙量,提出了反调“库”滞沙能力,可为小浪底水库排沙指标的确定提供依据,对维持小浪底水库有效库容、弥补后续清水河床沙源不足、改善黄河下游河槽冲淤不均衡现象具有重要意义。

基于SWOT模型的黄河流域用水权交易发展策略研究

黄河流域用水权交易是提高水资源利用效率及效益、实现黄河流域生态保护与高质量发展的有效途径。为了有效分析黄河流域用水权交易的发展现状,运用SWOT分析模型,构建了包含14个变量指标的黄河流域用水权交易发展趋势评价指标体系,并结合EFE和IFE矩阵分析法对内部影响因素和外部影响因素进行定量评价,全面分析了黄河流域用水权交易目前所处的优势(S)、劣势(W)、机遇(O)及挑战(T),确定了黄河流域用水权交易的发展战略。结果表明:黄河用水权交易机遇多于挑战,且机会优势较为明显;优势高于劣势,但劣势对黄河用水权交易的影响还比较大。黄河流域用水权交易现状总体处于SO增长性战略,需要利用目前所处的良好的外部机遇,最大限度激发内部优势。最后,提出了拓宽可交易水权范围、创新水权交易激励机制、探索水权交易价格形成机制以及完善水权交易监管机制等推进用水权交易的对策建议。研究成果可为黄河流域未来用水权交易发展方向的确定提供借鉴。

黄河口泥沙的治理实践与评价

基于1855年以来黄河口的来沙量及其不同时期河口泥沙的输移分布特征,从入海流路、防洪安全、下游河道淤积和航道建设等4个方面对黄河口泥沙的灾害效应进行了论证分析。在总结黄河口泥沙治理历史的基础上,从防洪工程体系建设、强化河口河段泄洪排沙能力、减少河口来沙等3个方面对20世纪70年代中期以来黄河口所采取的泥沙处理对策进行了概括总结。结合国内外相关典型河口泥沙的治理经验和发展态势,从水沙关系调控、入海流路格局优化、利用海洋动力输沙和泥沙资源化利用等方面提出了今后黄河口泥沙的治理方向和主要策略。

黄河水沙变化数据仓库构建关键技术研究

针对黄河流域降雨、水文泥沙、土地利用等数据存在分散、多源、异构、语义不一等问题,采用数据仓库、面向对象思想、数据挖掘等关键技术将流域相关数据有机集成起来,构建黄河水沙变化数据仓库。该数据仓库主要分为数据采集层、数据存储与分析层、数据共享层、数据应用层4个层级,通过建立数据分析模型,可以支持决策信息的快速获取与综合集成;通过建立逻辑模型,可以分析水沙调度方案和数据信息的关系;通过ETL可以提供统一的数据接口,将多源、异构的水沙数据有效地抽取、转换、集成到数据仓库中。基于黄河水沙变化数据仓库,依据不同的业务场景为黄河水沙数据公共服务平台提供数据资源,从而实现多业务场景下的功能扩展与优化。

黄河下游灌区引黄涵闸引水能力变化原因分析

黄河下游引黄涵闸受河床下切、河势变化等因素共同影响,引水条件与设计情况相比发生了变化,造成部分河段涵闸引水困难,影响农业适时灌溉和生产。为给应对引黄涵闸引水能力下降问题提供参考,基于黄河下游2000—2016年引黄涵闸引水水位和河道断面实测数据,分析引黄涵闸引水水位变化、河槽冲刷、引黄渠道淤积变化等因素对引黄涵闸引水能力产生的影响。结果表明:1)2016年黄河来水300~900 m^(3)/s时,黄河下游引黄涵闸实际引水能力仅为设计引水能力的13.63%~39.43%,引黄涵闸引水能力明显下降;2)相较2000年,2016年的引黄涵闸设计值对应黄河流量的水位,高村以上河段下降了2.95~3.35 m,高村以下河段下降了1.55~2.95 m;3)从河段河床平均冲刷厚度看,花园口—夹河滩、夹河滩—高村、高村—孙口、孙口—艾山、艾山—泺口、泺口—利津河段的冲刷厚度分别为3.88、3.06、1.84、1.88、1.88、2.02 m,河槽连续冲刷导致同流量水位明显降低,严重影响河南和山东段引黄涵闸正常引水;4)涵闸前后引、输水渠道淤积会导致引黄涵闸引水能力降低。

黄河流域计划用水管理现状问题分析及建议

随着黄河流域水资源供需矛盾问题的日益突出,全面实行计划用水管理是缓解黄河流域水资源短缺的有效途径之一。颁布实施的《节约用水条例》为计划用水管理具体工作提供了根本遵循,黄河流域计划用水管理工作取得一定成效。随着计划用水管理对象数量的迅速增多,计划用水管理工作同样面临一些问题,对计划用水管理对象认识不清晰、管理不规范、超计划处理不及时不到位等,文章分析提出分类实施计划用水管理、加快加强计划用水信息化建设、不断完善节水制度建设、规范计划用水管理工作、加强监管和技术指导等有针对性的对策和建议,旨在为进一步完善计划用水管理工作提供参考,高效有序地开发利用水资源。

面向生态文明建设 面向重大国家战略 水利部黄土高原水土保持重点实验室推介

一、实验室简介“水利部黄土高原水土保持重点实验室”于2011年12月由水利部批准成立,依托单位为黄河水利委员会黄河水利科学研究院。实验室原名“水利部黄土高原水土流失过程与控制重点实验室”,2021年1月经水利部重点实验室改革重组后正式更名为“水利部黄土高原水土保持重点实验室”。实验室主任为肖培青正高级工程师(二级),实验室学术委员会主任为崔鹏院士。

基于生态径流指标的黄河上游贵德站水文情势变化研究

黄河上游不同时间尺度的生态水文情势变化程度是研究黄河治理方略、重要水利工程布局及联合调度管理的前提和基础。为此,提出了基于流量过程线的月、季、年3种时间尺度的生态盈余和生态赤字计算方法,并评估了各时间尺度的生态风险,形成了一套多时间尺度的河流生态水文情势变化评估方法。将其用于黄河上游贵德站,评估了龙羊峡水库在建库前后的生态水文情势变化。结果表明:该计算方法克服了通过月累加计算季、年尺度生态风险不真实的问题,贵德站9月和夏季的生态径流指标变化明显,9月的生态赤字相比建库前增大了537.3%,夏季的生态赤字增大了412.8%,建议河流管理部门重点关注这两个时段的水文情势变化,有针对性地采取生态调度措施。

水利建设事中事后监管框架研究

随着“放管服”改革和政府职能的进一步转变,政府管理逐步由事前审批转变为事中事后监管。以水利建设市场事中事后监管为研究对象,在明确其内涵的基础上,通过梳理历史变革、政策背景和关键节点,明确了改革进程。通过分析监管目标、原则、体制和制度,遵循“构建标准体系的一般方法”,提出了水利建设市场监管框架与标准体系。研究结果可为优化水利建设市场营商环境、推动水利建设高质量发展提供技术支撑。

黄河冰凌演变机理及防凌技术研究进展

黄河凌汛具有预见期短、信息获取难、防控难度大、灾害范围广等特点,亟须对黄河凌汛灾害相关问题开展研究。围绕黄河冰凌理论、冰凌监测、凌情预报、水库调度和破冰技术等,基于水文学、热力学、河床演变学、统计学、水运动学、爆破学等基础理论和研究方法,概述了冰凌演变基本规律、一体化凌情监测技术、凌情预报技术、水库防凌调度技术和破冰排凌技术等多项研究成果。相关成果基本解决了凌情信息获取难、凌情信息量掌握少、凌情预测预报精度低、冰塞冰坝形成迅速而破除效率低、防凌调度经验不足等严重影响黄河防凌减灾的多项难点问题。

黄河泥沙物化特性与改性利用研究进展

泥沙治理是协调黄河水沙关系的关键,在新时代绿色发展理念的推动下,黄河泥沙的资源属性日益凸显,黄河泥沙治理与资源利用成为研究热点。通过对现有黄河泥沙治理与资源利用相关的文献资料进行分析,归纳总结黄河泥沙物化特性、泥沙对黄河生态安全的影响以及泥沙资源利用途径。结果表明:黄河泥沙主要源自中游多沙粗沙区,不同河段的泥沙物化特性略有不同;碱激发改性是泥沙资源利用的主要技术手段,改性剂类型对泥沙改性材料强度等性能影响较大。结合黄河泥沙治理与资源利用研究进展,提出建立黄河泥沙治理的统一标准、将黄河泥沙与多种废弃材料或工业副产品相结合进行资源利用等建议,以提高黄河泥沙整体利用率。