黄河河龙区间年输沙量的仿真模拟

准确地模拟黄河输沙量的变化过程,可为研究黄河泥沙变化的原因和建立黄河泥沙预测模型提供必要的技术基础。黄河泥沙主要来源于河口镇至龙门区间,为精细模拟该区间输沙量的变化,进一步划分了亚区,选择了23个降雨因子和一个水土保持治理因子,采用回归分析方法,筛选出河口镇至吴堡区间7—8月降雨量、水土保持治理度、陕西北片最大3 d降雨量等3个解释因子。利用这3个因子解释和仿真模拟了1954—2005年河龙区间年输沙量的年际波动变化与长期递减变化过程,其相关系数为0.886,显著性水平达到0.01,判定系数为0.772,说明本次研究拟定的技术路线可行,确定的解释变量合理,采用的计算数据客观。     

黄河河口镇至龙门区间来水来沙变化及其对水利水保措施的响应

采用现代统计学中的变点分析法、历时曲线法和双累积曲线法对黄河中游河口镇到龙门区间1952-2000年降水、径流和泥沙量进行了综合分析。结果表明:黄河河龙区间多年平均降水量为434.5mm,径流量53.3×108m3,输沙量7.2×108t。上世纪50年代以来,区间面平均降雨量并未发生显著的趋势性变化,而径流和输沙量均发生了显著性趋势性减少,但在这种趋势性减少过程中,上世纪90年代则表现出微弱增加。与前期相比,在消除降雨量影响后,区间径流量降低幅度一般在20%-30%,而输沙量在低频率部分(相当于汛期)减小幅度达40%,高频部分(相当于非汛期)有所增加。根据建立的区间面平均降雨量与径流量及输沙量关系分析,黄河河龙区间因人类活动的直接作用使区间径流量年均减少18.8×108m3,输沙量年均减少3.7×108t。与前期相比,区域水土保持措施是区间径流和泥沙减少的主要驱动力。     

基于黄河河潼区间输沙量过程的特征性降雨研究

黄河输沙量显著减小,特别是近10年尤为显著。以黄河河口镇至潼关区间(简称河潼区间)沙量变化特征为基础,利用该区间26个国家基本气象台站1961-2009年的日降水资料,分析了区域侵蚀性降雨的雨量与日数的变化特征。结果表明:黄河河潼区间输沙量和径流量呈极显著减小,但河潼区间不同等级降雨量及其日数面平均值未呈现显著减小或增加;河潼区间26个站各级降雨量及其日数,除山西省隰县站的大于50mm降雨日数外,其余各站的各等级降雨量及其日数均未表现出减少或增加趋势;1980年以来的特征降雨量及其日数的微弱(非显著性)减小不足以引起黄河河潼区间输沙量的急剧减少,降雨变化不是引起黄河中游输沙量减少的主要原因。     

基于淤地坝建设的黄河中游泥沙粒径变化分析

以黄河中游河口镇一龙门区间及四条典型支流——皇甫川、窟野河、无定河和三川河为研究对象，通过分析实施淤地坝等水土保持措施前后泥沙粒径的变化，认为：①自20世纪70年代以来，河龙区间粗泥沙占比（粗泥沙量占年输沙量的比例）、淤地坝减沙量和拦减粗泥沙量均呈下降趋势，淤地坝拦减粗泥沙量的时效性较为明显；②实施水土保持综合治理后．皇甫川、无定河、三川河流域泥沙中值粒径和平均粒径均有细化的趋势；③黄河中游绝大部分流域泥沙中值粒径和平均粒径同时变小，泥沙明显变细；④淤地坝等水土保持综合治理措施不仅具有减沙作用，而且还具有明显的“拦粗排细”作用。鉴于此。减少黄河粗泥沙的重点支流应首选窟野河和皇甫川。     

黄河输沙量研究的几个关键问题与思考

近十几年黄河输沙量的突兀性减少是社会各界人士普遍未曾预料到的。黄河输沙量减少原因和未来趋势亟待研究,也需结合现状进一步提出新的适应策略。基于对黄土高原水土保持与黄河水沙变化等的长期研究,提出黄河输沙量研究需要关注的几个关键问题和认识:考虑到学科特点及发展水平,黄河输沙量以及人类活动对输沙量变化影响的研究"宜粗不宜细";黄河输沙量变化研究可以年代为时段开展对比分析,1979年之前可作为基准期;在流域及区域侵蚀产沙性降雨的相关研究中,宜把12 mm日降雨量作为临界侵蚀降雨量指标;加强淤地坝淤积记录反演研究,揭示土壤侵蚀强度变化,以解析坡面土壤侵蚀减少与沟道坝库工程拦蓄对黄河输沙量减少的贡献,明确当前黄土高原水土流失治理方向;强化黄河未来输沙量变化趋势及治理对策研究。     

黄河中游极端降雨对输沙量影响的时序分析

黄河中游是黄河泥沙的主要来源区,极端降雨是区域侵蚀产沙及河流输沙的主要动力。基于黄河中游河潼区间1958—2016年26站逐日降雨数据及河口镇和潼关水文站的输沙量数据,采用回归分析、双累积曲线等方法,研究了极端降雨指标的变化趋势及对输沙量的影响。结果表明:①极端降雨指标总体呈降低趋势,但多数指标的下降趋势未达到显著性水平。②输沙量在1979年和1999年发生突变。1979年之前对输沙量影响最大的是最大1 d降雨量,影响最小的是汛期降雨量;1980—1999年对河流输沙量影响最大的是主汛期降雨量,影响最小的是暴雨量;2000—2016年对河流输沙量贡献率最大的是大雨量,最小的是暴雨量。③极端降雨对输沙量的影响在1958—1979年最大,1980—1999年次之,2000年之后输沙量受人类活动的影响大于极端降雨的影响。     

经济社会发展对黄河中游输沙量影响分析

以1954—2006年黄河中游龙门、华县、河津、氵状头四站年输沙量为因变量,以降雨(包括年降雨、暴雨、暴雨笼罩面积等)和全国GDP等24个因子为自变量,采用逐步回归分析方法,筛选出了由全国年GDP、河吴区间7—8月降雨量和河龙区间年降雨量组成的非线性回归方程。结果表明,GDP的增加、经济社会的发展对黄河年输沙量的减少,特别是对20世纪80年代以来黄河年输沙量的减少产生了主要影响。     

黄河河龙区间年输沙量对水土保持的响应机理研究

采用多元逐步回归分析方法,分析研究1954-2013年河龙区间年输沙量对水土保持的响应机理。结果表明,不同时段计算得出的年输沙量响应回归方程相关系数均达到α为0.001的高显著性水平,随水土保持治理度的提高,河龙区间年输沙量对水土保持治理度的响应敏感性增加,显著程度提高;水土保持治理对减少高降雨产沙的效果明显;随着水土保持治理度的提高,河龙区间年输沙量对相同降雨条件响应的敏感程度减弱。     

黄河中游多沙粗沙区水土保持减沙的近期趋势及其成因

本文以 195 0～ 1997年的长系列水文资料和面雨量资料 ,分析了黄河中游河口镇至龙门区间年输沙量和年雨量的时间变化趋势 ,发现在 1970年以来多沙粗沙区入黄泥沙量减少的总体背景之上 ,出现了 1986～ 1997年间入黄泥沙量增加的近期趋势。这一增加趋势 ,与 2 0世纪 80年代以后淤地坝修建量大为减少 ,70年代修建的筑地坝与拦沙库已大部失效有密切关系。此外 ,90年代人为增沙量大幅度增加 ,已占水土保持减沙量的2 2 %左右 ,部分抵消了水土保持措施的减沙效益 ,这也是 90年代入黄泥沙增加的重要原因。文中并提出了若干对策建议     

黄河中游典型区域水土保持措施蓄水量分析

对黄河中游河口镇至龙门区间(简称河龙区间)及粗泥沙集中来源区规划的2010年水土保持措施的蓄水量进行了计算,并分析了其产生的水文水资源效应.结果表明:①2010年河龙区间水土保持措施蓄水总量约为15.2亿m3,其中坝地蓄水量占71.9%;2010年粗泥沙集中来源区水土保持措施蓄水总量为2.76亿m3.②2010年河龙区间水土保持措施产生的水文水资源效应为地表截流能力提高12.8亿m3、潜水蒸发量增加1.9亿m3、降水入渗量增加0.9亿m3、广义水资源量增加43.5亿m3、不重复水资源量增加1.9亿m3、狭义水资源量减少14.2亿m3.③2010年粗泥沙集中来源区水土保持措施产生的水文水资源效应为地表截流能力提高2.3亿m3、潜水蒸发量增加0.3亿m3、降水入渗量增加0.2亿m3'、广义水资源量增加7.9亿m3、不重复水资源量增加0.3亿m3、狭义水资源量减少2.6亿m3.     

分流对弯道水流紊动强度影响的试验研究

采用先进的三维超声波多普勒流速仪（ADV）对不同分流比情况下弯道水流紊动特性进行了系统的试验研究。根据试验数据,探讨了不同分流比工况下弯道水流的紊动机理,分析了其紊动特性,同时对紊动强度分布特点进行了比较。     

In the Central Committee of the Communist Party of the Soviet Union and the Council of Ministers of the USSR

Power Technology and Engineering -     

前置掺气坎坡度对阶梯溢洪道掺气水流影响的数值模拟

为研究复杂边界条件下气液两相界面的流动及混掺现象对工程建设的影响,结合某大型水电站的溢洪道,利用RNG k-ε模型对其进行三维流场模拟,采用有限体积法离散控制方程,并用GMRES算法进行压力求解,对前置掺气坎式阶梯溢洪道和传统阶梯溢洪道泄流壁面上的高速掺气水流进行数值模拟。结果表明:随着掺气坎坡度的增加,其掺气空腔及掺气浓度均有所增大,随着水流下泄掺气浓度沿程降低,达到一定距离后趋于稳定,掺气浓度值达到了减免空蚀破坏的要求;与传统阶梯溢洪道的模拟结果进行对比可知,增设前置掺气坎后,既可以增加前几级阶梯的掺气浓度使水流提前达到水气平衡,也没有降低阶梯式溢洪道的消能率,为解决传统阶梯溢洪道中出现的工程难题提供了一种新思路。