基于分组泥沙冲淤规律的小浪底水库减淤调度研究

研究黄河下游河道的中、较粗泥沙冲淤效率与细泥沙含量和全沙含沙量的定量关系,据此得到不同细泥沙含量条件下,中、较粗泥沙在黄河下游河道不发生淤积的临界含沙量。同时,结合黄河干流水库的分组排沙比与全沙排沙比的关系,给出小浪底水库不同入库含沙量条件下,中、较粗泥沙在下游河道不发生淤积的水库排沙比。     

瀑布沟水库投运对下游水库径流和泥沙的影响

鉴于瀑布沟水库是大渡河流域梯级开发中游控制性水库,控制了大渡河88．5％的集水面积和83．3％的泥沙量,为掌握水库投运后对下游河道径流和泥沙造成的影响,特依据下游沙坪水文站径流、泥沙资料进行分析,成果表明：瀑布沟水库的投运调节了下游水库径流分配,使得下游水库年内径流量分布更加均匀,大大降低了下游水库的含沙量和输沙量,有效改善了大渡河下游电站泥沙问题。     

小浪底水库拦沙对黄河下游河道的减淤作用

在小浪底水库蓄水拦沙期,进入黄河下游河道的水沙条件发生显著变化,含沙量急剧降低,中水流量持续时间增长,水库调水调沙提高了河道输沙能力,改善了泥沙淤积部位。拦沙期(1999年10月—2018年10月),黄河下游河道共计冲刷21.015亿m~3。分析小浪底水库运用以来黄河下游河道泥沙冲淤时空变化特性及水库对水沙的调控效果,对比计算有、无小浪底水库两种工况下黄河下游河道冲淤量变化及减淤作用。水库拦沙期黄河下游河道减淤比为1.373∶1,其拦沙减淤效果与水沙条件、水库运用方式及河道边界等因素有关。     

维持黄河下游河道与滩区稳定的泥沙处置方案

变化环境下研究提出可以维持黄河下游河道与滩区稳定的泥沙处置方案对黄河下游乃至流域治理具有重要指导作用。通过实测资料分析、数学模型等手段,分析入黄泥沙的时空分布变化,认为三门峡水库建成后的3个水库运用阶段输沙入海是泥沙处置的主导方式,小浪底水库建成后变为以水库拦沙为主导,大型水库是影响泥沙空间分布及河道冲淤的重要因子;黄河年均来沙8亿、6亿、3亿t情景,黄河下游无法实现河道和滩区稳定,拟定了5个泥沙处置方案,通过分析评价得到最优方案,即古贤、桃花峪水库+滩区生态治理方案,建设古贤水库可以基本实现黄河下游50 a河床不淤高,滩区生态治理能够消除“二级悬河”,加上桃花峪水库可显著提高滩区防洪标准,综合评价该方案最优。     

小浪底水库运用初期黄河下游河道冲刷特征分析

本文采用实测资料分析和理论分析相结合的方法,研究了小浪底水库运用初期黄河下游河道冲刷特征。研究结果表明:小浪底水库运用初期,黄河流域历经枯水少沙系列年,大洪水较少;一般情况下水库下泄清水,洪水期间水库以异重流为主排出细泥沙,进入下游河道的泥沙明显减少。2000—2015年,黄河下游河道发生持续冲刷,累计冲刷泥沙量为8.895亿m~3,河道淤积萎缩的局面得到有效遏制。     

黄河泥沙合理配置方案研究

黄河泥沙合理配置对于黄河综合治理和泥沙综合利用具有重要意义。通过改进黄河泥沙配置综合评价方法,按照新水沙系列和配置模式条件,采用黄河泥沙空间优化配置数学模型,计算黄河泥沙配置方案,对各种泥沙配置方案进行综合评价,提出了建议配置方案及合理的泥沙配置比例。结果表明,入黄水沙量对泥沙配置状况有明显影响,抬高小浪底水库汛限水位对泥沙配置状况影响不大,黄河上中游水库建设对泥沙配置状况明显改善,下游防护堤治理对泥沙配置状况有所改善。结合黄河上中游水土保持、水库建设和跨流域调水,维持四站入黄年平均水量约250亿m~3和沙量约3亿t,可以维护黄河河道均衡稳定。现状水库河道条件建议方案对黄河泥沙的合理配置比例为水库拦沙35%、引水引沙21%、滩区放淤3%、挖沙固堤4%、河道冲淤3%、输沙入海34%;合理空间分布为上游20%、中游30%、下游14%、河口36%。     

黄河中下游大型水库对下游河道的减淤作用

本文采用泥沙数学模型分别对小浪底水库单独运用以及小浪底与古贤水库联合运用的20个可能运行方案条件下,黄河下游河道的冲淤过程和发展趋势进行了计算研究。结果表明,在黄河上修建大型水利枢纽工程对减轻黄河下游河道淤积,遏制河床抬升具有明显作用。结合三门峡水库运用以来的实测资料,分析了大型水利枢纽工程运用与下游河道演变的内在规律,建立了小浪底水库出库水沙与下游河道泥沙冲淤的量化关系,给出了维持下游河道冲淤平衡的临界条件,为通过大型水利枢纽工程运用来减轻黄河下游河道泥沙淤积提供科学依据。     

水库及河道淤积控制研究新方向

水库及河道泥沙淤积是长期没有很好解决的重大问题。本文作者根据河流泥沙在水库中的分选淤积特性、粗沙对水库及河道淤积的严重影响,以及当前挖泥技术和能力可保证的水库挖粗沙规模和效益方面的可行性等提出通过在大型河道型水库回水末端固定河段或在河道上游的径流式水库持续挖粗沙降低淤积平衡坡降、实现水库及河道淤积控制的新途径。研究表明这一方式可明显降低三峡水库长远淤积,对缓解黄河下游持续淤积也可发挥作用。建议水利部重视并组织开展全面研究,争取为我国多沙河流水库及河道淤积控制寻找一个新的方向。     

刘家峡水库下游河道冲淤特性初步研究

自1961年盐锅峡水库蓄水发电后至1986年龙羊峡水库蓄水发电前25年内,黄河上游(河口镇以上河段)共建成刘家峡、盐锅峡、八盘峡、青铜峡、三盛公等五座电站(枢纽)程.其中刘家峡水库是不完全年调节水库,由于库容大,拦截了干流及洮河大量泥沙又由于水库调节了洪水,黄河的径流进行了年内重新分配,使下游的来水来沙条件及河流的边界条件发生了改变,由此处于这些枢纽的下游河道,将作出相应的调整,发生冲淤变化.     

水利枢纽联合运用对遏制黄河下游河道淤积的作用

黄河水少沙多，下游河道不断淤积抬高，形成地上悬河，防洪任务日趋严重。如何减轻黄河下游河道泥沙淤积，是黄河治理中的重要目标之一。就目前而言，修建大型水利枢纽工程是一项有效和切实可行的措施。在黄河上修建大型水利枢纽工程会明显地改变进入黄河下游河道的水沙过程，特别是在枢纽运用初期，下泄水流含沙量显著降低，对减轻黄河下游河道泥沙淤积，遏制河床抬高具有明显作用。利用泥沙数学模型计算的方法，就小浪底水库和古贤水库对黄河下游河道的减淤作用进行了较为深入的研究，得到了如下主要成果和认识。     

2000年以来黄河下游河道巨变与前景展望

随着黄河中上游水利工程的大量兴建,以及水土保持与灌溉的发展,洪水发生的机会与洪峰流量大幅度减小,不再需要下游宽河漫滩削峰。近年来对黄河窄深河槽泄洪输沙机理、河道输沙能力有了新认识,认为下游河道具有极强的泄洪和输沙能力,可为黄河下游河道的治理指明方向。三门峡水库改建后“蓄清排浑”运用的减淤作用已经使花园口以上河道基本不淤。小浪底水库投入运用13a,下游河道均发生巨大变化,下游河道水位全程降低1.0～2.2m,平滩流量迅速增大,但是游荡性河道依然宽浅散乱,急需进行双岸整治,形成窄深、稳定河槽;通过小浪底峡谷水库的泥沙多年调节,优化进入下游的水沙组合,并长期发挥作用。将小浪底水库泥沙调节到流量大于3000m³／s时宣泄,利用改造后新河槽输沙入海,可以控制河槽不抬高,并大幅度增加水库兴利库容。     

黄河泥沙资源利用的长远效应

黄河多沙给两岸人民带来了严重的洪水灾害,因此黄河的治理措施多基于泥沙的灾害性。随着经济社会发展对黄河水资源的需求日益增加,加之黄土高原地区特殊的地理地貌特征等因素,未来黄河仍将是一条少水多沙河流。经过长期的治黄实践,人们逐渐认识到黄河泥沙的资源属性,其在黄河防洪安全、放淤改土与生态重建、河口造陆及湿地水生态维持、建筑材料等方面具有巨大的利用潜力。研究发现,黄河下游的河道淤积泥沙主要来自少数几场高含沙洪水;水库在拦截黄河泥沙的同时,也对泥沙级配进行了自动分选,为泥沙分类利用创造了条件。利用水库拦减高含沙洪水,不仅可减少下游河道淤积和滩区淹没损失,还为泥沙资源的集中利用创造了前提条件,具有巨大的社会和经济效益;同时,树立充分发挥水库的拦沙作用与泥沙资源集中利用有机结合的新理念,不仅能使水库持续发挥其拦沙减淤效益,也将更彰显黄河泥沙资源集中利用的长远效应。为此,必须从政策和管理层面建立良性运行机制,加强舆论宣传,吸引社会资金和广大群众主动参与黄河泥沙资源利用工作,实现黄河的长治久安。     

2008年黄河调水调沙效果分析

2008年汛前利用万家寨、三门峡、小浪底等水库汛限水位以上的水量,成功地进行了一次黄河调水调沙生产运行.本次调水调沙在各站的洪峰流量是历年调水调沙洪水的最大洪峰流量,下游各站均超过4 000 m3/s,实现了黄河下游主槽的全线冲刷,进一步扩大了下游河道的过洪能力.本文介绍了黄河下游主要断面的水文泥沙过程,分析了下游河道的冲淤情况,该次诃水调沙进入下游的径流总量42.8×103 m3,冲刷总量达到了0.196×108 t,利津站输沙量达到0.6492×108 t,整个黄河下游基本为冲刷.     

黄河调水调沙

黄河下游河道淤积的主要原因在于“水少沙多，水沙不平衡”，按照黄河下游河道冲淤规律，只要把进入黄河下游河道的不平衡的水沙关系调节为协调的强大功能。小浪底水库位于控制进入黄河下游河道水沙的关键部位，该水库控制了黄河径流量的91％，控制了近100％的黄河泥沙，2002年7月4日进行的黄河首次调水调沙试验控制花园口断面流量不大于2600m^3/s，平均含沙量不大于20kg/m^3，小浪底水库泄流历时不少于10天，黄河下游河道共冲刷泥沙0．362亿t，试验达到了预期的目的。通过这次试验，共取得测验数据520万组，这为今后建立更加符合原型黄河实际的数学模型和实体模型提供了极其重要的物理参数，试验证明，利用水库调水调沙，将不协调的水沙关系调节为相协调的水沙关系，是有利于输沙入海、减轻下游河道淤积甚至冲刷下游河道的有效途径之一。     

黄河泥沙处理和利用配置方案研究

根据不同时期入黄泥沙处理和利用的状况和特点,提出对黄河泥沙应采取"拦、调、排、放、挖"等多种措施综合处理和利用。通过不同方案及泥沙治理效果的比较,研究提出了2030年前采用水土保持特别是多沙粗沙区拦沙工程拦沙、骨干水库拦沙,以及调水调沙、河道排沙、放淤、挖河疏浚及泥沙利用等多种措施相结合的综合处理和利用泥沙的配置方案。分析论证了在配置方案条件下,2020年前进入黄河下游河道的年平均泥沙量为4.41亿t,下游河道年平均冲刷泥沙0.41亿t,可维持4 000 m3/s以上的中水河槽;2020—2030年进入黄河下游河道的年平均输沙量为5.32亿t,下游河道年平均淤积0.46亿t,可维持4 000 m3/s左右的中水河槽。     

小浪底水库运用初期黄河下游河道冲淤变化预估分析

利用黄河下游一维泥沙冲淤数学模型,对两个均为15年的小浪底出库不同设计水沙系列进行预估计算,结果表明:两个系列铁谢-利津河段皆呈冲刷状态,15年累计冲刷泥沙总量分别为6.012亿t和0.716亿t。分析得出,在今后小浪底水库调水调沙初期运用过程中,若充分考虑黄河下游河道特别是山东河道的输沙能力,利用水库的调节库容,对水沙进行有效的控制和调节,使不适应的水沙过程尽可能协调,以便于泥沙在下游河道中顺利输送,从而减轻下游河道的淤积,甚至达到不淤或冲刷的效果,努力实现下游河床不抬高的目标。     

黄河下游高效输沙洪水调控指标研究

黄河下游河道冲淤变化主要取决于水沙条件,即随流量大小和含沙量高低而变化,含沙量越低则泥沙淤积比越小、单位输沙水量越大,反之,含沙量越高则泥沙淤积比越大、单位输沙水量越小。在黄河水少沙多、水资源日趋紧缺和供需矛盾日益突出的现实条件下,为兼顾河道少淤和减少输沙水量,可通过水库调度,优化水沙搭配、塑造高效输沙洪水。以黄河下游实测场次洪水为基础,建立洪水期下游河道泥沙淤积比与水沙因子间的响应关系,求得流量为4 000 m~3/s时冲淤临界含沙量约为50 kg/m~3;基于黄河下游河道洪水泥沙输移规律,以维持黄河下游河道基本不淤积为约束条件,分析单位输沙水量随含沙量的变化情况,提出了高效输沙洪水泥沙优化配置指标,即洪水流量为4 000 m~3/s、河道淤积比为0～15%时,相应的高效输沙洪水含沙量配置区间为50～75 kg/m~3。     

小浪底水库“拦沙后期”水沙调控运用的思考

阐述了小浪底水库对黄河下游防洪减淤的贡献和当前下游河道出现的新情况。根据三门峡水库的经验,提出在"拦沙后期"水库下泄泥沙的级配控制、扩大下游河道的输沙能力、水库高含沙调控等水库水沙调控可能遇到的挑战。建议在"调沙减淤"的理念下,制定新的水库水沙调控模式和运行方式,建立包括水库以及下游河道在内的一整套水沙调控决策系统,以尽可能地延长水库寿命和确保下游河道的长治久安。     

黄河下游的防洪问题及对策

本文扼要分析了黄河下游河道的特点,根据当前防洪治理存在的问题,提出今后的治理对策。作者认为,泥沙对下游防洪的不利影响是多方面的,彻底解决泥沙问题需要综合治理、长期治理。继续兴建干流水库控制洪水泥沙,可以迅速改善下游宽河道冲淤变化剧烈的不利局面,延缓河道继续淤积抬高,显著削减下游洪水。配合其他措施,保持下游河道百年内外稳定和安全是可能的。     

纪念人民治理黄河70年 治黄科技成果及应用回顾

正黄河调水调沙理论与实践黄河的根本问题是水少、沙多、水沙关系不协调。黄土高原严重的水土流失,造成大量泥沙在黄河下游强烈堆积,使下游河道成为地上悬河,防洪形势非常严峻。黄河调水调沙是通过人工手段改变天然水沙不平衡关系的减淤方式,力图控制位于关键地位的水库