黄河高含沙洪水"揭河底"冲刷研究综述

对以往黄河高含沙洪水"揭河底"冲刷的研究成果进行了归纳和总结,从"揭河底"冲刷发生的机理﹑河床边界条件﹑水沙条件﹑判别指标﹑试验研究﹑数值模拟等有关方面给出了已有的研究成果,并提出今后"揭河底"冲刷需要继续深入研究的问题:①黄河"揭河底"冲刷发生时的水沙条件、河床边界条件和河床淤积物分层问题;②黄河"揭河底"冲刷的判别条件和指标问题.     

黄河 揭河底 判别指标理论研究及验证

在广泛的原型调研及模型试验研究基础上,作者认为,河床淤积物层理结构中胶泥层(块)的存在为"揭河底"发生提供了必要的前期条件,而高含沙洪水期水流作用于胶泥块引起上下表面脉动压力波传播速度不同形成瞬时上举力,是发生"揭河底"现象的直接原因。本文基于"揭河底"发生时的力学关系分析,创新性地利用瞬变流模型,建立了"揭河底"现象发生的临界判别指标;通过开展的"揭河底"室内模拟试验,确定了临界指标中的系数K值,并利用跟随性较强的模型试验资料及黄河小北干流放淤输沙渠资料及黄河龙门站资料对公式进行了验证,结果吻合较好。该成果为天然河道中"揭河底"现象的预测预报提供了理论支撑。     

黄河小北干流河段"揭河底"冲刷条件分析

通过现象分析，在黄河小北干流河段小流量(1220m^3／s-4600m^3／s)和持续高含沙量(500kg／m^3-790kg／m^3)的情况下也可产生局部揭河底冲刷。小北干流河段河床已经具备了揭河底的边界条件，如果水沙条件具备，很可能再次发生“揭河底”。     

黄河河床演变的典型现象及相关研究概述

简要总结了黄河小北干流"揭河底"及下游二级悬河等典型河床演变现象的相关研究成果。河床层理淤积及黄河特有的水沙条件是"揭河底"形成的前提,高含沙洪水期间水流作用于胶泥块以后引起上下表面脉动压力波传播速度不同而形成的瞬时上举力是发生"揭河底"现象的直接原因;黄河高含沙洪水期间河道横向输沙的极不平衡是逐步形成二级悬河典型横断面形态的根本原因。     

黄河小北干流"揭河底"冲刷对策探讨

“揭河底”冲刷是高含沙洪水与河床边界矛盾对立急剧转化的必然结果，防止“揭河底”冲刷关系在于改善河床边界条件和水沙条件。提出了加强工程维修管理，加大河道治理力度，适时调水调沙，做好监测预报和水土保持工作，全面落实防汛责任制等治理对策。     

黄河小北干流河段揭河底规律分析

“揭河底”现象是黄河高含沙洪水特有的一种泥沙运动方式.本文通过对历史“揭河底”水文资料的统计和分析,提出了历史“揭河底”发生的水沙条件、河道边界条件、河床淤积物组成,总结了其发生的规律.该研究进一步探讨了黄河小北干流河段“揭河底”冲刷现象的运动机理,充分发挥冲刷塑造窄深河槽的积极作用,减小了冲刷造成的危害,对在治黄中如何利用“揭河底”规律,趋利避害有一定的指导意义.     

黄河“揭河底”机理研究及室内模拟试验

在深入调研及广泛收集整理现有研究成果的基础上,剖析了黄河"揭河底"现象发生的过程和主要特征;扩展了"揭河底"现象的概念;揭示了黄土高原特有的水文特征、下垫面条件及产流产沙过程、水沙组成等是形成"揭河底"河段典型河床层理淤积结构的前提条件;细颗粒泥沙絮凝效应是层理淤积结构中"胶泥层(块)"形成的机理。指出具有一定结构强度的"胶泥层"是"揭河底"发生的首要条件,特殊的来水来沙条件为其提供了揭底冲刷的动力。在此基础上,构建了动态的"揭河底"物理图形,即胶泥块形成、逐渐淘刷、失稳揭出、翻出水面4个动态过程;揭示了胶泥块上下表面脉动压力波传播速度不同引起的瞬时上举力是"揭河底"现象发生的真正机理。首次开展了真正意义上的室内"揭河底"模拟试验,探索了"揭河底"试验模拟技术,印证了"揭河底"物理图形的正确性,为后续判别指标的研究奠定了基础,同时也为近距离观察"揭河底"现象、观测同步水力泥沙参数提供了条件。     

逆坡水流垂线流速分布特征及其形成机理

天然河流中，常有自深水区向浅水区流动的逆坡水流。这种水流并不循环一般顺坡和平底河床中正常水流面层流速最大，中、底层流速渐小的垂线流速分布规律，而是中层流速最大，面层与底层流速相近的异常分布。异常分布的形成机理主要是：河底的逆向坡度造成沿流程水深不断减小，使水流受到来自河床的垂向挤压束狭作用，导致中底层水流流速大幅急剧增加，由于这种垂向挤压束狭作用是自河底向上递减的，故底层受到的束狭作用最大，但底层     

逆坡水流垂线流速分布特征及其形成机理

天然河流中，常有自深水区向浅水区流动的逆坡水流，并不遵循一般顺坡和平底河床中正常水流面层流速最大，中、底层流速渐小的垂线流速分布规律，而是中层流速最大，面层与底层流速相近的异常分布，异常分布的形成机理主要是：河底的逆向坡度造成沿流程水深不断减小，使水流受到来自河底的垂向挤压束狭作用，导致中底层水流流速大幅急剧增加，由于这种垂向挤压束狭作用是自河底向上递减的，故底层受到的束狭作用最大，但底层水流受河床阻力影响也最大，使流速的增值反比中层水流小，从而形成中层流速最大的异常现象，又由于过去的流速分布表达式没有考虑河床地形（特别是逆向坡度）对流速分布的影响，故本文提出了引入修正系数的流速分布表达式，从而扩大了流速分布公式的适用范围。     

桥墩水流特性大涡模拟研究

采用大涡模拟（LES）数学模型对河道中单个桥墩及3个桥墩条件下的水流运动进行数值模拟。计算结果与试验结果吻合良好。对计算得到的墩前及墩后流速变化、水位变化、剪应力分布、涡量变化及频谱进行分析,基于以上分析发现:桥墩间距较窄时（s/D=2）,墩前不同位置（0＞x/D＞-5）处的垂向流速绝对值|Uz|大于其他工况条件下相同位置处的流速,而在墩前x/D5）,中心桥墩两侧的桥墩对中心桥墩尾流区的干扰减弱,叠加效应可以忽略。桥墩间距较窄时（s/D=2）墩后x=0.5D处计算得到的涡漩特征长度与桥墩直径基本相同,该处涡漩主要由单个桥墩的尾流产生,而桥墩后x=5D处的涡漩特征长度与3倍的桥墩直径一致,中心桥墩后x=5D处的涡漩由3个桥墩叠加产生。     

官地水电站工程截流优化研究

在深覆盖层河床上采用立堵法截流,河床冲刷及截流材料损失一般会比较严重。官地水电站河床覆盖层最大厚度达33 m,如何采取工程措施减少河床冲涮、降低截流难度是一个重要的研究课题。在充分分析各种条件的基础上,针对官地水电站工程截流特点,通过大量的技术研究和试验,巧妙利用地形实施了龙口护底,有效减少了河床冲刷及截流材料损失,实现了设计方案因地制宜,为截流护底设计技术另辟了一条新思路。     

黄河洪水演进洪峰增值现象及其机理

2004～2006年小浪底水库异重流排沙期间,在小浪底～花园口区间出现了下断面的洪峰流量明显大于上断面洪峰流量的洪峰增值现象.本文详细描述了洪峰增值现象发生过程和主要特征.通过对黄河小浪底水库及其下游河道实测资料的研究和水力学理论分析认为,洪水发生洪峰增值的主要原因是河道糙率的大幅度减小.河道糙率与水流含沙量、悬沙级配、床沙级配、床沙床面形态、河道断面形态及河岸周界情况等因素有关.在小浪底水库异重流排沙之前有清水下泄过程,使河道床沙粗化,糙率大幅度增大,当异重流出库后,高浓度细颗粒泥沙使水流黏性增加、紊动削弱,河床被极细沙填附,河道糙率大幅度减小,导致后续水流流速加大,并赶上前方水流,发生洪峰叠加.     

黄河治理的终极目标是 “维持黄河健康生命 ”

"维持黄河健康生命"是一种新的治河理念,其初步理论框架为:"维持黄河健康生命"为黄河治理的终极目标;"堤防不决口,河道不断流,污染不超标,河床不抬高"是体现终极目标的4个主要标志。该标志可以通过减少入黄泥沙措施的建设、流域及相关地区水资源利用的有效管理、增加黄河水资源量的外流域调水方案研究、黄河水沙调控体系建设、制定黄河下游河道科学合理的治理方略、使下游河道主槽不萎缩的水量及其过程塑造、满足降低污径比使污染不超标的水量补充要求、黄河河口治理、黄河三角洲生态系统的良性维持等途径得以实现。"三条黄河"建设是确保各条治理途径科学有效的基本手段。     

基于3S技术的黄河内蒙古段河道演变特性分析

为揭示黄河内蒙古段河道形态大尺度、长序列的演变规律,选取典型河段蒲圪卜—岔河口为研究对象,以1995—2013年4期(1995年、1999年、2006年和2013年)多光谱遥感影像为数据源,采用3S技术,结合RTK实测数据,对不同年份129个测量断面的河道平面摆动及河槽宽度变化进行了分析。结果表明,基于3S技术解译的河道形态与实测河道形态吻合较好,1995—2013年研究区河槽宽度在波动中呈萎缩趋势,2013年与1995年相比主河槽宽度平均萎缩了32.24 m,变化率为-9%;弯道处多次出现裁弯取直,河床地质条件、河道来水来沙条件及河道形态是影响河道演变的重要因素;相比于基岩河床,砂质河床的河槽宽度变化率较大,变化幅度为-12%~-33%;昭君坟断面较明显的河槽萎缩是受南岸库布其沙漠及上游"十大孔兑"入黄沙量增加的影响。     

黄河下游高村-陶城铺河段边界阻力能耗与河床稳定性分析

从河床边界阻力能耗角度研究河床形态调整规律,引入河床稳定性指标,探讨与边界阻力能耗率的相关性。以黄河下游高村至陶城铺河段为研究区域,采用实测资料、理论解析与数值模拟相结合方法,基于不同年份河道地形,计算出不同流量条件下的水力要素与边界阻力能耗率,分析河床形态调整过程及边界阻力能耗率响应,讨论了边界阻力能耗率与河床稳定性关系。结果表明：边界阻力能耗率沿程均值和波动强度随着流量增大而增大;阻力能耗率随着过水面积或宽深比呈先减小后增大趋势,且与河床稳定指标呈正相关关系,但能耗率趋近最小值时,河床也可能发生下限失稳。通过优化河床断面形态,维持河床稳定情况下寻求边界阻力能耗率最小,能够提高河槽的输水输沙能力。     

一种“动底”情况下 ADCP 流量误差修正方法

走航式ADCP在河流流量测验中得到广泛运用,但当河床存在走沙现象时,“底跟踪”模式下流量测验受影响显著。该文从ADCP的流量计算原理及误差成因出发,提出用计算航迹偏移量的方法来推算河床走沙影响的流量偏小值,以完成对“底跟踪”流量的修正,为无GPS定位条件下,使用ADCP获得可靠流量数据提供一种新的计算方法。     

黄河揭底冲刷的理论分析

本文从理论上深入研究了黄河上“揭底冲刷”的现象 ,包括土块的起动流速 ,它的上升运动 ,露出水面的条件 ,以及它的下降和沿纵向运动。通过较详细的力学分析 ,给出了有关临界条件和运动方程及其解。这些结果不仅能解释已经观测到的“揭底冲刷”时的各种现象和资料 ,而且能从更深的层次揭露一些尚未被阐述的机理。本文的研究既强调揭河底时水流与泥沙运动的特点 ,也注重它作为一般泥沙运动的共性 ,从而丰富了泥沙起动、推移等的研究领域。     

论黄河下游河道的改造与“二级悬河”的治理

本文对黄河下游滩地分布和“二级悬河”的发展过程、现状及其形成原因进行了深入分析，指出水沙条件变化是形成“二级悬河”的主要原因，生产堤和河道整治工程的修建加速了“二级悬河”的发展，要立足于下游、着眼于全流域，从水沙优化配置、人与自然和谐相处、社会经济发展与黄河治理开发协调发展的战略高度，探讨“二级悬河”的治理。在系统分析和总结“二级悬河”和下游河道治理各种设想和措施的基础上，指出今后黄河下游河道治理的方向是进行河道的改造。下游河道治理已进入宽河道与窄河道相结合、综合治理滩区．逐步向窄河道发展的时期，“二级悬河”的治理是其中的组成部分，具体设想是：通过下游河道的改造，滩区的综合治理，形成由现有宽河道、改造后窄河道和窄深主河槽三者相结合的输水输沙和滞洪淤沙系统。并提出了下游河道改造与“二级悬河”治理的具体措施和技术指标，以及需要研究的关键技术问题。     

汉江兴隆水利枢纽下游近坝段水位下降成因及防治对策

汉江兴隆水利枢纽2013年运用以来,坝下游近坝段中、枯水期水位较建坝前发生了不同程度的下降,到2018年枯水位最大下降1.67 m,造成船闸闸槛水深不足,影响船舶顺利过闸。基于对该河段实测水文、地质、河床地形资料分析,对坝下游近坝段水位下降的原因和防治措施进行了研究。结果表明:枢纽的清水下泄和河床床沙易被冲动,使河床平滩河槽冲刷下切和展宽,是造成坝下游中、枯水期水位下降的主要原因。为此,提出了对坝下游近坝段平滩河槽进行护底、修筑潜坝等工程措施来防治河床冲刷并适当抬升河道枯水位,同时建议尽快修建引江补汉工程增加汉江中下游枯水期来水流量,从根本上解决船舶过闸问题和坝下游河道中、枯水期水位下降带来的不利影响。