黄河下游平面二维非恒定输沙数学模型:II-模型验证

采用黄河下游1982年洪水资料，选取花园口至夹河滩河段为计算区域，对所建模型进行了验证计算，结果表明本模型计算的洪峰传播过程，水位变化过程及含沙量变化过程等均与实测结果接近，流速场、主流线等也较符合实际。从而证明了所建立起的平面二维非恒定输沙数学模型与相应的数值计算方法能够模拟黄河下游河道水沙演进过程及河床冲淤变形规律。     

黄河下游平面二维非恒定输沙数学模型:II—模型验证

采用黄河下游1982年洪水资料,选取花园口至夹河滩河段为计算区域,对所建模型进行了验证计算,结果表明本模型计算的洪峰传播过程,水位变化过程及含沙量变化过程等均与实测结果接近,流速场、主流线等也较符合实际。从而证明了所建立起的平面二维非恒定输沙数学模型与相应的数值计算方法能够模拟黄河下游河道水沙演进过程及河床冲淤变形规律。     

人类活动影响下的东江下游博罗浅滩河段航道整治

博罗浅滩为东江下游主要碍航河段.近20年来其来水来沙条件与河床演变趋势受大规模河床采沙、上游水库与水利枢纽建设等人类活动影响强烈,对通航条件与航道整治产生重大影响.针对人类活动影响下河床演变与航道整治特点,建立了正交曲线网格坐标系统下的东江下游二维水沙数学模型.在运用水沙实测资料对模型验证的基础上,计算分析了剑潭枢纽运行初期下游的河床冲刷和推荐整治方案实施后的整治效果.结果表明,推荐方案实施后,博罗浅滩河段可满足设计航道尺度要求.     

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。     

小浪底水库2002年调水调沙下游河道洪水演进跟踪模拟计算

本文采用黄河下游河道洪水演进数学模型，开展了2002年汛期小浪底水库调水调沙下游河道洪水演进与河床冲淤演变时实跟踪计算，计算结果与调水调沙后整编的实测资料对比分析发现，该模型能够较准确复演天然河道的水沙演进与河床冲淤演变过程．可以在黄河下游河道洪水演进及河床冲淤演变预测中应用。     

维持黄河下游排洪输沙基本功能的关键技术研究

以河床演变学理论为基础，结合黄河下游河道输沙特点，对河槽的排洪输沙作用进行了量化表述，界定了黄河下游河槽排洪输沙基本功能．提出了黄河下游排洪输沙基本功能的判别指标体系；利用实体模型试验研究和实测资料分析．建立了水沙过程与河槽冲淤及断面形态调整之间的响应关系，提出了近期基本满足黄河下游河槽排洪输沙基本功能的概化水沙过程及相应的水量。并形成了水沙调控指标体系；初步提出了维持黄河下游河槽排洪输沙基本功能的中游水库群水沙联合调度方案。研究成果可为黄河小浪底水库水沙调控提供科学依据．对黄河下游的防洪减灾及水资源可持续利用具有重要意义。     

黄河下游河床演变及过洪能力变化趋势分析

河床演变和设计防洪水位是防洪规划的重要依据，而河床演变主要取决于来水来沙条件。在分析黄河近期水沙变化、河床演变和以往研究工作的基础上，考虑规划水平年的人类活动影响，兼顾经济性和安全性，分析预测了规划阶段的来水来沙条件。利用实测资料分析，泥沙数学模型计算等手段，预测了2020年前的河道冲淤变化。采用水力因子，流量～面积，冲淤改正，水位涨率，水位相关等方法分析计算了黄河下游河道的设计洪水位，为黄河流域的防洪规划提供了重要依据。     

基于洪水过程的黄河下游游荡型河段冲淤特性研究

为了把握洪水泥沙过程对黄河下游游荡型河段河床冲淤调整的影响,通过平面二维水沙数值模拟与实测资料分析,进行了不同水沙过程下黄河下游河道冲淤规律的探讨。研究发现不同洪水泥沙过程对河槽的调整塑造有明显不同的影响,大洪峰流量塑造的河槽在非洪峰期难以维持原有输沙强度。主槽累积刷槽效应与洪水泥沙过程有很好的响应关系,塑造出最适宜河床断面形态的洪水过程才能实现最佳输沙效率。在不同量级漫滩洪水条件中,对应洪峰6 000m3/s的洪水过程,塑造的断面形态具有最大累积刷槽效应,故可采用其作为黄河下游漫滩洪水的调控指标。     

塑造和维持黄河下游中水河槽措施研究

本文通过实测资料分析和泥沙数学模型计算的方法，就如何塑造并维持黄河下游中水河槽进行了系统的研究，分析了在未来可能的水沙条件下黄河下游中水河槽的规模，计算了小浪底水库不同出库水沙条件对塑造黄河下游中水河槽的作用，认为在目前的水沙条件下塑造和维持平滩流量约4000m3/s的中水河槽是可能和现实的，并进一步分析了影响中水河槽塑造和维持的主要因素，提出了塑造和维持黄河下游中水河槽的措施，试图为黄河下游防洪治理和维持黄河健康生命提供技术支持。图4表2参8     

水电枢纽下泄非恒定流作用下的航道整治研究

水电枢纽下泄非恒定流具有日水位、流量频繁大幅波动的特点,对下游河道的河床演变与通航条件产生了严重影响。针对枢纽下泄非恒定流作用下河床演变与航道整治的特点,建立了贴体正交曲线坐标系统下的韩江上游二维水沙数学模型;在运用大量水沙实测资料对模型详细验证的基础上,对推荐方案实施后的整治效果与非恒定流对航深的影响进行了计算。     

漫滩洪水水沙输移的数学模型及其初步验证

本文初步提出了天然冲积河流滩槽泥沙交换的三种模式,分析了入滩含沙量与主槽含沙量的关系,以非均匀泥沙上扬模式为基础,建立了漫滩洪水的一维扩散方程。针对天然河流滩槽流线长度不同的情况,对以往的一维水流连续与运动方程进行了修正。以此为基础利用黄河下游实测资料进行了验证计算,结果表明,计算结果与实测符合较好。     

Two-Dimensional Composite Mathematical Alluvial Model for the Braided Reach in the Lower Yellow River

Abstract

The fluvial processes are considerably complicated in the braided reach of the Lower Yellow River, and the lateral or transverse channel deformation process is especially pronounced. The state-of-the-art of simulation techniques for the channel deformation in the Lower Yellow River was analyzed in this paper, and such a conclusion was drawn that existing mathematical alluvial models only can simulate the longitudinal channel deformation and cannot simulate such the lateral deformation as lateral erosion and failure of bank. Then a new two-dimensional (2D) composite model was developed herein, consisting of a 2D flow and sediment transport submodel and a riverbank-erosion submodel. This model not only can simulate the longitudinal and lateral channel deformations, but also can be used to simulate the fluvial processes of natural alluvial rivers with complex bed morphology. Through using the proposed composite model, the flood routing and channel deformation processes during the August 1982 flood were simulated. The maximum stage along the reach and the discharge hydrograph at the outlet so obtained were in good agreement with the observed data. Simulated results of the channel deformation processes showed that during the flood season, the main channel scours and the flood plain deposits; during the dry season, the main channel deposits and banks of the floodplain retreat due to lateral erosion by the flow and failure under gravity. Such results accord with the annual varying law of bed scouring and deposition in the braided reach.     

黄河下游河型分类与判别模式研究

利用黄河下游11年资料的计算表明，本文在前人研究成果的基础上，根据泥沙运动基本理论、河床演变基本原理以及河流输沙强平衡概念建立的，以实用冲积河流稳定程度公式为理论和计算依据，由模糊聚类分析和判别分析方法构成的黄河下游河型分类与判别模式，可以为小浪底水库运用后黄河下游河型的分类与判别提供有力的理论依据和具体的计算方法，同时，也对其它冲积河流河型的分类与判别有一定的借鉴作用。     

黄河水沙变化与下游河道治理思考

由于黄河水沙条件的不利变化，黄河下游出现了小水大灾和长期断流，三门峡水库“蓄清排浑”运用经验的局限性表现得更为突出。从黄河下游河道输沙，防洪和水资源充分利用出发，小浪底水库应采取泥沙多年调节的运用方式，枯水，平水年蓄水拦沙运用，丰水年洪水期集中泄空冲刷产生讷和洪水，塑造窄深河槽，改造高村以上宽浅河道，利用窄深河槽输送较高含沙洪水入，，经多方案计算结果比较分析表明上述方案减淤效益显著，并可大量节省输     

基于洪水涨冲落淤特性分析游荡性河道双岸整治对冲淤的影响

基于黄河下游及主要干支流、美国密苏里河和密西西比河的实测资料,分析了低含沙洪水和高含沙洪水的输沙与冲淤特性。研究表明,河道沿程比降虽然变缓,但河宽变窄,流速沿程增加,是造成冲积河流保持洪水输沙平衡的边界条件。底沙的运动比洪水波传播得慢,是造成洪水在河道中长距离冲刷的根本原因,而与河道的比降陡缓关系不大。河道输沙特性呈现"多来多排",是形成河床沿程冲刷的水流动力条件。通过黄河下游河道双岸整治,河道形成窄深、归顺、稳定的河槽,使洪水造床和输沙作用增强,从而对河道冲刷作用增加。     

郑州黄河洪水特点分析

郑州黄河不同来源区的洪水有着不同的特点，洪水在运行过程中与河床交互作用，水流与河床、滩地与主槽俱发生泥沙交换；生产堤的存在改变了洪水正常的演进规律；洪水的传播时间和水位表现受多种因素的制约；高含沙洪水对防洪工程威胁大，有其突出的特点；洪水预测是一项深入、细致、复杂的工作，黄河水文资料应该向流域内外专家学者开放。     

高含沙水流游荡型河道滩槽冲淤演变特点及机理分析

黄河下游游荡型河道河术逐年淤积抬升的众多影响因素中，高含沙洪水起着十分重要的作用，本文根据概化模型试验结果和野外实测资料，分析了高含沙水流游荡型河道滩槽冲淤演变特点，特别提出窄深河槽一方面由高含沙水流自身塑造，另一方面游荡型河道中由高含沙水流塑造的窄深河槽又表现出相对的不稳定性。     

黄河下游游荡型河段洪水演进与河床变形过程的数值模拟

黄河下游游荡型河段的河床变形过程相当复杂，横向变形尤为突出，现有水沙数学模型一般仅能模拟河床纵向冲淤，不能模拟滩岸横向冲刷与崩塌，本文将平面二维水沙数学模型与粘性河岸冲刷的力学模型相结合，建立河床变形的平面二维混合模型。然后以黄河下游花园口至夹河滩的游荡型河段为例，采用该混合模型，首次较为全面地模拟了1982年汛期的洪水演进与河床变形过程。沿程最高水位、出口断面流量过程等计算值与实测值符合较好。计算结果还表现为大水时主槽冲刷，滩地淤积；小水时主槽淤积，滩地崩塌。该计算结果与游荡型河段的年内冲淤变化规律一致。     

黄河下游洪水期断面调整对过洪能力的影响

水位表现是水流与河床边界相互作用的客观反映。对于不同的河流二者所起的作用各不相同，一般河流，河床变形不显著，水位主要依赖于流量的大小而变化；而像黄河这样的多沙河流，周界变化迅速，尤其是洪水期，槽冲滩淤，涨冲落淤，断面调整对水位影响很大。文中从定性到定量对中低含沙量的各级洪水，主槽冲刷对过洪能力的影响进行了详细分析，成果对防洪有指导意义。     

不同来源区洪水对黄河下游游荡河段河床横断面形态调整过程的影响

以黄河下游实测流量过程等水文资料为基础 ,从流域系统的角度出发 ,以洪水作为联系流域系统各子系统耦合关系的指标 ,揭示了不同来源区洪水对黄河下游游荡河段洪水前后河床横断面形态变化的不同影响及其原因。上少沙来源区洪水使河床形态变宽浅为主 ,变宽浅主要由于主槽淤积所造成 ;下少沙来源区洪水使河床宽深比以变窄深为主 ,主要由于主槽冲刷所造成 ;多沙粗沙来源区洪水造成河床宽深比减小 ,主要由于高含沙洪水淤滩刷槽所造成 ;多沙细沙来源区的洪水后宽深比变化不大 ,仅略减小 ,也存在淤滩刷槽的过程