黄河下游河道的输沙平衡关系及应用

Equilibrium sediment transport relations in terms of discharge and channel shape for the lower Yellow River were obtained by introducing the characteristics of sediment transport of the lower Yellow River into the general formulations of equilibrium sediment transport for two-phase heterogeneous flows. These relations can be used for analyzing the characteristics and trend of adjustments in longitudinal and transverse channel shapes of a channel reach in response to variations of flow and sediment load. The applicability of the equilibrium sediment transport relations was verified for adjustment of channel cross section based on the stage-discharge relation of a typical hyperconcentrated flood at the Jiahetan station in 1977, which indicates that the adjustment was not a permanent one.The proposed equilibrium sediment transport relations for the lower Yellow River are closely related to parameters of “equilibrium slope” and “hydraulic geometry” used in river training. Because of the adjustment of channel slope is related to cross-sectional shape, the cross-sectional parameter must be included in the “equilibrium slope”.The equilibrium sediment transport relations for the lower Yellow River provide a quick calculation method for various channel designs. This is very important for transport of sediment from the Yellow River to farmland using irrigation channels, deposition of sediment on floodplains using desilting channels, and reduction of sediment deposition in the lower Yellow River.     

黄河下游河段平滩流量计算及变化过程分析

黄河下游不仅断面形态复杂,而且主槽形态特征及过流能力沿程变化较大。因此采用河段平均的特征变量来描述主槽形态及过流能力更具有代表性。本文提出了基于对数转换的几何平均与断面间距加权平均相结合的方法表示河段平均的主槽特征变量,计算的河段平滩宽度、水深、面积及流量恒满足水流连续条件。采用该方法计算了1960-2006年中典型年份花园口至高村游荡河段的平滩流量。结果表明河段平滩流量能从总体上综合反映游荡段主槽的过流能力,且其变化幅度远小于断面平滩流量。分析了河段平滩流量与所在河段冲淤量的关系,并建立了河段平滩流量与进口断面两年平均的汛期流量及来沙系数的相关关系。计算了近期黄河下游各河段平滩流量的变化过程,所得结果较好地描述了平滩流量在高村至艾山河段较小,在其上游游荡段及下游弯曲段相对较大的驼峰现象。     

黄河上游高含沙支流入汇与交汇区淤积形态试验研究

黄河上游支流十大孔兑高含沙洪水入汇干流、在交汇区形成沙坝淤堵黄河是一种特殊的干支流交汇现象。通过模型试验对孔兑高含沙洪水入汇过程和交汇区沙坝淤积形态进行了初步研究。结果表明：相较于一般水流入汇,高含沙水流入汇造成的交汇口上游壅水程度更高,下游回流区范围更大;壅水区发生强烈的高含沙水流逆行扩散和异重流潜入运动,异重流运行长度是干流流量和干支流动量比的函数。壅水区形成具有倒坡降的楔形淤积体,回流区形成带状淤积体,水流偏转区和高流速带形成凹坑。支流总来沙量是影响淤积规模的重要因素,各部分淤积体几何特征与支流来沙量有很好的正相关关系。     

扰动可预知算法在实际渠道上的应用

简要介绍了积分-时滞模型及其参数率定过程,对积分-时滞模型进行离散化处理构造出全状态空间模型,利用状态空间模型对扰动可预知算法进行设计。最后,将该算法应用在美国亚利桑那州Maricopa Stanfield灌溉输水区W-M支渠,并和当前使用的线性二次型（LQR）算法进行比较和分析,得出一些应用性结论,这些结论对于渠道运行控制系统设计及算法选择均具参考价值。     

河型自然分类的河流模糊等价矩阵聚类方法

任意一种河型的河流集合都足河流模糊集合,河型之间的关系为模糊关系,由此建立了冲积河流河型自然分类的河流模糊等价矩阵聚类方法.该方法应用了河型成因的输沙平衡程度理论假说和输沙平衡程度公式.利用黄河下游20年资料的计算结果表明,采用该方法可以有效地对冲积河流河型进行自然分类和预测.根据河型自然分类结果,对不同河型的输沙平衡程度数集合进行分析,可以揭示河型之间的本质联系与区别.     

大型输水渠道退水口的退水能力研究

选取南水北调中线工程输水干渠中的澎河和澧河退水闸,采用一维非恒定计算软件,模拟计算各种紧急情况下干渠中的非恒定流态,对其退水能力进行分析和校核。结果表明:渠段两端闸门同时紧急关闭且退水闸不启用时,渠段中的水面会发生长时间的振荡。同时关闭草墩河和澎河节制闸以及该渠段间的分水口时,在设计流量下,即使不开启退水闸,也不会引起渠道漫溢;在加大流量的情况下,澎河退水闸和澧河退水闸必须同时启用至少3 h才能有效避免漫溢事故的发生。所关闭的两个节制闸间的渠段越长,退水闸运行的时间也越长。     

南水北调中线输水渠道的漫溢现象分析

针对南水北调中线输水渠道缺少调节水库的现实情况,采用一维非恒定流数学模型,模拟了渠道中某一节制闸出流量以不同速率关闭而导致上游渠道中出现的水流漫溢现象。结果显示,水流漫溢现象最先发生在被关闭节制闸前。闸下出流量的变化速率越快,出现漫溢的时间也越短,闸门关闭期间的闸前水位上涨速度与闸下出流量的变化速率呈线性变化关系。实际条件下,为尽量避免出现漫溢事故,应尽量缓慢关闭闸门,延长渠道出现漫溢的时间,以留出更多的时间去启动退水闸或其他分流设施。     

三门峡水库淤积及潼关高程的滞后响应

研究了三门峡水库淤积和潼关高程随坝前水位和来水条件变化的响应规律，分析了库区河床演变的滞后现象。发现水库的累计淤积量和潼关高程，不仅受当年水沙条件和坝前水位的影响。而且通过前期边界条件，还受过去若干年内的水沙条件和坝前水位的影响。表现在潼关高程的升降变化较库区泥沙淤积滞后大约2年，库区累计淤积量与5年叠加坝前水位关系密切，潼关高程与6年叠加入库水量之间具有较好的相关关系，以及潼坫段比降与7年移动平均坝前水位之间的关系最好。     

黄河下游宽河段闸前微差爆破开槽冲刷成渠方法研究

在黄河下游宽河段,由于主流摆动,常造成引水口脱溜,导致引水不能正常进行。本文提出的微差爆破开槽冲刷成渠方法,是在湿滩的情况下,用微差爆破技术形成可以冲开的最小引槽,引水冲刷,最终形成闸前引水渠的成渠方法。本研究表明,爆破开槽冲刷成渠方法可以解决宽河段河道主流与闸门之间的引水渠畅通问题。爆破试验表明,控制微差爆破的最大爆破深度和一次最大引爆药量,可以有效地控制爆破引起的饱和土液化范围;用爆破技术可以在湿滩上形成成型的引槽,成型引槽的空槽状态可以保持20分钟左右,此后,爆破形成的槽壁泥沙压实层可以被返回的剩余超静空隙水压力冲散,由水和细沙组成的稀泥浆从槽壁涌出,形成“浆河”。试验和计算表明,爆破形成的引槽,存在细沙从槽壁压出回填入槽的特点,有利于快速冲刷形成引渠。     

美国基西米河生态修复工程的经验

美国佛罗里达州基西米河1962～1971年的河道渠化工程，将本来蜿蜒的天然河流变成了几段近似直线的人工运河，提高了河道的排洪能力，但同时也对河流生态环境造成了严重的负面影响。为了恢复河流原有的生态面貌，进行了一系列的生态修复试验，包括改变上游水库的运用方式，塑造具有季节性变化的来流条件；修建拦河坝，人为抬高水位以恢复两岸的湿地；回填被渠化的河道，恢复其自然蜿蜒状态。基西米的经验告诉我们，在利用渠化工程行洪时，不可忽视其对生态影响；通过恢复河道的自然水文水力条件进而重建其生态环境是有效措施。