高含沙洪水造床规律及河相关系研究

利用黄河实测资料，并结合黄河花园口至东坝头河道动床模型试验，研究了黄河下游高含沙洪水造床规律，河相关系及高含沙洪水期窄深河槽演变过程，明确指出：高含沙洪水期形成的窄深河槽难以长久维持下去，而且高含沙洪水形成的窄深河槽是以前期河床的严重淤积为代价的，对河道的破坏作用惨重。如何小浪底水库采用高含沙洪水加大排沙入海的运用方式可能会对下游河道的演变和下游防洪带来很多不利利的影响，对此应持慎重态度。     

小浪底水库泥沙多年调节的减淤效果初步研究

由于黄河水沙条件的变化,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,平水枯水年蓄水拦沙运用,丰水年集中泄空冲刷产生高含沙洪水,塑造窄深河槽改造高村以上宽浅河道,利用窄保河槽输送高含沙洪水入海,计算结果表明对黄河下游减效果显著,并可大量节省输沙用水。     

论调水调沙与束水攻沙

水库调水调沙的主要任务是在丰水年洪水期，小浪底水库主动降低水位泄洪冲刷，把泥沙尽量调节到洪水期输送，减少小水挟沙，增加洪水的造床和输沙作用，减少全下游河道淤积。平、枯水年份取消输沙用水。通过双岸整治河道，防止清水冲刷河槽展宽，稳定主槽，控导河势，提高游荡性河道的输沙效率，形成顺直、归顺的排洪输沙通道——窄槽宽滩。窄槽用于排洪输沙，宽滩用于特大洪水时滞洪削峰。洪水输沙、水库多年调沙与束水攻沙相互配合，是实现黄河下游河槽不抬高的必要条件。     

1946年以来黄河下游泥沙治理研究的主要进展

1946年以来,关于黄河下游根治的认识,首先经过“治本靠拦沙”到“下游也有治本任务”的重大转变,然后,是对“下游也有治本任务”进一步全面深入的分析论证.“黄河下游也有治本任务”的论证具有高度的科学性.重点对围绕“下游也有治本任务”的研究作了梳理总结,主要进展为,多来多排现象的发现、“小水挟沙”的不利影响和对洪水重要性的充分认识、山东河道的输沙潜力及窄深河槽排洪输沙能力的论证、泥沙多年调节思想的形成和发展.通过水库水沙调节优化进入下游河道的水沙过程.将下游高村以上宽河道整治成窄深河槽,使整个下游形成一个输沙通道输沙人海.     

小浪底水库泥沙多年调节与下游河道整治挖沙

面对黄河水沙条件的不利变化,以及水资源越来越宝贵的现状,利用人造洪峰冲刷下游河道已失去实用价值。小浪底水库泥沙多年调节方式,使黄河的泥沙主要由高含沙洪水输送,利用窄深河槽输沙入海,不仅能适应黄河水沙条件的不利变化,而且使河道的减淤、水资源的充分利用及水库的兴利紧密结合,与其他的运用方式相比明显优越。分析与方案计算表明,小浪底水库应尽量保持部分施工导流设施的泄流能力,其调水调沙运用的好坏,关系到黄河下游河道治理的前途。     

论黄河下游调水调沙与束水输沙

讨论了黄河下游调水调沙、束水输沙及河道整治问题,认为:充分利用黄河窄深河槽在洪水期具有的输沙潜力和泄洪能力这一天然特性,将成为治理下游河道的主攻方向;在"拦、排、调、放、挖"各项措施中,"调"是核心,是关键;小浪底水库调水调沙的主要任务是把泥沙尽量调节到丰水年洪水期输送,河道整治的任务是通过双岸整治,防止清水冲刷河槽展宽,稳定主槽,控导河势,提高游荡型河道的输沙效率,形成顺直、归顺的排洪输沙通道;洪水输沙、水库多年调沙与束水输沙相互配合,是实现黄河下游河槽不抬高的必要条件.     

黄河下游游荡性河道双岸整治面临的问题

为全面认识黄河下游游荡性河道双岸整治的效果和可能带来的影响,对双岸整治的实施背景和预期效果进行总结,详细分析了双岸整治面临的工程和社会环境等方面的问题。认为当前黄河下游防洪形势虽得到改善,但也面临下游游荡性河道输沙能力不足、下游部分河段河势恶化等问题。指出双岸整治的主要效果在于通过丁坝等工程实施黄河下游双岸整治,塑造窄深河槽,利用窄深河槽很强的泄洪输沙能力并结合小浪底水库的调节运用使得大部分泥沙通过洪水输运,同时依靠整治工程消除横河、斜河等不利河势;双岸整治面临的主要问题有:黄河下游大洪水仍有可能出现,整治工程带来的水位壅高,整治河段挟沙能力提高造成的下泄泥沙对山东窄河道和黄河河口产生影响,以及工程实施带来的土地权属、引黄供水和环境影响等问题。     

黄河下游河道河槽形态与输沙特性研究

根据多年实测大断面统计资料,分析了黄河下游各河段的水面宽、宽深比B/h、单宽流量与流量的关系。结果表明:高村以上游荡型河道随着流量的增加,宽深比B/h增加、单宽流量减小,为宽浅型河道;艾山以下情况与高村以上相反,为窄深型河道。在实测资料范围内,河段的输沙特性与河槽形态关系密切,宽浅型河道具有"多来多淤多排"的输沙特性,窄深型河道在洪水时具有"多来多排"的输沙特性。河槽形态的沿程变化,使得洪水输沙能力没有因比降沿程变小而降低,而是随河宽的沿程变小,洪水的输沙能力沿程增强。河道底沙的运动速度比洪水传播慢,这是造成黄河下游河道长距离冲刷的根本原因。     

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。     

高含沙洪水输水输沙特性及对河道的破坏作用与机理研究

本文通过原型，模型实测资料分析，论述了黄河下游高含沙洪水河床演变规律及高含沙洪水在窄深河槽形成前后输水输沙特性的变化、现行河床条件下高含沙洪水造成洪水传播特性异常的原因和高含沙洪水对河道的破坏作用，意在指出小浪底水库正常运用期内要尽可能地避免出现高含沙洪水或少出高含沙洪水。     

大洪水条件下黄河下游河道冲淤及滩区安全

在大洪水期行洪滞洪沉沙是黄河下游宽滩区的主要功能之一。近十几年来,随着黄河水沙的变化和小浪底水库的建成运用,对宽滩区运用方式的争论更为激烈,却一直缺乏系统的对比研究。为此,黄科院利用小浪底至陶城铺河道实体模型,采用2013年汛前地形,开展了黄河下游宽滩区是否修建防护堤两种不同运用方式下,大洪水期的洪水演进试验,通过对比分析不同运用方式下的下游河道在冲淤演变、洪水位变化和滩区防洪安全等方面的问题,探讨了大洪水条件下黄河下游河道冲淤及滩区的安全形势,以期为黄河下游河道治理措施的决策提供科学的参考依据。结果表明,宽滩区修建防护堤后,中常高含沙洪水条件下主槽淤积量小于不修防护堤方案,大洪水条件下主槽冲刷量大于不修防护堤方案,说明主槽过流能力和输沙能力均有所增大。但是,修建防护堤后的嫩滩淤积量,两种洪水条件下均呈现出明显大于不修防护堤方案,河道的横断面形态和"二级悬河"形势均有所恶化。同时,由于目前地形条件下夹河滩以上河段主河槽过流能力达到了6 000m3/s,洪水向下游的演进速度和水量明显增加,导致高村以下的洪水位比不修防护堤时显著提升,增大了高村以下河段的防洪压力,滩区的防洪安全受到严重威胁。     

黄河利用洪水排沙不必刻意拦粗排细

简要总结我国在黄河泥沙输移方面的研究成果,根据笔者多年的研究,得出如下结论:可以利用高含沙洪水输沙入海,适宜输送的不是低含沙量的水流,而是含沙量大于200 kg/m3的高含沙水流。黄河下游洪水期窄深河道多来多排的输沙特性是造成河道多来多排的机理,在低含沙水流时水流的流速达到1.8~2 m/s,床面进入高输沙动平整状态。不仅全沙如此,造床质泥沙(d>0.025 mm的粗泥沙)也存在着同样的输沙规律。小浪底水库的泥沙多年调节,充分利用下游河道的洪水输沙潜力输沙入海,是解决黄河下游泥沙问题和节省输沙用水的有效技术途径。平水年、枯水年小浪底水库不排沙,全部水量用于兴利和环境用水,利用洪水排沙不必刻意拦粗排细。     

黄河下游河道洪水冲淤临界水沙条件的研究

本文总结了以往对黄河下游河道冲淤临界条件的研究情况,根据非饱和输沙理论导出了河段排沙比与水沙系数关系,通过1960～1999年422场次洪水资料的统计分析,建立了黄河下游各河段的冲淤临界水沙条件,该水沙条件包括了洪水平均流量、含沙量,给出了黄河下游花园口以上、花园口～高村、高村～艾山、艾山～利津4个河段在不同三黑小(三门峡、黑石关和小董3站)水沙组合情况下的冲淤关系,该临界水沙条件可为小浪底水库调度决策以及黄河下游治理提供参考。     

黄河小浪底水库运用与下游河道防洪减淤问题

黄河下游淤积发展的根本原因是来水流量减少、河运输沙能力严重不足．通过干流小浪底水库“调水调沙”运用，减少下游河道淤积的指导思想，似乎仍然建立在河道输沙能力强，足以将大部分或绝大部分泥沙输送入海的认识基础上．极据黄河下游水沙特性及河道的具体条件，通过试验得出河道输沙能力的关系，分析了不同河段输送各级含沙量需要的输沙流量及游荡性河段在高含沙条件下的演变特性和带来的危害．提出在下游来水量日益减少的情况下，河道减淤除利用水库调节水沙外，应采取出库高含沙水流通过渠道向两岸低地放淤等综合减淤措施．其优点是大大减轻了河道的输沙负担，使小浪底水库不受或少受排沙运用制约而发挥应有的综合利用效益，还可大量节约黄河的输沙用水．     

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。     

黄河下游高效输沙洪水研究

在进行以输沙入海为目的黄河小浪底水库调水调沙方案的制定时,必须同时考虑两个目标,即(1)提高洪水输沙效率,减少河道淤积;(2)节省输沙用水,降低水资源消耗.同时满足输沙效率较高和输沙用水较省这两项要求的洪水可称为高效输沙洪水.以黄河下游1950-1985年间历次洪水的实测资料为基础,运用统计方法,研究了黄河下游的高效输沙洪水.研究表明,输沙效率随输沙用水的增大而增大,只有某种中等的输沙用水量与中等的输沙效率的组合,才可能是较优或最优的.高效输沙的排沙比可以取为0.85～1.00之间.基于1950-1985年资料进行了研究,结果表明,黄河下游流量在2 600～4 800m~3/s之间,含沙量在30～50kg/m~3之间,排沙比在0.85～1.00之间的洪水,可以作为高效输沙洪水.若考虑排沙比＞0.85,这样的洪水在1950-1985年间的274次洪水中出现过27次.