不同治理方案下黄河下游河道的冲淤变化研究

为定量比较黄河下游河道现状治理方案(简称为宽河方案)及"两道防线"模式中的防护堤窄河方案(属于常态下的窄河方案)下的河床冲淤变化,通过适用于长历时与长河段的准二维水沙数学模型,引入河床综合稳定性指标作为河相关系均衡调整准则,针对未来黄河年均来沙分别为3亿、6亿、8亿t这3种50 a水沙系列条件进行了模拟计算。结果表明:在来沙量客观上明显减少的趋势下,窄河治理方案不仅有利于滩区的防洪减灾,而且比现状治理方案更有利于河床减淤;若采取年均6亿、8亿t的多沙系列条件开展计算,则窄河方案比宽河方案在小浪底—花园口河段和花园口—高村河段的减淤效果都明显,而高村—艾山河段略有增淤,艾山—利津河段淤积量亦有所减小。     

近期黄河下游河道冲淤演变

1黄河下游河道历年冲淤变化人民治黄50年来，黄河治理开发取得了巨大成就，同时黄河水沙条件发生了新的变化，黄河下游河道冲淤变化经历了几个明显过程。（1）1950年至1960年，三门峡水库建库前，来水来沙为天然情况，河道冲淤演变与天然来水来沙条件有关，演变规律为“多来、多排、多淤”、“少来、少排、少淤”，总的趋势是河床淤积，大水淤滩刷槽，小水淤槽，淤积沿程变化、横向分布不均，年际冲淤变化较大。（2）1960年9月至1964年10月，三门峡水库蓄水拦沙，下泄清水，下游河道冲刷较快，年平均冲刷泥沙5．78亿t，冲刷范围遍及整个下游…     

黄河下游河道冲淤量计算问题研究

沙量平衡方程中，悬沙量差等于测沙误差加区变量。潼关至大坝段，悬沙量差只占断面法冲淤２量的３５％。三门峡站实测悬沙即为全沙，精度较高，推算下游中简１９５２－１９９０年水利沙量测验误差小浪底、利津站分别偏小２．３％和２．４％。花园口，夹河滩站分别偏小９．３％和９．２％，偏小以对量为９．０－４２．４亿ｔ。黄河下游现统测断面较稀，单次测验精度达６８％以上的占７７％；加密实测与现测较少断１３次的冲淤总量相关     

渭河和黄河下游河道冲淤特性研究

对渭河下游和黄河下游河道冲淤特性的研究情况进行了回顾,利用渭河下游和黄河下游实测资料对从非平衡输沙理论推导出的冲淤临界流量与含沙量关系进行了验证和对比。以此为基础,对河床冲淤特性做出了新的解释,即“相对大水冲刷、相对小水淤积”。按照来水来沙指标流量与含沙量的对比关系,将河床冲淤分成相对大水冲刷区、相对小水淤积区2个大区,或分为清水冲刷区（绝对大水冲刷区）、相对大水冲刷区、相对大小水冲淤临界区、相对小水淤积区、绝对小水淤积区5个小区。     

80年代黄河下游河道冲淤演变分析

综合各种实测资料,80年代黄河下游年平均淤积量小于1亿t,是1919年以来(除三门峡水库拦沙期)淤积量最少的一个时期。其中1981～1985年由于来水来沙条件十分有利,黄河下游连续五年均发生冲刷,五年累计冲刷量为4.81亿t;1986～1989年黄河进入连续枯水段,下游河道发生淤积,在年来沙量不足8亿t的情况下,年平均淤积量达2.02亿t,且主要淤积在主槽内。由于河道主槽淤积速度高于滩地,致使80年代黄河下游大部分河段的排洪能力都有所下降。文章最后还对河口段河道冲淤变化及其延伸影响进行了分析。     

黄河下游河道冲淤计算一维数学模型

尽管一维数学模型已比较成熟。但用于黄河下游尚存在不少问题。本文从一般挟沙水流基本方程出发,考虑黄河下游来水来沙及河床演变特性。汲取多家之长.建立了一维河流不平衡输沙复合模型。应用实测资料计算了黄河下游河床冲淤量。计算结果与实测值符合较好,而且本模型可以用于水库泥沙冲淤计算。     

80年代黄河下游河道冲淤演变情况

80年代黄河下游河道累计淤积泥沙4.12亿t,是下游河道淤积最少的10年(三门峡水库拦沙期除外),其中高村一艾山河段淤积3.59亿t,占87％。下游河道淤积集中在1986、1988两年,其中1988年淤积量达5.14亿t,比10年累计淤积还多1亿t,其余大部分年份河道处微淤或冲刷状态。黄河流域人类活动对下游河道冲淤有一定影响,但起主导作用的还是暴雨大小及地区分布。10年间进入黄河下游的水、沙总体上属于枯水少沙系列,来沙偏少更多。年均来沙仅量8.62亿t,是来沙量最少的lO年。黄河下游来沙量大幅度减少,主要是多沙和粗沙产区的河龙区间大雨、暴雨显著偏少所致。多沙地区一旦出现暴雨,来沙量就会明显增加,如1988年,皇甫…、窟野河等多沙粗沙支流发生较大洪水,年沙量达15.5亿t,下游河道发生严重淤积。深入研究80年代来水来沙条件及下游河道冲淤特点,对于更好地认识和治理黄河具有重要意义。     

黄河下游河道冲淤特性研究

根据三门峡水库投入运用以来３６年下游河道的实测资料，分析了各种水沙条件下黄河下游河道冲淤特性，总结了低含沙非漫滩洪水、中含沙非漫滩洪水、较高含沙非漫滩洪水、高含沙洪水、一般含沙漫滩洪水及非汛期河道的冲淤规律和各河段的相互调整关系，指出了各河段冲液最严重的洪水类型，确定了各河段冲液羡衡的临界条件。在此基础上，提出了水库调水调沙过程中应采取的对策和措施。     

黄河下游河道冲淤模型的构建与验证

针对黄河下游现状宽河治理和防护堤窄河治理两种模式,构建一维非恒定水沙数学模型,根据黄河含沙量高、水沙搭配多样、地形边界复杂等特点,甄选适用于模型构建的水流挟沙力、挟沙力级配、泥沙恢复饱和系数、动床阻力、床沙级配等计算公式。根据计算长系列年水沙条件,提出了计算出口边界的动态修正方法。采用黄河下游1976—2010年实测水沙、级配及断面法冲淤量对模型进行了验证,验证结果能够反映整个系列洪水在黄河下游的冲淤变化规律,计算精度满足生产需要。     

2000—2013年黄河下游河道冲淤变化分析

为了给黄河下游河道整治及滩区治理提供参考,利用实测资料对2000—2013年的黄河下游冲淤特点进行了分析,结果表明:1黄河下游全断面累计冲刷17.162亿m3,冲刷最大年份为2003年;2冲刷在纵向上的分布极不均匀,夹河滩以上河段冲刷面积超过了4 000 m2,而艾山以下河段不到1 000 m2;3同流量水位降幅上大下小,流量为3 000 m3/s时水位降幅为1.33~2.58 m,其中高村以上河段超过2 m、利津河段为1.33 m;4下游河道主槽排洪能力显著增强。     

河口河道延伸对黄河下游河道淤积影响分析

利用黄河下游大断面观测数据、水文站日水沙数据和近河口断面水位变化等资料,构建黄河下游5个河段河道断面平均冲淤量与水沙因子和河段比降之间的关系式,进而计算分析了黄河下游1976—1996年来水来沙条件下两种情景中河口延伸对下游的增淤作用。这两种情景中,一是对比了现状与1976年河口改道后河口河道未再延长情况下下游淤积量的差异;二是对比了黄河河口继续走刁口河情况下下游的淤积量与现状淤积量的差异。结果显示:此期间河口延伸增淤主要发生在泺口以下河段,并且在该河段淤积量中占较大的比例,其中第一种情景下20 a累计增淤占比超过50%,但20 a河口延伸累计增淤量低于整个下游总淤积量的5%。这一时段河口延伸增淤量占比较小与历史上黄河输沙量长期增加、下游冲积平原构造下沉和三角洲建造有关。分析认为2000年以来黄河下游经历来水来沙量显著减小后的持续冲刷过程,但是近年随着冲刷减缓,下游趋向输沙平衡发展,河口延伸增淤对下游冲淤过程的影响程度将相对加大,并且在长期缓慢但不断积累的河口延伸中使下游转向低强度淤积状态。     

黄河下游河床演变规律及对接冲刷分析

在总结以往经验和成果的基础上,指出黄河下游河床演变遵循着溯源冲刷与溯源淤积、沿程冲刷与沿程淤积两类基本的矛盾运动规律,演绎出河道淤积、河道冲刷以及冲淤动态平衡3类结果;黄河下游河床不断抬升的根源在于溯源淤积和沿程淤积的共同作用.据此,提出了沿程冲刷和溯源冲刷对接的基本原理,并以艾山断面为例,对对接冲刷动力注入点的布局及其动力源进行了系统分析.     

黄河下游河道改造方案初步研究

在当前黄河下游滩区经济社会发展和治河矛盾日益突出的情况下,探讨了对黄河下游进行河道改造的初步思路,即通过在黄河下游滩区设置一定标准防护堤及滩区滞洪区,在一定程度上减轻防护堤与下游设防大堤间的洪灾损失。对黄河下游各河段防护堤防洪标准进行了分析论证;通过对不同河段滩区滞洪容量的分析,提出了滞洪区设置河段;通过对不同标准防护堤和滩区滞洪区联合运用的两类共4个典型方案的分析比较,提出按设计防洪标准修建防护堤、不建滩区滞洪区方案作为推荐方案。     

黄河下游漫滩洪水淤滩刷槽试验研究

利用"82·8"型不同量级漫滩洪水,进行了黄河下游漫滩洪水淤滩刷槽系列模型试验,结果表明:①漫滩洪水淤滩与刷槽之间有必然联系,滩地淤积量与主槽的冲刷量呈正相关关系,在同等水量、沙量条件下,滩槽冲淤量随洪峰流量的增大而明显增大;②不同量级洪水漫滩后,嫩滩的淤积量随洪峰流量的增大变化不大,二滩的淤积量随洪峰流量的增大而明显增大;③滩槽交换分三角形滩区交换和条形滩区交换,洪水过程中前者交换的频率大、时间短,后者交换的频率小、时间长;④上滩挟沙水流在运行过程中,具有明显的含沙量衰减及粒径分选作用,泥沙粒径分选细化的程度与含沙量衰减率呈正比,较大洪峰流量的上滩水流在三角形滩区上含沙量衰减率较大,较小洪峰流量的上滩水流在条形滩区上含沙量衰减率较大.     

黄河下游堤防土体抗冲特性试验研究

对不同抗冲条件下黄河下游堤防土体的冲刷特性及影响因素进行了试验研究。结果表明:土体冲刷量的变化受流速、土质的影响较大,密度对冲刷量的变化也有一定影响;随着冲刷时间的延长,土体颗粒级配发生明显的变化,较细的颗粒先被冲走,冲出土体的黏粒含量逐渐降低,平均粒径逐渐增大;流速和密度对黏粒含量和平均粒径的变化影响最为显著,土质次之,试样厚度影响最小。     

黄河下游黏性泥沙的冲刷速率研究

由于黄河下游河床中黏性泥沙与非黏性泥沙的抗冲性明显不同,导致黄河下游河势畸形、河岸坍塌等现象频发。选取黄河下游花园口附近河床中3种不同颗粒级配黏性泥沙进行抗冲刷试验,建立不同淤积固结状态下黏性泥沙冲刷速率与相对剩余切应力的关系,分析黏性泥沙干密度、中值粒径对冲刷速率、冲刷系数、能量指数的影响。结果表明:对于不同颗粒级配的黏性泥沙来说,其冲刷系数随着干密度的增大而减小;能量指数随着干密度的增大而增大;能量指数与相对剩余切应力近似成2次方关系;泥沙中值粒径在6.1～804.0μm范围内时,冲刷系数随中值粒径的增大呈现出先增大后减小的趋势;能量指数随中值粒径的增大呈现出先减小后增大的趋势。     

黄河下游河道冲淤时空分布规律研究

根据黄河下游河道特征和进入下游河道的水沙条件,对下游河道冲淤的时空分布规律和冲淤量进行了研究,结果表明：下游河道冲淤量与花园口水文站的来沙系数有较好的相关关系;当进入下游河道的水沙条件与河道挟沙能力不相适应时,河道会自动迅速调整,调整速率沿程逐渐变小,进入艾山以下河段后河道冲淤时空分布规律趋于一致;根据推求的经验公式计算了小浪底水库运用初期下游河道冲淤量和冲淤强度的沿程分布,结果与实测值基本一致。     

黄河下游滩区不同治理方案研究

定量计算不同治理方案的利弊得失,是黄河下游滩区治理综合决策的重要依据。考虑潼关年均来沙量3亿t,龙门、华县、河津、头四站年均来水242.32亿m~3和潼关年均来沙量为6亿t,龙门、华县、河津、头四站年均来水量为254.63亿m~3两种水沙条件,计算了滩区典型治理方案对下游防洪及河道冲淤的影响,并从淹没面积和淹没人口两方面分析了滩区典型治理方案对洪灾风险及经济社会发展的影响。指出滩区按"适度标准防护"方向治理有利于改善经济社会发展环境,对防洪的不利影响主要是各水文站洪水位有一定程度抬升,对河道冲淤的负面作用大小关键取决于来沙条件。