黄河下游河道萎缩致灾机理探讨

本文基于水力学原理,结合实体模型试验及原型实测资料分析,探讨了黄河下游河道萎缩的概念、致灾效应和致灾机理。分析表明,河道萎缩是造床过程中河道排洪输沙功能衰退的一种演变现象,其致灾效应是使洪水涨率增大,同流量下洪水水位不断抬升。致灾的现象主要表现在畸型河势增加、工程险情增多、直接造成工程损失及滩区经济损失等。试验研究揭示,主河槽宽度缩窄造成洪水水位涨幅增大,河底平均高程抬升和过水断面面积减小造成洪水水位起涨的基准面抬升是河道萎缩致灾的主要原因。河道萎缩致灾效应的大小与萎缩模式有关,其中以“集中淤槽”模式所形成的致灾效应尤为明显。     

黄河下游游荡河道萎缩过程中的河床演变趋势

由于人类活动与自然因素影响下的水沙变化。黄河下游自20世纪70年代初期特别是80年代中期以来发生了明显的河床萎缩,河宽束窄,宽深比减小,主流线摆动幅度减小,深泓线弯曲系数增大,这表明,黄河下游的游荡程度有所降低。     

黄河下游河道萎缩过程中输沙能力的调整

依据河床演变学原理,根据定位观测资料分析,结合河工动床模型试验,探讨了黄河下游河道萎缩过程中的输沙能力调整关系。研究表明:黄河下游河道主河槽的输沙能力调整趋势取决于河道的萎缩模式;主河槽水流挟沙力与河槽形态的关系仍然符合一般意义下的河床过程规律;河道萎缩后,河道的排沙比减小,但排沙比与河道萎缩模式无关;河道萎缩是可以逆转的。     

黄河下游河道萎缩的不稳定性

20世纪80年代后期至90年代,黄河下游河道发生了新的河床演变现象一河道萎缩,其特点是河床持续淤积,过水断面和过流能力持续减小。本文指出河道萎缩的主要原因是具有较高含沙量的连续枯水系列造成的河床淤积,特别是主槽的淤积,而高含沙的中小洪水使嫩滩淤高,强烈压缩主槽,促进河道的萎缩。文章分析了形成河道萎缩的主要水文泥沙条件,认为枯萎的平面河势及断面形态具有不稳定性,只要来水来沙有利,萎缩河道的复甦是可以期待的。因此,充分发挥小浪底水库的调水调沙作用,加速河道整治,开源节流,增加黄河下游的可用水量是改善当前黄河下游河道萎缩的当务之急。     

黄河下游河槽萎缩与防洪

河道的形态是在一定边界条件下来水来沙过程长期塑造的结果，通过定性分析探讨了河道滩槽结构形成的机理，证明了天然河流中滩槽稳定结构是洪水与枯水长期作用的动态平衡结果，来水来沙条件的趋势性改变将导致滩槽结构的改变，在一定条件下甚至出现无明显主槽的局面，一些季节性河流的例子进一步证实了这种推论，从黄河下游这些年河床变化的特征分析，如不能有效改变长期断流和主槽泥沙淤积状况，大堤约束较小的河南河段也有向无明显主槽的完全游荡性河流变化的趋势，顺堤行洪，大堤偎水的频率将大大增加，从防洪减灾角度出发，提出了黄河下游今后河道治理可能主要在于来水来源的合理调度，河道河势控制工程的管理和滩区防洪减灾软环境的建设等几个方面。     

黄河下游河道萎缩的特点及其水文学背景

通过分析黄河下游1986年以来实测资料，探讨了黄河下游1986—1999年水文系列的特点和河道萎缩的特点，指出了上世纪80年代后期以来河道萎缩使河道泄流排沙能力降低，洪水位抬高，威胁堤防安全，河道萎缩还关系到流域的开发和水资源的利用。本文还分析了河道萎缩与水沙特征的关系及河道萎缩的形成条件，并提出了判别形成河道萎缩的水沙关系。     

对当前黄河下游河道演变发展的认识

小浪底水库建成拦沙后,黄河下游河道持续冲刷,出现前所未有的大好形势,但是这种状况能否稳定保持,存在不同认识,需深入探讨。实践表明,黄河下游始终处于不断的演变发展过程中,并受来水来沙、河床边界和河口基准面三大要素的制约,三者缺一不可。所有的冲淤均有前因后果和独特的时间、条件、地点的烙印,不可重现和复制。形成此大好形势的三大有利条件,即尾闾改汊导致河口基准面降低、小浪底水库拦沙下泄清水冲刷和黄河流域处于枯水枯沙期,当前均基本达到由好变坏的转折点,黄河下游河道已开始进入全面迅速回淤升高阶段,必将恢复到甚至超过1996年水平。居安思危,加强基础理论研究,及时科学预测黄河下游河道演变趋势,实为当务之急。     

近期黄河下游河道演变研究

１９８６年以来黄河上游出现历史上少有的枯水少沙系列，在这一条件下，下游澡道主槽发生严重淤积，河槽萎缩、排洪能力下降；现有的河道整治工程不能有效地控制河势，畸形河弯发展，河势不断上提等新问题，危及堤防安全。本文详细分析了近期水沙及河道演变规律，并探讨了造成水沙条件发生巨大改变的主要原因和水利水电开发对下游河道冲淤演变的影响。     

黄河下游河床萎缩过程中畸形河湾的形成机理

８０年代中期以来，进入黄河下流河道的流量大幅度减小，河道发生萎缩，并且频繁断流，使游荡河涎的一些河段发育了畸形河湾。游荡段的畸湾是冲积性河湾受到节点限制的情况下，由于流量砬小导致湾道进行自我调整的过程中出现的一种特殊现象，反映发迹了的水流条件与原有人为工程条件不相适应而出现的一种剧烈的河势调整和河床形态调整。畸湾的发育使弯曲系数增大，河段比降减小，故流速减慢，因而在同流量下水位壅高；厅湾还常常导致     

1986年以来黄河下游水沙变化及河道演变分析

１９８６年以来，受气候变化、工农业用水增加及大型水库调节的影响，黄河下游出现枯水少沙、大洪水几率减小、高含沙洪水频繁发生、年内水沙分配改变的情况致使河道主槽发生严重淤积、河道萎缩、平滩流量减小、河道排洪能力降低，中常洪水即可出现高不位，洪峰传播时间长且沿程变形复杂，小水大灾。     

黄河下游水沙变化特点

本文以黄河下游河段小浪底、花园口、高村、艾山、利津水文站1950—2016年水沙资料为研究对象,通过实测资料分析与理论分析对黄河下游水沙特点进行研究。结果表明:近70年来黄河下游沿程各水文站年水沙量整体上呈现减小的趋势;水沙年际间、年内分配不均匀;1986年后下游水沙关系明显恶化,2003年后水沙关系又得到明显改善;近年来黄河下游大流量减少,小流量增多,输水输沙主要集中在1000~4000m~3/s洪水中;确定保证下游微淤甚至冲刷的来沙系数应不超过0.01kg·s/m~6。分析黄河水沙变化特点,掌握其变化规律可为缓减黄河下游水沙关系,完善治黄方略提供条件。     

黄河下游河道断面形态参数变化与主河槽萎缩趋势分析

本文采用时间序列分析的方法对黄河下游河道断面形态参数变化趋势及其变异点进行了分析，分析结果表明从20世纪50年代以来，断面形态参数发生了趋势性变化，特别是90年代以来各站平滩流量和平滩面积均有显著的下降趋势，花园口站、高村站和利津站平滩河宽出现了显著下降趋势，花园口站、艾山站平均水深显著下降，高村站和艾山站的平滩水位显著抬高，艾山站的宽深比也有显著增大的趋势。黄河下游河道主河槽萎缩的最显著特征就是断面平滩流量和平滩面积的显著下降，相应的平滩河宽、平均水深、最大水深出现不同程度的下降，另外可能还伴随着平滩水位和断面宽深比的上升。黄河下游河道主河槽在70年代开始初步萎缩，90年代以后进入严重萎缩期。     

新情势下黄河口演变与整治研究思路

基于黄河口水沙变异的新情况以及经济发展和生态环境建设的新需求,提出新情势下黄河口演变与整治的研究思路。针对目前研究中需要突破的薄弱环节,瞄准国际河口学领域中的前沿问题,采用多学科交叉和多种研究手段,对黄河口开展创新研究。主要研究:黄河口水沙变异特征,尾闾河道枯萎机制及其演变响应,拦门沙演变响应过程及其反馈影响;河口泥沙通量,最大浑浊带、泥沙异重流形成机理,河口海岸淤进、蚀退及其动力平衡机制;黄河口陆海相互作用的整体数模,河口演变趋势与入海流路使用年限;新情势下黄河口治理对策及水土资源优化配置。     

黄河内蒙古河段主槽萎缩原因和对策

通过对黄河内蒙古河段1960—2006年典型断面输沙量资料的分析表明,巴彦高勒—头道拐河段淤积主要源自其支流十大孔兑洪水的影响。1969—1986年汛期来水虽较前期减少约20%,但由于来沙减少达54％,故河床淤积量不大;1987年以后,由于龙羊峡和刘家峡水库的调蓄运用,造成该河段汛期水量和洪峰流量减小,使得区间来沙对内蒙古河段淤积的影响更加显著。进一步分析表明,要改变内蒙古河段主槽萎缩趋势,一方面要保障其洪水量级尽可能达到1 500～2 000m3/s以上,另一方面要加强该区间重点产沙区的水土流失治理。     

黄河下游稳定主槽之节点整治

稳定主槽是当前黄河下游河道治理的关键。窄深河槽具有很强的泄洪能力与输沙能力,是主槽整治追求的目标。黄河下游均是顺直微弯河道,河道水流最基本的主导机理是沿着阻力最小的方向流动,走直路、走近路,主槽整治设计流路应以顺直为上策。当前有必要对微弯整治方案进行再认识,实现对其否定之否定的提高。控制性弯道整治、对口丁坝整治、节点整治都属于双岸整治的范畴,对双岸整治的方向应予肯定。今后的整治应从微弯整治向节点整治发展,逐步过渡到以节点整治为主,最终达到稳定河势流路、高效排洪输沙之目的。     

黄河下游洪水的输沙效率及其与水沙组合和河床形态的关系

以1950-1985年间274次洪水的资料为基础,对黄河下游洪水的输沙效率进行了研究,查明了场次洪水排沙比随流量变化的3个临界点。同时还发现,当场次洪水平均含沙量小于34.02kg/m3时或当来沙系数小于0.01kg.s/m6时,下游河道可以不淤。黄河下游游荡段排沙比最小,过渡段次之,限制性弯曲段最大,可见窄深河段的输沙效率要高于宽浅段。上述3个河段处不冲不淤状态时的临界含沙量依次增大,证明窄深河段可以在含沙量较大时保持临界不冲不淤状况。     

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。