辽河干流河道演变与维持河道稳定的输沙水量研究

在对辽河干流河道冲淤演变特性观测研究的基础上，对维持河道稳定的输沙水量进行了分析计算。研究成果表明，辽河河道输沙水量与来沙量大小成正比，上中游河段输沙水量为16.15亿m3，下游河段输沙水量为26.22亿m3，辽河干流下游河段多年平均输沙水量小于不淤(高效)输沙水量，说明现有的来水量不足以维持下游河道的冲淤平衡，要保证下游河道不发生持续性淤积，还需要采取其它措施增加输沙水量，以便维持下游河道的相对稳定。     

黄河下游最经济输沙水量及其估算

从河流输沙水量的概念出发,根据输沙平衡原理推导出在考虑河道冲淤、引水引沙情况下河流最经济输沙水量的计算式。由此式可知,输沙水量与含沙量成反比;并且通过对实测资料的分析,得到输沙水量与流量也成类似的反比关系。最经济输沙水量是输沙效率与河道淤积状况综合最优时的输沙水量,也就是平滩流量时对应的输沙水量。以小浪底水库运用前20年黄河下游河道基本不淤及年引沙量为1．0-2．0亿t为条件,选取月均平滩流量3500m^3/s、月均含沙量40-100kg/m^3,得到黄河下游在维持良好输沙功能前提下的最经济输沙水量为10-25m^3/t。     

黄河下游河道平衡输沙的沙量阈值研究

考虑黄河未来可能的水资源条件,以及生态保护、经济社会发展多目标对水量年内过程分布需求,根据黄河下游水沙资料、河道冲淤资料,采用实测资料分析、公式计算、数学模型模拟等多种方法研究了有利于黄河下游河流生态良性维持的平衡输沙的沙量阈值。未来进入黄河下游的年来水量为250亿m~3左右,实测资料分析和公式计算表明,未来较小的平衡输沙阈值为2.0～2.2亿t。数学模型计算在小浪底水库等现有工程联合调控作用下黄河下游平衡输沙的临界沙量为2.5亿t。中游古贤水库建成后和小浪底水库联合调度,可以进一步提高汛期的输沙效率,平衡输沙的沙量阈值可进一步提高。研究成果对黄河下游治理具有重要意义,可为黄河泥沙处置措施优化提供技术支撑。     

泥沙数学模型在黄河下游防洪规划中的应用

黄河下游河道的冲淤变化是制定上游防洪规划措施的一项重要依据，黄河下游河道泥沙数学模型是研究下游河道冲淤变化的重要手段。利用多个泥沙数学模型对不同水沙系列以及小浪底水库不同运用方式条件下下游河道的冲淤变化进行了分析计算，预测了2020年以前下游河道的冲淤变化。     

用泥沙输移公式推求黄河下游河道输沙水量

根据输沙水量的概念和黄河下游河道泥沙输移规律,分析了输沙水量与泥沙输移之间的关系,进而推求了黄河下游河道输沙水量实用公式,计算了下游河道输沙水量,分析了冲淤平衡状态时下游河道单位输沙水量与输沙量的关系.分析表明,推导出的输沙水量实用公式可用于估算下游河道年输沙水量.     

小浪底水库2000年运用情况分析

小浪底水库 2 0 0 0年入库水量、沙量分别为 16 4.5亿m3 和 3.75亿t ,属枯水枯沙年 ;相应库区淤积量为 3.77亿m3 ;水库以异重流输沙为主 ,坝前形成明显的浑水水库 ;干流为三角洲淤积形态 ,三角洲顶点距坝约 75km。支流口门淤积与干流同步发展 ,基本没有出现倒坡 ;干流横断面主要表现为平行抬高。 2 0 0 0年凌汛期 ,小浪底水库两次加大泄量 ,在下游河段气温比常年低 1.6℃的不利形势下 ,实现了凌汛期黄河下游未封河。 4～ 6月水库为工农业补水 11.46亿m3 ;在来水特枯的情况下 ,为避免下游断流起到了重要调节作用 ,为“引黄济津”应急输水顺利实施提供了有力保证。 2 0 0 0年小浪底电站累计发电 5 .5亿kW·h ,水库运用综合效益显著。建议今后应加强水情预报工作 ,并加强调水调沙运用过程中库区和下游河道的冲淤演变观测和分析 ,并及早开展异重流测验及河道塌岸观测。     

小浪底水库运用前后黄河下游河道冲淤特征分析

采用实测资料分析和对比分析相结合的方法,研究小浪底水库运用前后黄河下游河道冲淤特征。研究结果表明:黄河下游水沙呈减小趋势,小浪底水库运用后,水量年内分配首次发生改变,汛期来水量比重小于非汛期;小浪底水库运用前,黄河下游河道整体呈淤积状态,小浪底水库运用后,黄河下游保持相对稳定的冲刷;小浪底水库运用前,黄河下游河道过流断面减小,主槽萎缩,小浪底水库运用后,河道断面以冲深下切为主,下游持续冲刷有助于中水河槽塑造。     

黄河下游河道11月至次年5月时期输沙和冲淤规律研究

利用1960—2010年黄河下游11月至次年5月时期实测水沙资料,系统地研究了黄河下游河道水沙运动和河床冲淤规律。分析了花园口、高村、艾山和利津等4站输沙率与各自上站的流量、含沙量和输沙率的关系,黄河下游河道冲淤量与小浪底站来水量、来沙量、含沙量和来沙系数之间的关系。结果表明:黄河下游河道的下站输沙率与上站输沙率有很好相关关系,该时期进入黄河下游河道的输沙量小于1.82亿t、或平均含沙量小于12.6kg/m3、或来沙系数小于0.014 kg·s/m6时,下游河道以冲刷为主,反之则以淤积为主;采用本文建立的下站输沙率与上站输沙率关系式计算的黄河下游各河段冲淤量具有较高的精度。利用本文建立的关系式可以方便地预测未来黄河下游河道该时期不同河段冲淤量,对快速判断黄河上中游水利工程建设对下游河道冲淤影响具有重要意义。     

小浪底水库对下游河道的冲刷效果及趋势预测

对小浪底水库对黄河下游河道的冲刷效果及趋势进行了分析和预测,结果表明:①小浪底水库投入运用以来,通过水库拦沙和调水调沙,黄河下游冲刷效果明显,至2010年10月,黄河下游河道累计冲刷泥沙19.4亿t,2 000 m3/s同流量水位下降1.6 m左右,下游河道主槽最小过流能力由2002年汛初的不足1 800 m3/s提高至4 000 m3/s;②在小浪底水库主要拦沙期的2008—2020年,下游河道基本不淤积,2020年以后下游河道快速回淤,在2028年左右回淤量达到建库前水平,届时小浪底水库拦沙期恢复的4 000 m3/s左右的中水河槽将难以维持。建议尽早开工建设古贤水利枢纽,争取在2025年前后建成生效。     

黄河下游河道均衡输沙关系研究

黄河下游河道不同的河道特性造就了河道冲淤演变的不均衡发展,本文以1960-1999年黄河下游水沙资料为基础,应用统计方法对黄河下游不同量级洪水与不同含沙量洪水的输沙规律进行了分析,提出了实现均衡输沙的水沙条件。结合实体模型试验资料对小浪底水库拦沙后期,黄河下游河道的冲淤演变趋势进行了预测,指出在后期运用过程中应注意上、下游河段输沙的均衡发展。     

分流对弯道水流紊动强度影响的试验研究

采用先进的三维超声波多普勒流速仪（ADV）对不同分流比情况下弯道水流紊动特性进行了系统的试验研究。根据试验数据,探讨了不同分流比工况下弯道水流的紊动机理,分析了其紊动特性,同时对紊动强度分布特点进行了比较。     

前置掺气坎坡度对阶梯溢洪道掺气水流影响的数值模拟

为研究复杂边界条件下气液两相界面的流动及混掺现象对工程建设的影响,结合某大型水电站的溢洪道,利用RNG k-ε模型对其进行三维流场模拟,采用有限体积法离散控制方程,并用GMRES算法进行压力求解,对前置掺气坎式阶梯溢洪道和传统阶梯溢洪道泄流壁面上的高速掺气水流进行数值模拟。结果表明:随着掺气坎坡度的增加,其掺气空腔及掺气浓度均有所增大,随着水流下泄掺气浓度沿程降低,达到一定距离后趋于稳定,掺气浓度值达到了减免空蚀破坏的要求;与传统阶梯溢洪道的模拟结果进行对比可知,增设前置掺气坎后,既可以增加前几级阶梯的掺气浓度使水流提前达到水气平衡,也没有降低阶梯式溢洪道的消能率,为解决传统阶梯溢洪道中出现的工程难题提供了一种新思路。     

In the Central Committee of the Communist Party of the Soviet Union and the Council of Ministers of the USSR

Power Technology and Engineering -