黄河泥沙研究新进展

黄河泥沙问题是治黄的根本问题。一代又一代泥沙科研人员围绕这一主题进行了大量研究,取得了丰硕的成果,直接应用或指导了治黄工程实践,也为泥沙学科的发展做出了应有的贡献。近10 a来,随着科学技术的进步和社会的发展,国家对治黄工作提出了更高要求,黄河泥沙研究迈入了快速发展的阶段,理论研究和定量化成果明显增多。从多沙河流泥沙运动基本规律与基础理论研究、河床演变与河道整治、黄河水沙调控技术、泥沙资源利用等方面简要介绍了黄河泥沙研究的新进展,以期在回顾过往成绩的同时,给未来黄河泥沙研究以启示。     

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。     

黄河流域水沙资源量变化及其对泥沙资源化的影响

在分析黄河流域水沙资源区域分布的基础上,本文采用Mann-Kendall秩次相关检验法和水文量累计曲线法分析黄河水沙资源量的变化特征,进而探讨了黄河泥沙的资源化及水沙资源量变化对泥沙资源化的影响。黄河龙羊峡水库以上河段年径流量和输沙量没有明显变化,其他干流河段和中游大部分典型支流的径流量和输沙量随时间具有明显的减少趋势。黄河水沙资源量大幅减少对泥沙资源化产生不同程度的影响,水沙资源量大幅减少会降低引洪淤滩、淤临和淤背的效率,限制灌区黄河泥沙烧制建筑材料、淤改与稻改等途径的实施,减小黄河口泥沙造陆的速率,影响黄河与河口湿地质量与数量的塑造;而对灌区浑水灌溉、清淤泥沙利用等没有明显的影响。     

黄河流域水沙资源量变化及其对泥沙资源化的影响

在分析黄河流域水沙资源区域分布的基础上,本文采用Mann-Kendall秩次相关检验法和水文量累计曲线法分析黄河水沙资源量的变化特征,进而探讨了黄河泥沙的资源化及水沙资源量变化对泥沙资源化的影响.黄河龙羊峡水库以上河段年径流量和输沙量没有明显变化,其他干流河段和中游大部分典型支流的径流量和输沙量随时间具有明显的减少趋势.黄河水沙资源量大幅减少对泥沙资源化产生不同程度的影响,水沙资源量大幅减少会降低引洪淤滩、淤临和淤背的效率,限制灌区黄河泥沙烧制建筑材料、淤改与稻改等途径的实施,减小黄河口泥沙造陆的速率,影响黄河与河口湿地质量与数量的塑造;而对灌区浑水灌溉、清淤泥沙利用等没有明显的影响.     

黄河水库群泥沙动态调控关键技术研究与展望

黄河水沙联合调控经过几代人的共同探索,已在防洪防凌安全和水量统一调度等方面发挥了巨大作用。然而,流域来水来沙条件是动态变化的,库区-河道边界约束条件是动态调整的,区域社会经济发展和生态健康维持的需求是动态增长的,特别是针对黄河水少沙多的现实状况,黄河水沙调控不仅要注重水量的适应性调度,更要突出泥沙的动态调控,实现行洪输沙-社会经济-生态环境等河流系统功能多维协同的目标,探索水动力-强人工措施有机结合的调控技术,突破"调水容易调沙难"的瓶颈。在系统梳理过去数十年多沙河流水库泥沙调控主要研究进展的基础上,提出了当前黄河泥沙动态调控的关键科学技术问题,阐明了未来开展相关基础理论与应用基础研究的方向,包括黄河泥沙动态调控系统理论的构建、水库泥沙高效输移机制与下游河流系统多过程综合响应机理的揭示、提出黄河泥沙动态调控模式与技术、建设黄河泥沙动态调控模型与智慧决策平台等,进一步的研究成果可为完善当前黄河水沙调控工程体系建设、实现黄河长治久安提供坚实的科技支撑。     

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。     

黄河水沙过程调控与塑造下游中水河槽

随着黄河流域来水来沙过程的大幅变化及人类活动的加剧，黄河的健康状况日趋恶化。通过对黄河健康的内涵、维持黄河健康生命的理论与技术支撑、流域水沙资源优化配置数学模型、大型水利枢纽联合运用对黄河下游河道的减淤作用、塑造黄河下游河道中水河槽等方面的研究，提出了对黄河水沙调控体系的认识，并认为在目前实际的黄河水沙条件下，通过小浪底水库的调节，黄河下游河道经过5—8年的努力，是可以塑造出一个平滩流量为4000m^3／s左右的中水河槽的。     

论古贤水库在黄河治理中的作用

在综合考虑未来黄河水沙变化趋势和黄河水沙调控体系建设的情况下,结合实测资料和数学模型计算成果,系统分析了"拦、排、放、调、挖"等处理泥沙措施在黄河干流不同河段的作用,认为未来应进一步加强"调"的作用,结合"拦、排、放"等措施,延长水库使用寿命,减少下游河道淤积,优化配置黄河泥沙分布。提出了黄河干流不同河段的治理目标:2020年前降低潼关高程1m左右,2020—2050年降低潼关高程2m左右;2030年前维持中水河槽的平滩流量为4000m3/s左右,2030—2050年维持中水河槽的平滩流量为3500m3/s左右。研究了古贤水库在黄河水沙调控工程体系和黄河中下游治理中不可替代的作用,为达到黄河中下游在2050年前的治理目标,阶段性实现黄河长治久安,建议在小浪底水库拦沙库容淤积之前,尽早建成古贤水库,充分发挥古贤与小浪底水库联合调控运用的作用。     

黄河上游水沙调控的关键科学问题与研究重点

为了促进黄河上游水沙问题的系统解决,从流域系统的角度,结合水沙灾害防治和水资源管理的实际需求,认为黄河上游水沙关键过程与调控是保障黄河上游防洪安全、用水安全和黄河长治久安的重要基础科学问题,具体包括:1风-水-重力侵蚀产沙的耦合过程;2沙漠宽谷河道冲淤过程及河床演变机理;3水库群联动调控水沙的理论与方法。研究重点包括:1沙源解析方法与黄河上游泥沙来源;2风-水-重力侵蚀产沙机理与输移过程;3沙漠宽谷河道洪-床-岸作用机理与冲淤效应;4黄河上游水库群调节与河道水沙过程的响应;5黄河上游水沙关键过程调控理论与方法。     

利用黄河水沙资源改造涝洼地试点

阐述利用黄河水沙资源改造沿黄涝洼地的可行性和可操作性,通过工程实施,既可改造沿黄涝洼地,又为丰富的黄河水沙资源找到出路,减轻黄河河道淤积。项目的推广实施具有重大的社会效益、经济效益和环境效益。     

维持黄河下游排洪输沙基本功能的关键技术研究

以河床演变学理论为基础，结合黄河下游河道输沙特点，对河槽的排洪输沙作用进行了量化表述，界定了黄河下游河槽排洪输沙基本功能．提出了黄河下游排洪输沙基本功能的判别指标体系；利用实体模型试验研究和实测资料分析．建立了水沙过程与河槽冲淤及断面形态调整之间的响应关系，提出了近期基本满足黄河下游河槽排洪输沙基本功能的概化水沙过程及相应的水量。并形成了水沙调控指标体系；初步提出了维持黄河下游河槽排洪输沙基本功能的中游水库群水沙联合调度方案。研究成果可为黄河小浪底水库水沙调控提供科学依据．对黄河下游的防洪减灾及水资源可持续利用具有重要意义。     

论维持黄河健康生命的关键技术与调控措施

随着流域来水来沙过程的大幅变化及人类活动的日趋剧烈,黄河发生了很大的变化,主要表现为：流域生态环境退化,水土流失严重,悬河加剧,功能性断流与水患并存,水质污染日益加剧。本文系统地分析了导致黄河健康恶化的因素,提出基于全流域综合调控的“临界控制论”,可作为维持黄河健康生命的理论基础,它包括黄河流域不同层次的临界指标体系和流域水沙资源优化配置的数学模型。构建黄河流域水沙调控体系是维持黄河健康生命的技术支撑,其主要功能是增水、减沙、调节水沙过程,按黄河现有的条件,下游河道塑造和维持中水河槽的平滩流量约为4000m^3／s左右。     

黄河调水调沙

黄河下游河道淤积的主要原因在于“水少沙多，水沙不平衡”，按照黄河下游河道冲淤规律，只要把进入黄河下游河道的不平衡的水沙关系调节为协调的强大功能。小浪底水库位于控制进入黄河下游河道水沙的关键部位，该水库控制了黄河径流量的91％，控制了近100％的黄河泥沙，2002年7月4日进行的黄河首次调水调沙试验控制花园口断面流量不大于2600m^3/s，平均含沙量不大于20kg/m^3，小浪底水库泄流历时不少于10天，黄河下游河道共冲刷泥沙0．362亿t，试验达到了预期的目的。通过这次试验，共取得测验数据520万组，这为今后建立更加符合原型黄河实际的数学模型和实体模型提供了极其重要的物理参数，试验证明，利用水库调水调沙，将不协调的水沙关系调节为相协调的水沙关系，是有利于输沙入海、减轻下游河道淤积甚至冲刷下游河道的有效途径之一。     

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。     

2002年黄河调水调沙试验河口形态变化

近年来黄河河口水沙条件基本处于维持不断流状态，汛期非汛期界限已非常不明显，河口形态变化基本特征发生明显改变。调水调沙试验前河口径流作用微弱，河口沙嘴长时间主要受潮流侵蚀作用逐渐向临界平衡状态调整。但是2002年7月调水调沙试验河口有一个14天的0．664亿t泥沙人海口门快速堆积过程，河口形态又形成一个不稳定的快速堆积状态。本文通过2001年6月与2002年7月两次拦门沙测验地形与相关水文资料，计算输海泥沙的数量及其分布，分析了该次调水调沙试验后河口形态特征变化。     

黄河流域水资源多维临界调控研究

以黄河水资源可再生性和可持续性发展理论为指导，分析了黄河流域多维临界调控措施、方案；基于协同学原理和耗散结构理论，应用系统科学的方法，建立了黄河流域多维临界调控仿真模型；通过对黄河水资源分配进行大量模拟研究，实现了黄河流域水资源优化配置，以期实现黄河水资源的可持续发展。     

黄河调水调沙对河口及其三角洲的影响和评价

分析了黄河调水调沙运用期进入河口的水沙条件,然后从三个方面包括防洪形势、生态环境变化、岸线变迁等,对黄河调水调沙运用对河口的积极影响进行了概括总结,文章最后指出:调水调沙作为河流治理最具生命力的举措和发展方向,如何发挥其更有效的作用,应切实注意解决好以下四个方面的问题:①调水调沙运用应注意解决多目标、多效应的协调和实现;②在进行调水调沙运用时,还应着力塑造相对有利的包括河床边界条件在内的其它相关条件;③应着力加强水文水情和河床演变趋势预报工作,科学决策调水调沙运用的时机和方式;④应科学对待调水调沙运用进入河口的泥沙问题。     

调水调沙是黄河不淤的关键措施

综合分析了有关部门对黄河调水调沙的试验研究成果，结合近年来黄河水沙情况认为，要解决黄河河道不淤积问题，可能还需要冲沙用水数十亿立方米。今后，随着水土保持工作力度加强、河床形态改善和外流域补水等措施的逐步实施下，不淤积目标是完全可以实现的。建议将调水调沙作为治河的主导战略，强化研究攻关，促进其早日列入计划正式实施。     

小浪底水库调水调沙运用方式与实践

小浪底水利枢纽工程处在承上启下控制黄河水沙的关键部位。在工程规划设计过程中,围绕水库的开发目标,特别是水库减淤问题,针对水库运用方式进行了大量的研究。水库投入运用以来,进行了11次调水调沙试验和运用,不仅将长期的研究成果付诸实施,而且进一步深化了对黄河水沙运行规律的认识。     

黄河水库群水沙资源化联合调度管理的若干思考

本文通过对黄河2003年秋汛洪水调度实践、黄河水沙资源和处理洪水泥沙措施的分析研究,提出要对黄河进行水库群水沙资源化联合调度管理的理念,水沙一体化、"科学拦蓄、调排有序、挖放结合、分滞兼顾"的调度管理思想及"场次洪水汛限水位"、洪水泥沙调度实行两个"二级分化"、拓宽分水分沙途径、水库群一体化调度等措施。并提出了相关实施建议。