古贤水库与小浪底水库联合运用研究

介绍了古贤水库的概况,分析了古贤、小浪底水库联合运用的需求,研究提出了古贤、小浪底水库联合调控指标,即调控流量为3 500⁴ 000 m3/s,洪水历时不小于5 d。根据古贤、小浪底水库的内在联系和相互关系,考虑不同来水来沙、库区蓄水及河床边界等因素,初步拟定了水库联合运用的方式。采用水沙数学模型计算手段,分析了古贤、小浪底水库联合运用在协调黄河下游水沙关系、减少河道淤积、长期维持中水河槽过流能力等方面的效果。结果表明:古贤、小浪底水库联合拦沙和调水调沙运用,可协调进入下游河道的水沙关系,减少黄河下游河道泥沙淤积,使下游河道长期处于微淤状态,小浪底水库拦沙期恢复的下游河道4 000 m3/s以上中水河槽过流能力将保持50 a以上,同时还可使潼关高程冲刷下降2 m左右,水库联合减淤的效果明显。     

小浪底水库拦沙对黄河下游河道的减淤作用

在小浪底水库蓄水拦沙期,进入黄河下游河道的水沙条件发生显著变化,含沙量急剧降低,中水流量持续时间增长,水库调水调沙提高了河道输沙能力,改善了泥沙淤积部位。拦沙期(1999年10月—2018年10月),黄河下游河道共计冲刷21.015亿m~3。分析小浪底水库运用以来黄河下游河道泥沙冲淤时空变化特性及水库对水沙的调控效果,对比计算有、无小浪底水库两种工况下黄河下游河道冲淤量变化及减淤作用。水库拦沙期黄河下游河道减淤比为1.373∶1,其拦沙减淤效果与水沙条件、水库运用方式及河道边界等因素有关。     

不同水库拦沙期黄河下游河道调整对比分析

利用实测资料,从实测水沙条件入手,对比分析了三门峡和小浪底水库蓄水拦沙期,黄河下游冲淤效果,认为小浪底水库拦沙初期,由于水沙量、洪水场次、历时洪峰流量均减小,导致黄河下游河槽冲刷效率低,且流量较小时,存在上冲下淤的象;流量在4000m<'3>/s左右时,下游冲刷效率较大.研究成果对小浪底水库运用式和调水调沙研究有指导意义.     

小浪底水库的修建对下游河道的冲淤影响

通过小浪底水库拦沙期下泄清水冲刷下游河道的计算与三门峡水库初期运用实测资料对比研究,根据冲刷强度、河道整治工程状况及河床条件的分析表明,小浪底水库拦沙期,黄河下游河道不会发生类似60年代初期河势变化造成的紧张抢险局面。但由于生产堤约束形成的槽高于滩的河道形态,宽河段河势变化仍有可能形成横河、滚河的不利情况。同时,文章还结合三门峡水库运用实测资料预估了小浪底水库对下游窄河道的减淤作用。     

维持黄河下游中水河槽的小浪底调控指标分析

塑造和维持黄河下游中水河槽,是维护黄河健康生命的一项重要任务,也是对小浪底水库拦沙期运用的基本要求。通过分析黄河下游河道平滩流量的变化与进入下游的水沙量之间的响应关系,以及建立平滩流量与滑动平均汛期水量和洪水流量的关系,提出长期维持黄河下游中水河槽的调控指标为:流量不小于2 600 m~3/s,历时不小于6 d。通过分析当前4 000 m~3/s左右中水河槽的下游河道洪水冲淤特性,提出当前维持中水河槽对小浪底水库的运用要求为:汛前调水调沙尽可能塑造接近下游平滩流量的洪水过程,调控流量为3 500 m~3/s左右;汛期结合中游洪水过程塑造2 500m~3/s以上量级且具有一定历时的洪水过程。     

小浪底水库拦沙初期黄河下游冲淤效果分析

根据实测资料分析了1999年11月～2007年10月小浪底水库拦沙初期黄河下游河道冲淤变化情况,结果表明:①小浪底水库运用8年来,累计冲刷量为10.549亿m3,其中汛期冲刷量占全年冲刷量的69%,花园口洪峰流量大于2 000 m3/s的洪水冲刷量占总冲刷量的38%,6次调水调沙冲刷量占总冲刷量的20%;②下游河道冲刷量具有两头大、中间小的特征,冲刷强度沿程逐渐减弱,高村以上河段的断面形态调整为展宽和下切同时进行,高村以下河段以下切为主;③下游河床明显粗化,主槽过流能力明显增加;④平滩流量基本为3 650-5 800 m3/s,部分河段仍小于4 000 m3/s的低限标准.     

黄河下游河床可能最大冲刷深度分析

1999年10月小浪底水库投入运用至2017年4月黄河下游河道累计冲刷量达29亿t,已超出以往研究提出的下游河道最大冲刷量,河道持续冲刷对下游供水和灌溉带来了严重影响。分析了三门峡水库拦沙期、小浪底水库运用以来下游河道冲刷变化及其对水位、比降等的影响,采用冲刷极限状态法和数学模型计算,分别预估了未来下游河床可能最大冲刷深度,并提出工程设计推荐采用成果,相比小浪底水库投入前,下游花园口至利津河段沿程自上至下最大冲刷深度为5.01 m～2.09 m,考虑2015年汛前已有冲刷,未来仍可继续冲刷1.66 m～0.54 m。成果可为黄河下游引黄涵闸改建及涉河项目洪水影响评价提供参考。     

小浪底水库库区及下游河道冲淤变化研究

利用小浪底水库运用以来至2008年的实测资料,对库区及下游河道的演变情况进行了研究。结果表明:①截至2008年4月,小浪底库区共淤积泥沙23.22亿m3,干、支流淤积比例分别为84.3%、15.7%;②小浪底水库干流淤积形态为水库回水末端附近的三角洲淤积及三角洲以下的异重流和浑水水库的淤积体;③小浪底水库下闸蓄水运用以来,黄河下游各河段均发生了冲刷,利津以上河段冲刷15.89亿t;④截至2008年汛初,花园口以上河段平滩流量已增大至6 000m3/s,花园口—高村河段平滩流量增大为4 500 m3/s左右,高村—艾山为3 800 m3/s左右,艾山以下大部分河段为4 000m3/s以上;⑤2002—2005年小浪底水库调水调沙年均增加黄河下游冲刷量0.18亿t。     

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。     

黄河小浪底水库异重流排沙效果分析及下游河道的响应

全面分析了小浪底水库蓄水拦沙期2000-2006年库区及下游河道泥沙冲淤调整;在分析泥沙输移规律的基础上量化了连续冲刷状态下河道输沙能力变化与累计冲刷量间的关系,揭示了冲刷条件下河道输沙能力降低是因为床沙有效交换层内小于0.05mm的细沙及中沙补给不足造成的;结合三门峡水库拦沙期的观测资料,对比研究了异重流洪水期间小浪底水库的排沙效果及其下游河道对高含沙异重流水沙过程的响应,指出了小浪底水库对洪水具有较大的"拦粗排细"潜力,且高含沙异重流洪水不会造成河道严重淤积.因此,在洪水调度中,要充分利用水库塑造异重流洪水,多排少拦,以达到下游河道长期减淤的目的.     

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。     

黄河中下游水沙的时空调度理论与实践

利用小浪底水库不同泄水建筑物的组合，塑造一定历时、流量、含沙量及泥沙颗粒级配的下泄水流与下游伊洛河、沁河的“清水”对接，在花园口站形成协调的水沙关系，实现既排出小浪底水库的库区泥沙，又不淤积下游河道的目标。2003年9月6～18日，黄河水利委员会就该理论开展了原型试验，试验结果表明：①利用异重流排沙和浑水水库排沙的特点，达到了小浪底水库拦沙初期“拦粗排细”、减缓库区淤积的目的；②利用小浪底-花园口区间的洪水资源，将小浪底水库排出的细泥沙输送入海，并且不增加下游河道淤积，提高了水流的输沙效率；③实现了下游河道减淤与减灾的统一。     

小浪底水库拦沙期减淤运用方式探讨

小浪底水库运用方式不同于一般水库的特点在于它的减淤２调节，它吸取了三门峡水库的经验教训，采用逐步抬高汛期运用水位，以有利于山东河道减淤为目标，汛期调节出库流量集中于６００ｍ＾２／ｓ、２５００～４０００ｍ＾３／ｓ两级流量。洪水是黄河来沙与下游河道淤积的主体，为使水库多拦对下游有害的粗泥沙、多排对下游无害的细泥沙，可采取拦粗排细的运用方式，即根据水情预报，当出现流量大于２５００ｍ＾２／ｓ的洪水时，提前     

基于水库群联合调度和人工扰动的黄河调水调沙

为减少小浪底水库及下游河段的淤积，通过水库群的联合调度充分利用万家寨、三门峡、小浪底等干流水库汛前蓄水，在小浪底库区人工塑造异重流，加大小浪底水库的排沙量。同时辅以人工的泥沙扰动措施，调整了库尾段不利的淤积形态。利用进入下游河道水流富余的挟沙能力，在黄河下游“二级悬河”及主槽淤积最为严重的卡口河段实施河床泥沙扰动，减轻下游淤积并扩大下游河道的主槽过洪能力。试验取得了预期效果，小浪底库区淤积三角洲冲刷泥沙1.329亿m3，设计淤积平衡纵剖面以上淤积的3850万m3泥沙全部冲刷消除，小浪底库尾淤积形态得到合理调整；下游卡口河段扰起泥沙164.13万m3，扰沙河段的平滩流量增加了510～640m3/s；下游河道利津以上各河段均发生冲刷，小浪底～利津河段共冲刷0.665亿t。说明通过调水调沙塑造适当的水沙过程，可以遏制黄河下游河道形态恶化的趋势。     

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。     

黄河调水调沙试验对下游河道行洪规律的影响

山东省东明县高村河段在黄河下游河道具有一定的代表性.20世纪90年代,由于黄河下游持续小水高沙,低水期延长,主槽发生严重的淤积,河道行洪能力明显下降.2002年以来,黄河水利委员会通过小浪底水库进行了三次调水调沙试验,使该河段主河槽泥沙得到有效的冲刷,仅2003年5月至12月,山东河道(高村至汊2)主槽冲刷就达11756万m3,冲刷厚度0.23m,行洪能力得到大大提高.     

优化小浪底水库调水调沙运用方式的建议

对小浪底水库运用以来黄河下游河道冲刷情况及调水调沙运用存在的主要问题进行了分析,并对调水造峰期间下游河床冲淤特性进行了研究。结果表明:经过小浪底水库10 a调水造峰与清水冲刷,黄河下游河道主槽排洪能力已经得到有效恢复,为利用洪水排沙创造了有利条件;连续10次调水调沙,冲刷效率逐步降低,且存在排沙期下游河道淤积、流量沿程增大等问题。洪水具有"涨冲落淤"的输沙特性,因此小浪底水库应改变目前落水时加沙的调水调沙运用方式,尽量在洪水涨水期集中排沙出库,一般情况不要再放平头峰,以提高下游河道的输沙效率。     

2000年黄河下游河道冲淤及河床演变情况分析

根据1999年11月－2000年10月黄河下游的监测资料，分析了小浪底水库的出库水沙特点，全面研究了下游河道冲淤，床沙粗化，河道断面形态变化及河热变化，对小浪底水库调水调沙运用的减淤效果进行了分析计算。同时，就2000年10月－2001年2月向天津紧急供水对减淤的影响也作了分析研究。研究表明，尽管这一时期进入黄河下游的水量为历史最枯，但黄河下游仍减淤2．16亿t，而且未出现大的河势变化及工程险情。     

黄河洪水演进洪峰增值现象及其机理

2004～2006年小浪底水库异重流排沙期间,在小浪底～花园口区间出现了下断面的洪峰流量明显大于上断面洪峰流量的洪峰增值现象.本文详细描述了洪峰增值现象发生过程和主要特征.通过对黄河小浪底水库及其下游河道实测资料的研究和水力学理论分析认为,洪水发生洪峰增值的主要原因是河道糙率的大幅度减小.河道糙率与水流含沙量、悬沙级配、床沙级配、床沙床面形态、河道断面形态及河岸周界情况等因素有关.在小浪底水库异重流排沙之前有清水下泄过程,使河道床沙粗化,糙率大幅度增大,当异重流出库后,高浓度细颗粒泥沙使水流黏性增加、紊动削弱,河床被极细沙填附,河道糙率大幅度减小,导致后续水流流速加大,并赶上前方水流,发生洪峰叠加.