黄河龙羊峡以上干流梯级开发布局研究

黄河龙羊峡以上地区,是黄河流域径流的主要来源区,高程较高、气候恶劣、生态环境脆弱,同时,该河段水力资源丰富且具有水电梯级开发的地形条件。通过对梯级开发条件的分析,认为龙羊峡以上河段应以生态环境保护和水源涵养保护为重点,在保护生态基础上有序开发水电资源;其中吉迈—沙曲河口河段建议六级开发,玛曲—羊曲河段为梯级开发的重点河段,推荐安排四级开发,其他河段应以生态保护为主,规划期内不宜安排梯级开发。     

黄河粗泥沙集中来源区拦沙工程布局

利用黄河粗泥沙集中来源区水文、地质研究成果以及实地调查和勘测资料,采用典型分析和综合对比分析的方法,依据现行规范和规定,以及提出的工程布局原则,通过对典型小流域建设目标分析、单坝工程设计、布局方案设置、控制面积对比、防洪能力对比、拦沙能力对比、淤地面积对比等,论证确定每条典型小流域中小型拦沙坝布局与规模成果。利用典型小流域布局成果,确定黄河粗泥沙集中来源区布置拦沙坝10 165座,其中中型拦沙坝1 995座、小型拦沙坝8 170座。     

小浪底水库泥沙淤积特性及减淤运用方式探讨

小浪底水库在初期运行管理中采用了调控水位、异重流排沙、调水调沙、相机降低水位排沙、拦粗排细等综合调度运行方式,对减少水库和下游河道的泥沙淤积取得了显著效果。截至2016年汛前,水库累计淤积泥沙30.97亿m3,库区泥沙淤积形态及下游河道过流能力均发生了较大变化,为进一步提高淤积库容的利用率、尽量延长淤积库容的使用年限,对水库泥沙重点监测内容、淤积形态调整、汛期限制水位、调水调沙清水用量等进行了探讨。     

黄河干流泥沙空间分布研究

利用实测水沙资料,系统分析了1950～2005年不同历史时期、不同河段、不同分布单元黄河泥沙分布的特点以及人类活动的影响.结果表明:黄河干流泥沙分布在不同时期表现出不同的特点,其主要影响因素是水沙条件和人类活动:上游地区人类活动对干流泥沙分布影响最明显的主要是引水引沙和水库调度,其影响机理都是减少了进入中下游的输沙水量,从而增加了河道淤积;中游地区对黄河干流泥沙分布影响最明显的人类活动是水土保持和水库调节,水库蓄水拦沙运用对黄河干流泥沙分布的影响是直接的、显著的,而水库正常运用期,水库调度只是在一定范围内、一定时段对黄河干流泥沙分布产生影响;下游地区对黄河干流泥沙分布影响最明显的人类活动是引水引沙和滩区生产.     

黄河水库实体模型建设

黄河水库实体模型系统主要由已建或拟建的干支流骨干工程的模型构成。近期重点建设三门峡水库模型及小浪底水库模型，并将降低潼关高程的各种措施研究、小浪底水库与三门峡水库凋水调沙联合调度关键技术研究及小浪底水库拦沙后期运用方式研究等作为近期试验研究的主要内容。黄河干支流其他水库模型的建设根据未来生产实际的需要予以安排，主要有碛口水库模型、古贤水库模型和大柳树水利枢纽模型等。     

小浪底水库拦沙初期泥沙输移及河床变形研究

应用物理模型试验对小浪底水库运行初期的泥沙输移和河床变形进行了一系列的研究预测,结果表明水库运用初期基本上为异重流排沙;库区干流淤积形态为三角洲且不断向下游推进;支流淤积主要是干流倒灌的结果,在沟口可形成拦门沙;库水位大幅下降,干流河床将产生溯源冲刷和沿程冲刷,支流淤积面随之下降。水库投入运用以来的实测资料分析表明,尽管预报试验所采用的水沙条件与水库运用以来的实际情况不尽相同,但两者在输沙流态、淤积形态及变化趋势方面基本一致,从而证明了模型试验得出的结论是符合实际的。     

黄河泥沙资源利用的长远效应

黄河多沙给两岸人民带来了严重的洪水灾害,因此黄河的治理措施多基于泥沙的灾害性。随着经济社会发展对黄河水资源的需求日益增加,加之黄土高原地区特殊的地理地貌特征等因素,未来黄河仍将是一条少水多沙河流。经过长期的治黄实践,人们逐渐认识到黄河泥沙的资源属性,其在黄河防洪安全、放淤改土与生态重建、河口造陆及湿地水生态维持、建筑材料等方面具有巨大的利用潜力。研究发现,黄河下游的河道淤积泥沙主要来自少数几场高含沙洪水;水库在拦截黄河泥沙的同时,也对泥沙级配进行了自动分选,为泥沙分类利用创造了条件。利用水库拦减高含沙洪水,不仅可减少下游河道淤积和滩区淹没损失,还为泥沙资源的集中利用创造了前提条件,具有巨大的社会和经济效益;同时,树立充分发挥水库的拦沙作用与泥沙资源集中利用有机结合的新理念,不仅能使水库持续发挥其拦沙减淤效益,也将更彰显黄河泥沙资源集中利用的长远效应。为此,必须从政策和管理层面建立良性运行机制,加强舆论宣传,吸引社会资金和广大群众主动参与黄河泥沙资源利用工作,实现黄河的长治久安。     

黄河干流泥沙配置合理性分析

利用实测资料系统分析了1950.7～2005.6年不同历史时期黄河干流泥沙配置的特点.选取利津站沙量、上游宁蒙河段平滩流量、中游潼关高程、下游平滩流量、下游悬河状况、引沙量以及水库特征库容变化等指标,对不同时期黄河泥沙配置的合理性进行分析.     

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。     

2001—2011年黄河入海泥沙分布及其扩散机制

通过对2001年6月、2011年6月黄河口及邻近海域进行水下地形测验,分析了调水调沙10a间入海泥沙的分布及扩散情况。结果表明:黄河泥沙入海后,首先遭遇到入海上层径流与底层海流作用形成的切变锋的第一道拦阻,使66%的入海泥沙淤积在110km2的口门区,然后河口10m水深处潮汐相位差切变锋的第二道拦阻,又导致83%的入海泥沙被阻隔在面积245km2的12m水深节点线以内近岸区域,这两道切变锋对泥沙的连续、强烈"捕捉"是黄河口拦门沙形成的最主要机制。     

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。     

基于空间尺度的黄河调水调沙

基于空间尺度的黄河调水调沙理论是：利用小浪底水库不同泄水孔洞组合塑造一定历时和大小的流量、含沙量及泥沙颗粒级配过程，加载于小浪底水库下游伊洛河、沁河的“清水”之上，并使其在花园口站准确对接，形成花园口站协调的水沙关系，实现既排出小浪底水库淤积泥沙，又使黄河下游河道不淤积的目标。2003年9月6—18日，黄河水利委员会为验证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；④小浪底水库存蓄了6．02亿m^3水量，为引黄济津和翌年农田灌溉储备了水源。     

2003年黄河调水调沙试验

2003年的黄河调水调沙试验开始于9月6日9时,至9月18日18时30分结束,历时12．4天。通过以小浪底水库为主的四库联合调水调沙,有效地利用小浪底一花园口区间的清水,与小浪底水库下泄的高含沙水流进行水沙“对接”。在试验过程中,采取了陆浑水库适时调控、故县水库控泄运用,尽量拉长、稳定小花问的流量过程,以利于小浪底水库配沙;以小浪底水库的实时水沙调控,稳定花园口站水沙过程的调度方式。通过前期实测资料分析、数学模型计算和实体模型试验,紧紧围绕这次调水调沙试验的主要目标,控制花园口流量2400m3／s、含沙量30kg／m3。这次调水调沙试验使下游主河槽过流能力得到进一步恢复,下游河道总冲刷量0．456亿t,全河段大都发生了冲刷,从而为今后实施水库多目标调度、兼顾各方面效益积累了新的经验。     

对黄河水沙调控体系建设的几点看法

针对黄委的《黄河水沙调控体系建设》报告,对黄河水沙调控体系建设提出了几点看法：①小浪底水库的运用方式需要改变,即汛期要少蓄水,适当地排沙,增加排沙比;②依据目前黄河的来水量,黄河下游河道要达到4000—5000m^3／s的平滩流量的目标是有困难的;③应抓紧制定二级悬河的治理和滩区安全建设方案;④废除生产堤,使滩槽水沙充分交换,是黄河下游泥沙处理的根本途径;⑤开发黑山峡,修建大柳树水库,但水库不能以灌溉为主;⑥修建东庄水库能较好地减轻渭河下游的洪涝灾害;⑦三门峡水库非汛期的控制水位应该进一步降低。     

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。     

维持黄河下游河槽排洪输沙能力方案分析

利用黄河下游水动力学泥沙冲淤数学模型,采用3个20年设计水沙系列对河段的冲淤及平滩流量的变化进行了计算与分析,结果表明:①各水沙系列的前10年,下游各河段均处于沿程冲刷状态,而后10年各河段则出现了淤积;②只有系列2能维持整个下游河道的平滩流量在4000 m3/s以上;③各系列前10年塑造河槽阶段的水沙过程均比较合理,基本实现了平滩流量稳定增大的目的,后10年河道平滩流量则出现了不同程度的减小;④应尽量控制小浪底出库含沙量不超过200 kg/m3且细泥沙比重在75%以上。     

黄河流域主要泥沙汇堆积过程及输沙量的长期变化

黄河流域是地表巨大的输沙系统之一,受气候变化和人类活动的影响,其输沙量经历了显著的变化。探讨了全新世以来黄河流域3个主要泥沙沉积汇的堆积变化过程以及黄河输沙量的变化过程,揭示出在人类活动逐渐增强的主要影响下,宋代以后黄河输沙量经历了加速增加的过程,近几十年来在气候变化以及水利水保措施作用下黄河输沙量又经历了逐渐减少的过程。与历史时期相比,近年来黄土高原坡面和沟道的侵蚀产沙量仍较大,仍需长期开展水土保持工作。20世纪中期以前,由于黄河输沙量逐渐增加,因此黄河下游与渭河盆地及小北干流年沉积量也都呈现一个逐渐加速的过程,两者沉积量年增加的比例比较接近,与黄河输沙量年增加的比例一致。近几十年来,下游主要受大堤防洪能力及来沙变化影响、渭河盆地及小北干流主要受三门峡水库水位和来沙变化影响,年沉积量起伏变化,2003年以来两泥沙汇都发生了持续冲刷过程。河套平原是黄河上游最大的泥沙汇,1949年以前400多a的平均沉积量接近0.9亿t/a,1950年以来年均沉积量较之前长期平均值高,受来沙系数变化影响,经历了两个起伏周期,近期进入低谷。     

黄河下游泥沙数学模型及其应用

本针对黄河下游来沙特性和河道冲淤演变的特点，建立了复式断面数学模型，综合考虑了洪水演进，不同粒径泥沙的冲淤特性，断面上的冲淤分布，悬沙和床沙级配的变化调整及其对水流挟沙能力的影响等方面的问题。黄河下游１９７４－１９８８年实测水沙系列验证计算表明，模型在冲淤总量，沿程分布等方面均与实测资料符合良好；小浪底水库对黄河游河道冲淤影响的计算结果与有关献的结论也基本一致。     

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.