水沙变异条件下黄河口演变与治理研究动态及建议

在回顾黄河口演变与治理研究历史的基础上，系统阐述黄河口水沙条件、尾闾河道演变、拦门沙演变、滨海区海洋动力、河口对下游河道的反馈影响的研究现状。针对水沙变异条件下黄河口演变的新情况，总结黄河口演变与治理研究思路，提出了黄河口演变与治理研究中亟待解决的课题，试图为科学治理黄河口提供技术支撑。     

黄河口演变对下游河道反馈影响的计算研究

利用适合于黄河下游河道和黄河口水域的一、二维连接泥沙数学模型，计算研究了黄河口演变、入海流路的淤积延伸对下游尾闾河道的反馈影响。通过比较考虑和不考虑入海流路淤积延伸2种情况的计算水位和淤积量的变化得出：单一的河口延伸对下游河道淤积的影响过程是一个相对较长的过程，需要几年、甚至十几年的发展，影响程度自下游到上游逐渐减弱。     

黄河口尾闾河长的变化特点及计算方法

黄河口尾闾河道的淤积延伸不仅对河口地区的河床演变具有重要影响,而且对黄河下游河道的长期冲淤发展趋势具有重要作用。根据黄河口1954-2018年实测尾闾河长与水沙资料分析了不同流路的淤积延伸特点,发现尾闾河长与累计来水量和累计来沙量之间均具有较好的相关性,但不同流路的变化速率差别较大。根据黄河下游河道的多来多排输沙关系,推导得到了基于累计来沙量的尾闾河长计算方法,该方法不仅具有一定的理论基础,且计算值与实测河长之间符合程度较好,决定系数达0.95,可为定量分析黄河口尾闾河道的淤积延伸等河口演变问题提供科学参考。     

黄河口尾闾河道冲淤及其影响因素分析

入海流路改道频繁、水沙过程变化剧烈等多种因素造成黄河口流路冲淤演变过程十分复杂,在一定程度上影响了黄河下游的防洪安全。为了认识不同因素对黄河尾闾河道演变的影响程度,采用黄河口实测水沙和地形资料,分析了不同因素对黄河尾闾河道冲淤和水位变化的影响。结果表明:1964-2012年黄河尾闾河段的冲淤与水沙要素之间的关联度较低,水沙过程的改变不是影响尾闾河道冲淤的主要因素;流路改道与利津水位变化密切相关,改道前后流路长度变化越大对河道冲淤影响越明显。流路改道初期河道水流流速大幅降低导致泥沙在河道大量淤积;频繁的流路改道使水沙过程与河道冲淤之间不再呈现一致且紧密的关系。研究结果可为黄河口流路综合治理提供科学依据。     

利津水位对河口演变响应的计算方法

本文分析了黄河口的演变特征及其对利津3 000 m3/s同流量水位的影响。黄河口每次改道后尾闾河道的河长突然缩短,比降陡增,之后河长以先快后慢的速率增长,尾闾河道比降则呈指数衰减,经过约5~6年调整至平衡比降,其变化过程反映了典型的河床演变滞后响应特性。基于黄河口河道的演变特征,提出了河口河道水位和纵比降变化的概化模式,并采用滞后响应模型建立了河口河道同流量水位的计算方法,较好地计算了1954—2012年间黄河下游利津3 000 m3/s同流量水位的变化过程。该计算方法不仅考虑了河床演变的滞后响应特性,而且反映了来水来沙和河道淤长与蚀退对利津同流量水位的共同影响,能够连续地模拟河口淤积延伸及改道过程中河口河道特征水位的长期变化过程。研究成果可为分析黄河口淤积延伸与下游河道相对侵蚀基准面的变化关系提供参考。     

黄河口水沙变异及尾闾河道的萎缩响应

1986年以来,进入黄河口的水沙过程发生了变异,尾闾河道逐渐萎缩,河道泄洪能力降低,对黄河防洪安全构成了极大的威胁。本文依据清水沟流路实测资料,采用对比分析、理论探讨等方法,揭示了黄河口水沙过程的变异特征,分析了尾闾河道萎缩的演变过程,概化了尾闾河道的萎缩模式,探求了尾闾河道的萎缩机理,引入了尾闾河道萎缩的判别指标。     

黄河河口对下游河道反馈影响研究

以花园口河段和利津椨嫱莺佣挝对黄河河口给下游河道带来的反馈影响进行了研究,认为:花园口河段短时段的冲淤主要与来水来沙条件有关,而利津至改道点河段短时段的冲淤则主要受制于河口基准面的状况;黄河下游同流量水位、河段冲淤量和尾闾河段河长3方面演变发展过程的转折点均位于与河口改道相关的1953年、1975年和1996年;河口河段和下游河道的冲淤及水位升降均与河口尾闾入海流路的长度相应,只有当尾闾入海流路的长度超过改道前流路长度时,河口河段和下游河道水位方出现不再下降的稳定升高.同时证实了河口尾闾入海流路的绝对长度是河口河段及下游河道冲淤幅度和发展趋势的制约因素;黄河下游宏观的淤积趋势属于溯源淤积性质,河口基准面的影响波及整个黄河下游冲积性河段.     

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。     

温孟滩放淤对黄河下游河道减淤效果分析

利用温孟滩区放淤可以处理一部分小浪底出库泥沙,减缓下游河道淤积,保障黄河下游防洪安全。采用实测资料分析、数学模型计算等方法,研究了温孟滩放淤方式及枢纽选择、放淤量、引水引沙规模等,并着重分析了对黄河下游河道的减淤效果。经计算,温孟滩放淤12.6亿t泥沙可使黄河下游减淤8.8亿⁹.2亿t。     

黄河口海岸演变规律

利用观测资料,总结了在黄河水沙、波浪、海岸工程等因素作用下黄河口海岸的演变规律。研究发现：①黄河三角洲海岸演变不仅受黄河水沙、潮汐、潮流的影响,而且还明显受波浪、海岸工程等因素的影响;②黄河三角洲海岸演变的趋势是朝着垂直于东北强浪的方向发展;③刁口河停止行河后河口海岸蚀退的原因不仅是河流泥沙减少,而且还有海堤在波浪作用下引起的侵蚀。建议：①黄河三角洲社会、经济、生态等规划应给黄河口流路充分的空间,而且黄河口流路安排应遵循“先在三角洲两侧、后在中心”的顺序,这样可以充分利用渤海容沙体积,减缓黄河口淤积延伸对黄河下游河道的反馈影响;②近期把清水沟尾间河道改向莱州湾。     

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

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