黄河小浪底水库运用以来的泥沙淤积特征分析

基于原型观测资料,分析了小浪底水库入库水沙、水库运用及相应库区泥沙淤积的变化特征。小浪底水库运用以来,平均入库水量为225.23亿m~3,沙量为3.19亿t,入库水沙与历史多年平均值相比显著减少;汛限水位和运用水位则逐步抬高,目前,前汛期和后汛期汛限水位分别为230、248 m。至2015年4月,库区泥沙淤积总量为30.48亿m~3,其中干流淤积量占总淤积量的80.9%;水库平均排沙比约为21.0%,库区淤积物从库尾至坝前沿程细化。库区干流淤积纵剖面基本呈三角洲形态,随着水库的运用,三角洲淤积形态缓慢向坝前推进;上窄下宽的特殊库区地形对调整库区淤积形态有利。库区横断面淤积形态初期为水平淤积抬升,后期宽河段库区则受坝前水位下降期脱离回水的影响,形成有滩、有槽的复式断面形态。库区支流淤积形式主要为干流倒灌淤积,纵剖面淤积形态总体呈锥体变化,横断面呈水平淤积抬升。分析库区泥沙淤积特征有助于小浪底水利枢纽的科学调度运用。     

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m³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。     

黄河宁蒙河段水沙调控指标

1986年以后黄河宁蒙河段河道严重淤积萎缩,防凌防洪形势严峻。采用调水调沙减少河道淤积、改善河道形态是未来宁蒙河道治理的重要措施。通过理论与实测资料分析,研究提高河道泥沙输移效率、减少河道淤积、恢复与维持中水河槽,提出了上游水库对宁蒙河段进行调水调沙的调控流量、调控历时、调控时机等水沙调控指标。进入宁蒙河段的水沙调控流量宜控制在2 500～3 000 m³/s;一次流量过程的调控历时应不小于15天,维持年内冲淤平衡的大流量宜不小于30天;适应宁蒙河段干支流洪水泥沙特点,水沙调控时机应安排在7月中旬至9月下旬,7月中旬至8月下旬是宁蒙河段支流高含沙洪水频发期,应泄放大流量稀释支流高含沙洪水,防止淤堵干流河道。     

维持黄河下游河道与滩区稳定的泥沙处置方案

变化环境下研究提出可以维持黄河下游河道与滩区稳定的泥沙处置方案对黄河下游乃至流域治理具有重要指导作用。通过实测资料分析、数学模型等手段,分析入黄泥沙的时空分布变化,认为三门峡水库建成后的3个水库运用阶段输沙入海是泥沙处置的主导方式,小浪底水库建成后变为以水库拦沙为主导,大型水库是影响泥沙空间分布及河道冲淤的重要因子;黄河年均来沙8亿、6亿、3亿t情景,黄河下游无法实现河道和滩区稳定,拟定了5个泥沙处置方案,通过分析评价得到最优方案,即古贤、桃花峪水库+滩区生态治理方案,建设古贤水库可以基本实现黄河下游50 a河床不淤高,滩区生态治理能够消除“二级悬河”,加上桃花峪水库可显著提高滩区防洪标准,综合评价该方案最优。     

黄河小北干流放淤试验工程泥沙处置效果分析

黄河小北干流放淤试验工程建成以后,按照来水含沙量、流量、粗颗粒泥沙含量及水沙相同历时等调度运行指标要求,先后在2004-2007年、2010年、2012年共计进行了15轮无坝自流放淤试验。原型观测资料分析表明:放淤试验工程总计引水11 603.4万m~3,引沙899.6万t,淤区淤积泥沙622.1万t,粗沙淤积比明显大于细沙淤积比,实现了较好的淤粗排细效果;由于黄河水沙变化和引水口门处河势变化等原因,导致放淤频次降低,放淤闸引水含沙量降低、引沙中粗沙比重减小,使得淤积量和淤积物中粗沙比重减小。总结分析认为小北干流无坝放淤在有利的水沙条件、河势条件及精细的调度管理情况下,可以实现多引泥沙,尤其是多引粗沙,淤粗排细。由于无坝自流放淤影响因素多,很难全面控制,放淤效果持续保障的难度大。     

基于下游河道中水河槽维持的小浪底水库运用方式研究

小浪底水库运用以来,为实现下游河道减淤,水库运用方式以蓄水拦沙和调水调沙运用为主,下游河道输沙能力较低。当前,黄河下游河道适宜的中水河槽规模(泄流能力为4 000 m³/s)已形成,长期维持该河槽规模,充分发挥黄河下游河道输沙能力输沙入海,成为当前及今后一个时期水库减淤调度的新要求。根据黄河下游1960—2016年306场非漫滩洪水实测资料,分析不同含沙量级、流量级黄河下游河道的冲淤效率和输沙效率,提出含沙量在60 kg/m³以上的大流量洪水过程在下游河道具有较高的输沙效率,但也容易造成河道淤积。进一步提出基于下游河道中水河槽维持的河道输沙对水库运用的要求,即当下游河道中水河槽泄流能力维持在4 000 m³/s左右时,为提高河道输沙能力,小浪底水库可适时增加泄放含沙量不超过100 kg/m³的大流量过程;当下游河道中水河槽泄流能力扩大至4 500 m³/s以上时,小浪底水库可适时增加泄放含沙量不超过200 kg/m³的大流量过程;若未来下游河道中水河槽泄流...