黄河非平衡输沙典型事例及其研究概述

非平衡输沙是河流泥沙运动的一个基本问题,特别象黄河这种多沙河流,非平衡输沙问题尤为突出。诸如"洪峰增值"、"驼峰"等现象,更是非平衡输沙的典型事例,一直引发世人的极大关注。本文简要总结了上述几个典型问题的前人研究成果及近几年开展的工作,认为含有极细沙的洪水在河槽中的演进,使得前期被粗化的河道阻力系数明显减小,后续洪水流速增大,与前方洪水发生叠加,形成了"洪峰增值"现象;"驼峰"河段的形成则主要是水沙条件不协调、黄河下游纵剖面影响及纵向长距离非平衡输沙造成的。     

非恒定悬移质不平衡输沙的研究

本文根据沙量、水量守恒原理，导出了非恒定流条件下悬移质不平衡输沙的对流－源汇方程。并采用特征线法和分离变量法获得了断面平均含沙量时空分布的解析解表达式。该解反映了含沙量的动态演进过程，为建立非恒定流泥沙数学模型奠定了基础。     

泥沙数学模型近底边界条件Ⅱ：非平衡输沙

由基于湍流猝发的可自由冲刷床面泥沙上扬通量函数，直接构造床面可自由冲刷时近底含沙量Ｎｅｕｍａｎ边界条件，考虑刚性床面上泥沙不一定能得到充分补给之事实，给出相应的近底边界条件提法。     

小北干流非恒定不平衡输沙模型

本文分析了１９７７年小北干流的两场洪水资料，计算了揭河底冲刷，对洪水采用非恒定流计算，对泥沙采用不平衡的输移方式计算，建立了数学模型，用７月６日的洪水离定系数和参数，然后预测８月３日的洪水，得到了计算结果比较令人满意。     

典型非均匀推移质输沙率公式适用性比较

基于等中值粒径的“单、双峰型级配”推移质输沙试验以及“驼峰”输沙率试验数据,选择Einstein、吴伟明、Wilcock和吴保生等4种典型非均匀推移质输沙率公式计算“单、双峰型级配”推移质输沙率,将两种级配的输沙率比值及曲线形态与试验成果对比分析。结果表明：吴伟明公式在反映“单、双峰型级配”推移质输沙差异上表现最好,这4种公式均无法反映“驼峰”输沙率现象。基于多参数考虑的Patel公式较这4种公式能更好地反映上述两种现象。充分考虑床沙级配对分组沙起动切应力和输沙有效Shields数的影响,是提高非均匀推移质输沙率公式精度和适用性的关键。     

小浪底—利津河段河道输沙平衡临界指标研究

河道输沙平衡关系是通过工程措施调控水沙组合、冲刷河槽淤积泥沙、塑造河槽形态、提高河槽输沙能力和泥沙资源化配置的理论依据。通过对影响黄河小浪底—利津河段河道汛期输沙平衡的水沙指标进行分析,建立了河段汛期淤积比与小浪底站水沙指标的关系,计算了1950—2000年小浪底—利津河段对应的不同计算时段、不同河段(包括全河段)和上、下临界输沙平衡状态的50组输沙平衡临界指标,分析其变化规律和影响因素。对1967年实测典型洪水过程及2007年汛期调水调沙过程的输沙平衡状态分析,得出了各自对应的输沙指标,结果表明自然形成的洪水过程和调水调沙人造的水沙过程均可以达到河道输沙平衡。     

黄河下游河道冲淤平衡时输沙水量变化规律研究

根据1950～2000年黄河下游河道汛期实测径流量和输沙量资料,计算得到了花园口-高村和艾山-利津河段处于冲淤平衡状态时的输沙量、输沙水量与单位输沙水量,并分析了三者之间的关系.研究表明:河段处于冲淤平衡状态时,输沙水量随着输沙量的增大而增大,单位输沙水量随着输沙量、输沙水量的增大而减小,输沙效率增大;随着河槽形态趋于窄深,一定输沙量所需输沙水量减小,单位输沙水量减小,输沙效率提高.     

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。     

黄河内蒙古段输沙用水量分析

根据1953-2004年黄河宁蒙河段下河沿、石嘴山、巴彦高勒、三湖河口、头道拐5个典型水文站的水沙资料,分别用榆沙量法、含沙量法及冲淤比修正法对内蒙古段的输沙用水量进行了计算,并对黄河内蒙古段各典型水文站汛期单位输沙用水量与汛期水沙条件的关系进行了分析.结果表明:1953-2004年内蒙古段各站全年、汛期输沙用水量均随时间呈明显的减小趋势,1987年后各站汛期输沙用水量已不足刘家峡水库运用前的50%,而非汛期输沙用水量随时间的变化较小;各站汛期单位输沙用水量与汛期平均流量、含沙量存在相关性较好的降幂级数关系;在汛期,若巴彦高勒-头道拐区间各站平均含沙量大于9 kg/m3、单位输沙用水量小于200 m3/t,则该河段均发生淤积;若含沙量小于4 kg/m3、单位输沙用水量大于400 m3/t,则该河段均发生冲刷;若含沙量为4～9 kg/m3、单位输沙用水量为100～400 m3/t,则该河段淤积比随汛期单位输沙用水量的增加而增大.     

黄河下游输沙及冲淤的若干规律

从黄河下游河型沿程变化的实际出发，利用建立的河相系数与流量的关系以反映这种变化，进而深入研究了黄河下游有关输沙和冲淤的一些问题。诸如上下河段(游荡性河段与弯曲性河段)水力因素的对比，下段冲刷的临界流量的存在和证明，输沙能力的确定，第一造床流量与第二造床流量的意义及表达，来沙系数的理论基础，上、下河段输沙能力对比研究，以及游荡性河道整治时应注意上下段输沙能力均衡等。这些问题都是黄河下游输沙与冲淤方面的重要问题。本文从较深层次揭示了它们之间的内在联系，将这些问题进行了剖析，作了深入研究，得到了统一的理论框架。     

小水电设计中两例典型控制回路的改进

为预防变电站联络线路上油断路器的非规范操作，减少水电站压力装置自动回路故障，分别采取在合闸回路中增设电压继电器触点，在压力自动回路增设接触器辅助接点的技术改进措施，经济易行；提高了变电站联络线路、水电站机电设备安全运行的可靠性。图2幅。     

黄河源区典型弯曲河流的几何形态特征

黄河源区支流白河和黑河位于青藏高原东北部若尔盖盆地的东部,河道蜿蜒曲折,是典型弯曲型河流,研究其弯曲河道的一般形态规律,有利于认识青藏高原弯曲河流的发育条件和形态特征。基于遥感图像、DEM和野外调查,利用ArcGIS提取了白河和黑河的河网,计算了沿程的纵比降,并测算了河道宽度、弯曲度、河谷宽度和牛轭湖数量。白河和黑河的统计河段平均弯曲度分别为1.68和2.46,黑河平均弯曲度大于白河的主要原因是黑河的多年平均流量和河道纵比降均小于白河。白河单位河长的牛轭湖数量沿程由多变少,黑河单位河长的牛轭湖数量沿程趋于均匀,且牛轭湖数量多于白河,说明黑河沿程保持更高的自然裁弯频率。     

伊洛河夹滩地区对伊洛河入黄洪水的影响

伊洛河河道两岸堤防的存在使夹滩地区的滞洪作用不同于天然滞洪区，它不仅对人黄洪水起滞洪削峰作用，而且对洪水总量还略有削减。不 同时期堤防的建设标准及河道条件不同，夹滩地区的滞洪作用也不同。经过1935、1937、1954、1958、1982年实测洪水资料的分析知，夹滩地区对入黄洪水的滞洪作用与洪水量经大小、洪水过程胖瘦、堤防决溢程度等因素有关，在现状堤防条件下，如何再发生1954、1958年量级的洪水，在确保洛洛北大堤安全的情况下，有计划地使用夹滩及南岸滞洪共滞洪，则夹滩地区对入黄洪水的削峰率可达20%～25%。但夹滩地区的容量有限，因此对洪水总量的滞蓄作用不大。     

引黄灌区泥沙远距离输送研究

采用山东省簸箕李灌区实际资料对建立的引黄渠道泥沙远距离输送数学模型进行了验证,结果表明模型能够较好地模拟簸箕李灌区干渠水流输沙规律.进而利用该模型对影响泥沙远距离输送的主要因素进行研究,成果显示渠道衬砌、复式断面利于减少渠道淤积,引水时避免小流量长时间引水、减少沿程分水和提水灌溉,是实现泥沙远距离输送的有效措施.     

黄河内蒙古河段典型凌情过程模拟

近十几年受人类活动和气候变化等影响,黄河内蒙古河段冰情出现新的特征,突发凌情频繁出现,原有的内蒙古河段冰模拟方法已不能满足当前凌情防治的需要,亟待建立能反映凌情物理特性变化规律的河段冰情动态发展数学模型。在实测资料基础上,研究了黄河内蒙古河段冰情时空变化规律,以及河道资料不完整、支流流量资料缺乏及冰桥位置的确定等问题。应用一维冰情数学模型模拟2012—2013年凌汛期黄河内蒙古河段冰情发展过程,并对水温、冰盖厚度、冰盖前沿发展和流量的模拟值和实测值进行了对比分析,模拟值和实测值吻合较好。本研究为黄河防凌提供科学依据和方法支撑,也为天然江河、人工渠道冰情全过程模拟提供了研究思路和技术手段。     

黄河甘肃段干支流输沙情况及治理保护建议

通过深入学习习近平总书记视察甘肃重要讲话,理清思路,统计计算了黄河甘肃段干支流输沙情况,并对照习近平总书记对黄河流域的要求,分析了黄河甘肃段治理保护方面当前存在的问题,总结了前人治理黄河的经验,提出水土流失治理和污染防治的建议。     

关于黄河下游河道治理的两个问题

针对黄河下游河道治理的治标性问题，即如何治理黄河下游河道的滩区，提出了三点建议，指出黄河下游治理不要停留在概念上，要通过各个方面开展实际工作，在实际工作中逐步取得共识，尽快地开展滩区治理工作；针对黄河下游河道治理的治本性问题，即如何改善进入黄河下游的水沙关系，指出需要研究黄河下游河道的生态用水量，合理配置黄河水资源。     

黄河泥沙对氮迁移转化的影响及环境效应

黄河具有高泥沙含量的特点,泥沙对营养元素和污染物的迁移转化具有重要的影响。含氮化合物是我国河流的主要污染物之一,是国家重点防控污染物,是影响河流水体健康的重要因素。本文基于实验室模拟实验和野外采样研究成果系统综述了泥沙对河流氮迁移转化的影响及其环境效应。重点分析了(1)黄河水体含氮化合物的时空分布特征及来源;(2)含氮化合物的悬浮泥沙-水界面过程以及悬浮泥沙对氮转化过程的促进作用;(3)悬浮泥沙含量和粒径等对有机氮降解、硝化作用、反硝化作用、耦合硝化反硝化作用以及厌氧氨氧化作用的影响;(4)泥沙对温室气体N₂O产生和排放的影响,以及(5)水沙条件变异对氮迁移转化作用的影响。研究结果可为气候变化和人类活动双重作用下河流氮污染治理以及温室气体的排放控制提供科学依据。