常流河向季节河转变过程中河床适应性调整及对行洪影响--以黄河和滹沱河为例

研究黄河和滹沱河对季节河化的适应性调整，发现季节化程度较高的滹沱河下游河床断面和平面形态调整幅度不大，而河床的糙率成倍增加造成下游的小水大灾现象；黄河下游近年流量减小，不断断流，主槽淤积，虽然河槽断面形态在游荡段变得更窄深，但主槽明显变小、变窄、变高，构成下游近年出现的小水大灾现象的主要原因。     

黄河下游主槽断面形态对水沙变化响应过程的模拟

准确把握环境变化下前期水沙条件对当前河床形态调整的影响,建立非平衡态河床形态调整的模拟方法,对深化河床非平衡调整过程的认识至关重要。基于黄河下游花园口—利津河段1965—2015年的水沙和沿程82个大断面数据,首先统计分析了不同河段主槽断面形态参数（面积、河宽、水深和河相系数）的调整过程及其对水沙变化的响应规律;进而以水沙因子作为主槽断面形态调整的主控因素,采用滞后响应模型的多步递推模式,建立了其对前期水沙条件变化的滞后响应模型。结果表明,各河段面积、河宽和水深经历了减小—增加—减小—增加的变化过程,并且其与4 a滑动平均流量和含沙量之间分别呈正相关和负相关;而河相系数孙口以上段整体减小,孙口以下段呈增加—减小—增加—减小的变化过程,除花高段1965—1999年外,其与流量呈负相关,与含沙量呈正相关。滞后响应模型在黄河下游主槽断面形态对前期水沙条件响应过程的应用表明,各参数模型计算值与实测值符合程度均较高,模型能够很好地模拟主槽断面形态对水沙变化的响应调整过程,模型计算结果显示主槽断面形态调整受当年在内的前8 a水沙条件的累积影响,当年和前7 a水沙条件对当前断面形态的影响权重分别约为30%和70%。本文模型有助于深化前期水沙条件对当前河床形态调整影响机理的认识,并为未来不同水沙情形下主槽断面形态的预测提供了有效计算方法。     

1986-2015年小浪底水库运行前后黄河下游主槽调整规律

基于黄河下游1986-2015年的水沙和沿程实测大断面数据等资料,统计分析了小浪底水库运行前后下游主槽断面形态参数（河宽、水深、河相系数）的调整过程。结果表明：1986-1999年小浪底运行前主槽持续淤积萎缩,主槽河宽和水深均减小,河宽与水深调整强度高村以上段河宽大于水深、断面河相系数明显减小,高村以下段河宽小于水深、河相系数小幅增加;2000-2015年小浪底水库运行后主槽持续冲刷,主槽河宽和水深增加,沿程各段水深调整强度均大于河宽,河相系数减小;各段断面形态调整方式淤积期表现为艾山以上游荡段和过渡段既有横向萎缩又有垂向淤高、艾山以下弯曲段以垂向淤高为主,冲刷期游荡段和过渡段为横向展宽和垂向冲深、弯曲段以垂向冲深为主;河宽淤积期减小速率明显大于冲刷期增加速率,水深淤积期减小速率略小于冲刷期增加速率,经过一轮淤积和冲刷后,断面形态向窄深方向发展;主槽断面形态调整规律与水沙条件密切相关,断面河相系数除游荡段淤积期与流量呈正相关、与含沙量呈负相关外,游荡段冲刷期、过渡段和弯曲段淤积与冲刷不同阶段,河相系数与流量呈负相关,与含沙量呈正相关。     

黄河下游河槽横断面调整规律及治理方式探讨

通过对影响河槽挟沙能力诸因素的分析,作者认为目前黄河下游只有河槽形态是一个人为可调节的控制河道淤积的要素。分析黄河下游河道横剖面形态的特征及其调整规律,考虑来沙组成变化、河槽综合阻力变化,计算得到黄河下游典型断面的实际挟沙能力及平均水沙条件下河槽平衡输沙横剖面,经与实际断面形态对比,得出必须以多级河槽方式缩窄7000m³/s流量以下即中、小水期的河槽,方能显着减少黄河下游河槽中的淤积的结论。这样才能真正实现潘季驯的“束水攻沙”的治黄方略。     

黄河下游河道断面形态参数变化及其水沙过程响应

基于1965—2015年黄河下游花园口、高村、泺口站的逐年水文和汛前河道断面的实测资料，分析了河道断面形态参数（河道断面面积，河道宽深比等）的变化，以及对河道断面形态与来水来沙间的关系做出定量化分析。结果表明：主槽断面形态参数与水沙搭配以及前期断面形态密切相关，沿程3个断面形态参数调整方式存在显著差异。河宽调整幅度沿程减小，辫状河段变幅最大，尤其在1986—1999年，辫状河段萎缩程度最为严重，其次为弯曲河段，顺直河段横向调整幅度最小。受到前期断面形态的影响，辫状河段河道断面调整方式既有横向展宽（萎缩）又有垂直加深（淤积）；弯曲河段河道宽深比与流量呈较弱的正相关关系，具有横向和垂向的调整方式；而顺直河段的宽深比与流量呈负相关关系，与来沙系数呈正相关关系，河道以垂直加深（淤积）为主。     

描述黄河中下游河道横断面形态的新指标

描述河流横断面的窄深程度,无非是用来衡量它对过流能力和输沙能力的影响大小,及其在河流地貌方面的时空上的调整变化。回顾总结了以往描述横断面形态的常用指标,包括河相系数、宽深比,或湿周与平均水深的比值,指出这几种指标在描述黄河中下游河道时所存在的共同缺点:(1)缺乏物理意义;(2)不能真正代表断面的窄深程度;(3)明显的夸大了宽浅和窄深断面的差别。从表称流量的概念出发,作者认为,应该使用具有明确物理意义的等面积的表称流速来描述断面形态。如果用表称流速来衡量黄河下游河南和山东河道的断面形态的差别,就会发现,断面形态的不同,其对过流能力的影响不过1:2,远不象河相系数和宽深比所描述的达到1:6甚至1:11那样的悬殊程度;黄河下游河道主槽“多来多排”的主要影响因素是表称流速。     

黄河上游内蒙古段河床演变及其与水沙变化的关系

对黄河内蒙古段河道大断面进行了连续4 a的测量,分析了断面泥沙冲淤与形态调整的变化过程;通过对河床形态指标变化与水沙条件的相关分析,揭示了河床调整主要的影响因素。结果显示：近4 a内不存在河槽萎缩的现象,整个河段河道存在总的冲刷降低的趋势,继承了自2004年以来该段河道以深度加大为主,河槽逐渐缓慢扩大的变化方向。整个河段平均从2011年汛后至2014年汛后,全断面冲刷了64 m²,河槽河底降低了0.16 m,河槽断面面积增加了4.4%,平均深度增加了4.9%,河槽宽度只增加了0.88%,河槽宽深比减小了4.8%。河槽冲刷和形态调整主要发生在2011年汛后至2012年汛后期间,与2012年较大的洪峰有关。分析河槽冲淤和断面形态变化与水沙条件的关系,结果显示滩唇高度、河槽过水面积、平均深度及宽深比变率与流量大小关系密切。滩唇高度、河槽过水面积、平均深度随着流量的增大而增加,宽深比随着流量的增大而减小。相反,河床断面面积和主槽宽度的变化与水沙条件的关系不显著。除了滩唇高度与平均含沙量有关外,平均含沙量和来沙系数与河床冲淤以及河槽形态变化之间关系都不显著。揭示出近年来内蒙河道主槽以垂向冲淤为主,并且流量变化控制着河槽冲淤与形态调整过程。     

黄河下游断面形态与水沙输移关系及数学模拟方法

以前人对黄河下游的实测资料分析为基础,本文讨论断面形态与来水来沙关系、断面形态对输水输沙的影响,并根据实测资料,提出黄河下游弯段与直段断面冲淤变化的两种模式,建立了主流摆动及坍岸影响断面形态变化以及纵向冲淤量在断面的分布两种数学模拟方法。     

50年代以来黄河下游河道的萎缩及其原因*

根据黄河下游7个控制断面的深泓高程、平均河底高程、滩槽高差及过水断面面积的历年变化,可以看出黄河下游河道的萎缩过程,大型水利工程的运用及引黄灌溉加速了下游河道的淤积和萎缩。     

黄河内蒙古头道拐断面形态变化及其对水沙的响应

根据黄河上游位于弯曲一顺直过渡段的头道拐断面的多年实测水文、泥沙数据和断面资料,分析了断面对上游一系列水利工程在时间尺度上的调整响应过程.结果发现,头道拐断面的形态变化强烈受到上游水库运行的影响,在一系列水库投入运行后,河床粗化现象一直持续到三湖河口断面以下.头道拐断面悬移质泥沙中值粒径在水库运行后表现为先增大,然后减小,最后再增大的三阶段性特征,并且自1986年龙羊峡与青铜峡、刘家峡等水库联合运用以后,该三阶段性特征的变化幅度明显较只有青铜峡、刘家峡水库单独运行时段(1969-1986年)小.另外,自1987年以来,头道拐断面河道的横向摆动速率大幅减小,断面形态及位置趋于稳定,有利于当地百姓正常的生活和生产.     

黄河下游河床纵剖面的调整

该文在分析了黄河下游纵剖面及其横断面的长期变化后,提出了河口延伸情况下河道溯源淤积模型,用比降分析,相关分析及河床质粒度分析等方法,探讨了沿程与溯源两种淤积方式对黄河下游纵剖面调整的影响.用最低能量原理和平衡的概念,分析黄河下游平衡纵剖面的形式,说明黄河下游不能达到平衡的原因及现在黄河达到平衡的条件. 经分析作者提出以下论点:黄河下游主要是沿程淤积,溯源淤积居次要地位,其影响范围在艾山以下.横断面形态变化对纵剖面调整影响不大.     

黄河下游游荡性河道小水致灾研究

20世纪80年代中期以来,黄河下游游荡性河道的洪水灾害是在下游水量明显减少、洪峰流量也不断减小的情况下发生的。即使是水量比较小的普通洪水,也能造成下游滩区大面积受淹、控导工程决口、桥梁被冲毁、房屋倒塌等严重灾害。小水致灾的形成机理主要是:河道游荡,引发“横河、斜河”;小水淤积,河床抬高,行洪能力下降;人与河床争地,造成滩区阻塞。     

小浪底水库运用以来黄河下游河道冲淤的时空规律与模拟

1999年小浪底水库投入运用以来,黄河下游河道发生持续冲刷,其时空变化过程复杂。基于滞后响应模型单步模式推导得到了黄河下游累计冲淤量的计算公式,2000—2020年计算值与实测值之间的决定系数R²达0.99。当前,黄河下游处于持续冲刷之中,冲刷速度逐渐变慢,当前时段的平衡值与计算值的差异减小,河床冲刷正在逐渐趋向于平衡。基于悬移质泥沙不平衡输沙方程得到了黄河下游主槽单位河长累计冲刷量空间分布的计算公式,2003—2015年计算值与实测值之间的决定系数R²在0.98～0.99之间,相对误差多年平均值为6.2%。结果表明,在当前黄河下游来沙减少,河道发生持续冲刷的背景下,就多年平均情况而言,累计淤积量调整完成一半所需的时间约为3.0 a,完成95%所需的时间约为13.0 a;且随着冲刷的持续发展,黄河下游累计冲刷量的空间分布在逐渐趋于均匀。本文的结果可为分析黄河下游复杂时空变化过程提供参考。     

黄河下游河床纵剖面形态及其地文学意义

本文通过河床比降和凹度两个指标,研究黄河下游河床纵剖面形态的自动调整作用,结果发现比降和下凹度多年平均值分别为1.28和1.35,偏离均值为1～2%,变化很小,说明黄河下游河床纵剖面以近于平行抬升的形态调整,标志着河道已进入了老年期发育阶段。对于研究河道发育史和老年期河道的特点,以及在治河上均有重要的理论和现实意义     

黄河下游生态需水量及其估算

通过分析黄河下游1958－2000年实测生态可用水，探讨生态需水量内涵，根据黄河特殊性及黄河生态需水量的研究现状，将维持和保护河流功能的黄河下游生态水量分为污期输运水量和非汛期生态基流量，在平滩流量输运能力最强的前提下，估算黄河下游汛期输运水量为80－120亿m^3，根据实测资料估算作为黄河下游水量控制断面花园口水文站和作为河口地区水量控制断面利津水文站的非汛期生态基分别为80－100亿m^3和50－60亿m^3，同时指出对黄河下游水沙调控和黄河流域水资源“准市场”的形成，是黄河下游生态需水量实现的保证。     

冲积扇-三角洲系统自组织行为与治理对策——以黄河下游及其河口地区为例

从黄河下游河道平面和断面形态特征、河型沿程变化、河槽淤高与外延相互反馈、河口拦门沙消长、及蚀退型三角洲海岸地貌过程诸方面,论述了冲积扇—三角洲系统适应环境功能与自组织行为。指出了这种自组织行为完全是为了将流域来沙均匀地分布在扇三角洲面上和同步地均匀分布在三角洲沿岸。因此,坚持沿线长期计划放淤及河口三角洲流路计划改道是解决黄河下游泥沙问题的根本出路,也是解决黄河下游洪水问题的一种由突变变为均变、化害为利的措施,是使区域走向可持续发展之途的措施。     

黄河下游孟津——陶城埠河道形态特征及新构造的控制作用

一、河道形态特征 这里所指的河道形态,是指河道宽度、河床坡降、主槽位置的稳定性、河道的弯曲率、大堤间的河道地貌、河流两岸地貌特征等。根据上述特征,可将其分为四段。 (1)孟津——京广铁路桥河段(91公里):黄河出孟津后,河道突然展宽,流势平缓,故在靠近出山口的地方堆积了由粗砂和卵石构造的鸡心滩,再向下游,其沙洲出没无常,河床变换不定,属游荡性河段。     

水库联合运行对库下汛期河道过水断面形态参数变化率的影响——以黄河内蒙古河段为例

水库联合运行对于库下河道的影响是河流地貌学近年来的热点问题,如何定量表征河道的因应调整则是其难点所在。基于同水位河道过水断面形态参数变化率分析方法,针对黄河内蒙古河段磴口、巴彦高勒、三湖河口、头道拐4个水文站,利用刘家峡水库、龙羊峡水库联合运行之前的1978-1982年、之后的2008-2012年汛期前后实测断面资料,计算了相应年份上述各站同水位下的河道断面面积、水面宽、平均水深等特征参数在经历汛期冲刷后的变化率。结果表明,每年在经历汛期洪水冲刷之后,上述形态参数总体上以增大为主,变化率为正值;大型水库联合运行之前与之后的两个时期相比,同水位下河道断面面积、水面宽和平均水深的变化率分别减小了3.4、3.5和2.8倍。过水断面形态参数的沿程空间变化也由之前的上凸形曲线变为之后增减相间的"S"形曲线。其原因在于,大型水库联合运行削减了洪峰流量、降低了汛期最大流速,从而导致洪水造床能力显著变弱,河道断面形态参数的变化率因之显著减小。大型水库联合运行使黄河内蒙古河道明显萎缩,这不利于可能遭遇的极端大洪水的安全行洪,因此,需要合理利用这些水库的调节功能,有效控制汛期总水沙量和洪峰流量,避免因过度调节而使河道持续萎缩,为可能出现的极端大洪水的安全行洪创造条件。     

黄河下游游荡段河床萎缩的影响因素分析

黄河下游河床萎缩典型地表现为平滩水位下河床断面面积的趋势性减小,本文根据黄河下游实测断面和水沙资料采用相关分析方法研究了游荡段河床萎缩的主要影响因素。1960~1997年游荡段河床平滩水位下断面面积经历了1960~1964年和1974~1985年的扩张时期及1965~1973年和1986~1997年的萎缩时期,这种变化是多种因素共同作用的结果。在来水来沙中,年径流量是主要因素,洪峰流量和年平均含沙量是较次要的因素;本文所讨论的其它4个因素中,花园口以上引水量影响最大,降雨量影响次之,兰州以上水库的调节作用对河床断面面积的变化也有较明显的影响;三门峡水库三种不同的使用方式对下游河床有不同的影响,采取"蓄清排浊"方式后对下游河床的影响较小。     

黄河下游清水冲刷阶段河床的调整及其对基准面变化的反应

本文采用黄河下游的实测资料,分析了三门峡水库下洩清水阶段,河床的调整及其对基准面的反应。认为在来水来沙条件变化的情况下,河床纵剖面以近于平行的方式调整;横断面形态向窄深式发展;河型的转化主要取决于地貌临界值和粉沙—粘土含量。从长时间看,下游的淤积特性不会发生根本性的变化。