利用人造洪水冲刷黄河内蒙古淤积河道的可能性分析

为了探讨利用人造洪水冲刷黄河内蒙古河段泥沙的可能性,建立了计算黄河三湖河口与头道拐站次洪水输沙量非线性模型。通过洪水计算获得了该河段各级洪水冲刷河道泥沙的最大冲沙量、最优冲沙历时以及相应冲沙效率。计算结果表明：黄河宁蒙段的淤积是河流在特殊的自然地理环境中受水流堆积作用形成的,用龙、刘两库联合调度水量形成的人造洪水冲刷河道淤积泥沙是目前可以采取的清淤手段之一,但耗水量较大,冲刷效果还有待于进一步的检验。     

黄河宁蒙河段悬沙冲淤量时空变化及其影响因素

通过对黄河宁蒙河段6个水文站1952~2003年间的实测悬移质泥沙资料,运用输沙平衡方法,对划分的5个时段和5个区段的悬沙冲淤量进行了计算分析,探讨宁蒙河段悬沙冲淤量的时空变化规律。黄河上游无大型水库的1952~1959年间和水库建成坝下河道充分调整后的1994~2003年间,宁蒙河段强烈淤积,年均悬沙淤积量分别为0.9588亿t/a和0.9503亿t/a;而期间的三个时段,年均悬沙分别为净侵蚀0.6127亿t/a、微淤0.0161亿t/a和较强淤积0.7475亿t/a。年均悬沙淤积量在宁蒙河段为0.345亿t/a;在宁夏河段为0.076亿t/a,其中下沿河~青铜峡区段微淤,青铜峡~石嘴山区段冲淤平衡;在内蒙古河段总和为0.269亿t/a,石嘴山~巴彦高乐、巴彦高乐~三湖河口、三湖河口~头道拐三个区段分别为0.0084亿t/a、0.113亿t/a和0.147亿t/a,沿程增大。悬沙淤积量的时间变化主要受到区间支流来沙量变化和水库建设的双重影响,而空间变化主要受到青铜峡水库拦沙以及刘家峡、龙羊峡水库消减洪峰的影响。黄河宁蒙河段处于构造沉降区,淤积是总趋势,人类活动可以引起个别时段、区段发生侵蚀,但无法改变其沉积的总趋势。     

黄河内蒙古河段冲淤演变及其影响因素

冲淤平衡的河流具有调整河床变形使之趋向不变形的特性,这种特性必然反映在河床横断面冲淤演变的趋势之中。据此,采用横断面冲淤指标跟踪计算法生成黄河上游巴彦高勒、三湖河口站1976-2006 年的横断面冲淤演变时间序列,对该长期序列的趋势变化和突变特点进行分析后发现：内蒙古河床演变明显存在3 个阶段,即演变相对稳定阶段、河床快速萎缩变形阶段和新的相对稳定阶段,以及孔兑来沙大的年份是横断面冲淤面积趋势改变的时间。大型水库修建后,孔兑来沙对河道横断面冲淤趋势变化的影响更加显著,表明近年来大洪水缺失和孔兑来沙的共同作用是导致河床萎缩的重要根源。90 年代中后期横断面冲淤演变再次发生突变之后,内蒙河段进入到一个新的相对稳定期,河床边界条件已经和来水来沙条件相适应,因此在新的稳定条件下,如何治理内蒙河道的淤积萎缩值得探讨。     

大型水库运行下内蒙古河道泥沙侵蚀淤积过程

 通过1954—2000年黄河泥沙资料分析,黄河内蒙古河段侵蚀淤积过程对上游水库运行的响应主要表现为:①盐锅峡和三盛公首先将黄河输沙能力由7.33 kg·m-3降为6.27 kg·m-3, 使内蒙古河道由自然淤积状态转变为侵蚀下切状态,小于0.1 mm泥沙侵蚀速率高于大于0.1 mm泥沙淤积速率,河道发生粗化现象;②）刘家峡和青铜峡水库将黄河输沙能力降为3.91 kg·m-3,促使黄河河道中大于0.01 mm泥沙淤积速率大于小于0.01 mm泥沙侵蚀速率,使内蒙古河道发生粗化淤积现象;③龙羊峡水库将黄河输沙能力进一步降为 3.48 kg·m-3,加剧黄河内蒙古河道淤积现象, 大于0.01 mm泥沙和小于0.01 mm泥沙均呈现出淤积状态,淤积速度与黄河上游无水库运作时的自然状态相似。     

长江中游荆江河段同流量-水位演化特征及驱动成因

水库运行改变了坝下游水沙输移条件,在河道冲刷的同时,引起水位过程出现适应性调整。本文以长江中游荆江河段为对象,采用多项式拟合法,对比分析1991—2016年间分级流量—水位变化特征,采用基于河流动力学原理的分离变量法,识别河道冲淤、下游控制水位及河床综合糙率等变化对分级流量—水位变化的影响程度。研究表明：1991—2016年间,长江中游荆江河段同流量—枯水位呈下降趋势,2009年以来降幅增大;河道冲刷是引起同流量—枯水位下降的主控因素,河床综合糙率增加抑制了同流量—枯水位下降起到积极作用。1991—2016年间,荆江河段同流量—洪水位经历了先减小后增大的“凹”线型变化,2003年以前洪水特征为“高洪水流量—高水位”,2009年以来逐渐演化为“中大洪水流量—高水位”,同流量—洪水位特性发生转变;河床综合糙率增大是同流量—洪水位抬升的主控因素,河道冲刷抑制了同流量—洪水位的抬升态势。在航道条件及防洪情势上,应重点防控近坝段沙质河段冲刷引起的水位下降溯源传递作用,其洪水流量—水位特性的转变,不利于减缓荆江河段的防洪压力。     

三峡大坝下游水位变化与河道形态调整关系研究

三峡水库蓄水利用已有13年,对坝下游洪、枯水位和河道形态调整的影响已初步显现,通过对1955-2016年长江中游水位、河道地形等资料的分析,结果表明：① 坝下游各水文站同流量枯水位下降、洪水位变化不大,最低水位上升,最高水位下降趋势;② 2002年10月-2015年10月枯水河槽冲刷量占平滩河槽冲刷量的95.5%,冲淤分布由蓄水前“冲槽淤滩”转为“滩槽均冲”,不同蓄水阶段存在差异;③ 河槽冲刷过程中,上荆江及以上河段枯水位下降趋势趋缓,下荆江及以下河段下降速率增加,应采取防控措施遏制河道水位下降趋势;④ 枯水河槽冲刷是长江中下游航道水深提升的基础,枯水位降幅小于深槽下切深度,在河道和航道整治工程综合作用下航道尺度提升,提前5年实现了2020年航道尺度规划目标;⑤ 平滩水位以上河槽形态调整不大,在河床粗化、岸滩植被、人类活动等综合作用下河道综合阻力增加,出现了中洪水流量—高水位现象,应引起足够重视。三峡水库汛期调蓄作用可有效提升中下游洪水防御能力,但不排除遭遇支流洪水叠加效应,中下游洪水压力仍然较大。     

三峡水库175m蓄水后库尾河段减淤调度控制指标研究

重庆主城区河段河道泥沙冲淤事关防洪、航运及码头作业等,是三峡水库泥沙问题的重点内容之一。本文依据原型观测资料,以三峡水库175 m试验性蓄水前后河段的泥沙冲淤规律为基础,结合河床组成分析和一维数学模型,计算提出河段悬移质泥沙走沙基本条件,并应用于减淤调度实践中。结果表明：① 三峡水库175 m试验性蓄水后至2012年重庆主城区河段河床冲刷强度下降,主走沙期推迟至汛前消落期,2013年后上游来沙减少使得河床冲刷强度再次增大;② 当寸滩站流量大于4000 m ³/s、坝前水位低于167 m时,河段开始走沙;当寸滩站流量增大至超过5000 m ³/s、坝前水位下降至163 m时,河段走沙能力增强;加大水库自163 m水位的消落速度,能够避免库尾河段产生累积性淤积。     

黄河宁蒙段河道粗细双组分泥沙分选沉积特征

黄河宁蒙段河道淤积严重,阐明近源粗泥沙和远源细泥沙分选沉积规律对于河道淤积治理有重要意义。本研究基于120根河道钻孔泥沙样品,通过粒径分布和元素矿物组成,分析了河道>0.05 mm、>0.08 mm和>0.1 mm粗泥沙沿河分选沉积变化特征,并定量评估了近源粗泥沙和远源细泥沙沉积对于河道泥沙淤积的贡献。结果表明：黄河宁蒙段河道淤积的主要是来源于近源沙漠及其下伏砒砂岩区>0.08 mm的粗泥沙,而来源于上游黄土区<0.05 mm的细泥沙主要沉积在河道滩地,对河道淤积的贡献小于30%。因此,风水复合侵蚀引起的沿黄沙漠和下伏砒砂岩粗泥沙入黄是黄河宁蒙沙漠河段河道淤积的根源,也是该河段“悬河”的治理重点。     

海勃湾枢纽对坝后河道冲淤的影响

随着黄河上游控制性水利枢纽相继投入运用,黄河内蒙古段河道冲淤演变格局得到重塑。利用水文站实测数据,系统分析了海勃湾水利枢纽建设运行前后坝后河道水沙变化特征。基于河道断面高程数据,从滩槽冲淤（横向）及沿程冲淤（纵向）两方面定性分析坝后河道形态变迁,采用断面地形法定量计算坝后河道冲淤变化量。结果表明：海勃湾水利枢纽蓄水运用后,坝后河道的水沙搭配条件显著改善,来沙系数、单位径流量的输沙量降幅较大,对坝后河道减淤冲刷作用明显。坝后河道横纵断面变迁以冲刷为主,冲淤演变过程经历了淤积（2004—2012年）、冲淤过渡（2012—2014年）、冲刷（2014—2020年）3个阶段。     

黄河下游泥沙输移数值模拟

本文从数学模型入手,探讨黄河下游在多年平均来水来沙条件下,泥沙输移与泥沙淤积的特性,得出黄河下游泥沙沿程淤积分布不均匀主要是由于粗沙、中沙沿程淤积不均匀造成的,如果使来沙减少42.6%,黄河下游可望达到冲淤平衡.     

黄河流域河型转化现象初探

黄河以其高含沙水流以及下游河道的高沉积速率而著称于世。迄今的研究, 主要针对黄河中下游流域的 侵蚀、水文泥沙和河床演变方面的研究, 而对黄河流域主支流发生河型转化的现象关注不够。在黄河的不同河段, 河型的变化频繁, 类型多样, 现象复杂, 是研究者不可回避的科学问题。本文选取黄河上游第一弯的玛曲河段、黄河 上游末段托克托附近河段及黄河下游高村上下河段来研究河型转化的形式及影响因素。玛曲河段沿流向发生网状 河型→弯曲河型→辫状河型的转化现象, 该系列转化呈现出由极稳定河型向极不稳定河型的转化, 这与世界上通 常可以观察到的沿流向不稳定河型向稳定河型转化的情况完全相反。这主要受到地壳的抬升、上下峡谷卡口、水动 力特征、边界沉积物特征及植被的区域分布等因素的控制。托克托附近沿流向发生了弯曲河型→顺直河型转化的 现象, 这是较稳定河型向极稳定河型的转化, 主要受到边界沉积物、水动力等因素的控制。高村上下河段沿流向发 生的辫状河型→弯曲河型转化的现象, 是由极不稳定河型向较稳定河型转化的现象, 河道边界沉积物及水动力是 其主要控制因素, 人工大堤只是限制了河道摆动的最大幅度, 对河型的性质影响不大, 但其上游河段修筑的水库导 致下泻的水流在辫状河段的侵蚀能力增强而使其边界沉积物粗化, 并将泥质物大量沉积在弯曲河段, 客观上促进 了河型的转化。     

调水调沙以来黄河尾闾河道冲淤演变及其影响因素

2002年开始的黄河调水调沙改变了进入黄河口的水沙条件,必然引起尾闾河道地貌的显著调整。根据黄河尾闾河道利津以下的断面实测高程数据,建立基于正交曲线网格的河道DEM,结合河床形态与水沙条件变化,综合研究黄河尾闾河道冲淤的时空演变及其影响因素。结果表明,调水调沙以来尾闾河道冲刷明显,2002—2017年累计冲刷6240万m ³,根据冲淤速率可以分为3个阶段：快速冲刷阶段（2002—2005年）冲刷速率为1443万m ³/a;冲刷减慢阶段（2006—2014年）冲刷速率为139万m ³/a;以及淤积阶段（2015—2017年）,淤积速率为263万m ³/a。其中,调水调沙初始4年尾闾河道的冲刷量占总冲刷量的80%,2006年以后冲刷强度逐渐减弱,甚至转为淤积。从季节上看,主要表现为汛期冲刷,非汛期淤积;从空间上看,越往口门方向,冲刷强度越小。调水调沙改变了入海水沙的年内分配,造成了尾闾河道的持续冲刷,入海流路也发生多次调整。但经过多年冲刷,河床整体下切,加上河口淤积延伸影响,调水调沙对尾闾河道的冲刷效率在持续降低。受河口海域淤积影响,近口门段在经历冲刷后转为淤积,河道纵比降减缓,增加了尾闾的不稳定性。     

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。     

黄河龙门—三门峡段河漫滩组成物质的粒度特征

本文分析了河漫滩组成物质的粒度组成特征，并与河床南粒径级配与悬移质粒和戏级配进行了比较，研究了河漫滩度及物质组成的河槽几何形成的影响。     

Can the narrowing of the Lower Yellow River by regulation result in non-siltation and even channel scouring?

This study considered whether the narrowing of the upper (broad and wandering) reaches of the Lower Yellow River could result in a reduction in sedimentation and even an increase in channel erosion in both the upper and the lower (narrow and meandering) reaches. Analysis of field data and numerical modeling results both justify the proposal to narrow the channel. A positive correlation was found between channel eroded-area and the channel width. Therefore narrowing under conditions of low flow will reduce the amount of erosion in the reach, which, in turn, will reduce the amount of sediment transported into the lower channel. This will reduce the amount of siltation in the lower reaches of the river. However, narrowing under conditions of high flow with a low concentration of sediment will reduce both the extent of flood attenuation along the narrowed channel and the amount of lateral channel bank collapse, which results in increased flows and less sedimentation in the lower channel, leading to increased erosion. When flows with a high concentration of sediment are released from the Xiaolangdi Reservoir, both the lower narrow channel and the upper channel can transport a large amount of the sediment load. It is concluded that the narrowing of the upper broad channel will result in a reduction in sedimentation, or even in channel erosion, in both the upper and the lower channels if the reservoir is operated such that the volume of sediment added during low flows is balanced by the volume eroded during high flows with a low concentration of sediment.     

通过窄槽整治,能否使黄河下游河道不再淤积,甚至发生冲刷?（英文）

This study considered whether the narrowing of the upper(broad and wandering) reaches of the Lower Yellow River could result in a reduction in sedimentation and even an increase in channel erosion in both the upper and the lower(narrow and meandering) reaches. Analysis of field data and numerical modeling results both justify the proposal to narrow the channel. A positive correlation was found between channel eroded-area and the channel width. Therefore narrowing under conditions of low flow will reduce the amount of erosion in the reach, which, in turn, will reduce the amount of sediment transported into the lower channel. This will reduce the amount of siltation in the lower reaches of the river. However, narrowing under conditions of high flow with a low concentration of sediment will reduce both the extent of flood attenuation along the narrowed channel and the amount of lateral channel bank collapse, which results in increased flows and less sedimentation in the lower channel, leading to increased erosion. When flows with a high concentration of sediment are released from the Xiaolangdi Reservoir, both the lower narrow channel and the upper channel can transport a large amount of the sediment load. It is concluded that the narrowing of the upper broad channel will result in a reduction in sedimentation, or even in channel erosion, in both the upper and the lower channels if the reservoir is operated such that the volume of sediment added during low flows is balanced by the volume eroded during high flows with a low concentration of sediment.     

近50年黄河乌兰布和沙漠段辫状河道演变

依据水沙资料和断面资料,对黄河乌兰布和沙漠段辫状河道形态近50年演变特征及趋势进行探讨分析。结果表明：在大流量条件下（1966-1993年）,河流横向侵蚀、搬运堆积过程强烈,风沙入黄（河）量大,河道横向摆动频繁,辫状河道发育强烈。当黄河流量减小时（1993-2013年）,河流横向摆动能力减弱,黄河主河槽远离左岸乌兰布和沙漠沙丘,河流输沙能力减弱,汊道泥沙淤积导致心滩边滩相连,河流分汊数量明显减少,辫状河道萎缩,黄河乌兰布和沙漠段辫状河型有向弯曲型河道转变的趋势。     

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     

Relation between the erosion and sedimentation zones in the Yellow River, China

Sedimentation in the lower reaches of the Yellow River is a major problem requiring implementation of large-scale control measures in the upper and middle drainage basin. For maximum benefit, major sediment generation areas must be delimited. For this purpose, the upper and middle drainage basin of the Yellow River has been divided into four major sediment and water source areas. A series of databases of runoff and sediment yields from these source areas and for the corresponding quantities of sedimentation in the lower Yellow River channel have been established. On this basis, a set of multiple-regression equations has been established that define the relationships between sedimentation in the lower Yellow River and the yearly or event-based runoff and sediment yields from the four source areas or subsystems. Based on the regression equations obtained, the contribution of the four major source areas to the sedimentation in the lower Yellow River channel can be estimated. The results obtained indicate that, given other factors, for each ton of sediment reduced from the coarse-sediment producing area (CSA), the sediment deposited in the lower Yellow River would be reduced by 0.455 ton; for each ton of sediment reduced from the fine-sediment producing area (FSA), the sediment deposited in the lower Yellow River would be reduced by 0.154 ton only. Therefore, if limited erosion control measures are applied to the coarse-sediment producing area, the benefits for sedimentation reduction in the lower Yellow River will be much larger than if similar resources are applied to the fine-sediment producing area.     

北洛河下游河槽形成与输沙特性

北洛河发湖泊于黄河粗沙来源区，年均含沙量达１２８ｋｇ／ｍ＾３年均流量仅２５ｍ＾３．ｓ，是典型的多沙河流，但由于泥沙主要由高含沙洪水输送，平水流量小，含沙量低，经常保持窄深稳定河槽，使高含沙洪水挟带的泥沙能顺利输送而不淤，并形成弯曲性河流。