黄河上中游产水产沙系统与下游河道沉积系统的耦合关系

本文在黄河为例，动用数理统计方法，研究了河流流域系统中产水产沙子系统与河道沉积子系统之间的关系，得到了描述这种耦合关系的多元回归模型。运用这一模型，可以定量回答来自上中游不同来源区的泥沙，各有多大比例淤在下游河道中的问题。     

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...     

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。     

黄河下游河道输沙功能的时间变化及其原因

以输出某一河道的泥沙总量与进入这一河道的泥沙量之比来定义河道输沙功能,以此为指标研究了黄河下游输沙功能的时间变化。研究表明,近50年来黄河下游河道输沙功能表现出随时间而减小的明显趋势。在总的减小趋势中,由于水库运用方式与下游水沙组合的不同,河道输沙功能指标具有明显的差异,可以划分为6个阶段。1986¹997年,由于降水偏少,且人类大量引水,黄河下游进入连续枯水的水文系列,河道萎缩,输沙功能迅速降低,此时段中输沙功能指标的时段平均值为0.62,为有水沙记录以来最低的时期。对于黄河下游输沙功能指标与流域因子和河道特性因子的时间变化系列进行了比较,以揭示输沙功能减小的原因。结果表明,黄河下游河道输沙功能指标与流域平均年降水量、兰州站和三门峡站汛期径流占年径流百分比、游荡段典型断面平滩水位下断面面积、花园口站和高村站水面比降等因子有同步减小的关系,并随流域水土保持面积、人类引水量及其占天然径流量比率的增大而增大,说明这些因子的变化导致了黄河下游输沙功能的减弱。     

黄河下游河道治理及滩区问题研究

从防灾观点出发, 从河道的水动力学特性入手, 研究决定黄河下游河道水动力学特性的因素, 找到河道水 动力学特性和影响因子之间的关系。在此基础上, 从水流运动和泥沙输移之间的关系出发, 分析黄河下游河道的泥 沙运动特性, 对于黄河下游河道的演化特性作了探讨, 对于治理黄河提出了建议。和黄河下游河道紧密联系的下游 滩区问题, 不仅仅是一个自然科学的问题, 而且是和社会、经济、环境、资源等问题相关的一个综合性问题, 本文从 可持续发展的角度出发, 给出了解决滩区问题的建议。     

环境变化对黄河下游来水来沙的影响

本文探讨了到下世纪中叶时，由于环境变化对黄河下游来水来沙的影响，考虑了三方面的因素，即：全球性变暖，温度、降水、径流和泥沙的长周期变化，和人类。最后得出，届时来水来沙将分别比目前减少１９％－２９．６％和增减＋２６．３％－－３４．０％。     

黄河下游泥沙淤积的经验统计关系

以黄河下游历年实测水文泥沙资料为基础,运用多元回归分析方法,建立了下游河道淤积量与淤积强度的经验统计关系。揭示了不同粒径组泥沙的来量和它们在全沙中所占的比率对下游河道淤积特征的影响。同时,研究了高含沙洪水及清水基流对下游河道淤积的影响。     

黄河下游河道变迁与河道治理

距今3000a以来,黄河改道频繁,通常当河床高出两侧平地2～3m,最高达5m时,便会发生河流改道。3000-150aBP,黄河通常自北向南改道;150aBP至今,通常自南向北改道。现在黄河河床已高出两侧平地3m,有些地方已高出两侧平地10m。按河流演变的自然规律,黄河已达到其河床演变的临界值,很可能会再次改道。如人工改道,最理想的河道是位于汉志河古河道高地与东汉河古河道高地之间的古河间低地内。     

引滦工程对湾河下游河道的影响

引滦工程后滦河下游的水文过程发生变化。下游河道产生纵向冲刷，冲刷距离为库下９９－１００ｋｍ。第一个１０年的平均冲刷深度为１．９７ｍ。河床不断粗化，冲刷逐渐向下游延伸。河床横向变化较大，河道拓宽，平均每年增加５６ｍ。河口淤积严重，河床向弯曲型发展。     

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。     

近60 年黄河入海水沙多尺度变化及其对河口的影响

基于1950-2008 年利津站月均径流量和输沙量的时间序列资料,采用小波分析的方法研究了黄河入海水沙多尺度变化,并结合不同年份的黄河口岸线和口门地形资料分析了水沙变化对河口演变的影响。结果表明：黄河入海水沙具有3 个不同时间尺度的显著周期变化,其与厄尔尼诺事件有关,不同尺度下的入海水沙丰枯变化不同;受流域降水和人类活动的影响,入海水沙长期呈减少趋势,并具有阶段变化的特征;入海水沙变化深刻影响着河口演变,不同时期行水河口的岸线延伸速率与河口来沙量有关,亿t 泥沙岸线延伸量与来沙系数显著相关,自1976 年清水沟流路入海以来,河口水下三角洲表现为淤积,淤积程度与入海水沙量密切相关。     

不同水沙条件下黄河下游二级悬河的发展过程

以大量实测横断面资料为基础,研究了1973~1997年不同水沙过程对黄河下游二级悬河形成过程的影响。发现花园口至高村河段二级悬河集中形成于1985~1997年的枯水阶段。高村以下河段二级悬河的形成可分两个阶段,1973~1985年大水条件下是冲刷主槽和淤积滩地的时期,但是由于泥沙主要堆积在靠近滩唇的部位,造成河床横比降增大;1985~1997年枯水条件下泥沙在主槽中大量淤积,导致二级悬河的形势更加严重。生产堤限制了泥沙的堆积范围,导致生产堤内滩地平均高程增长速度明显快于生产堤外滩地平均高程增长速度,生产堤距较窄的河段生产堤内滩地平均高程增长速度较快,显示了生产堤对二级悬河的发展有促进作用。     

黄河干流龙门至三门峡间泥沙沉积汇的研究

龙门-三门峡河段是黄河干流3大沉积汇之一.运用泥沙收支平衡方法,基于1920-2006年间长系列实测水沙资料,研究了这一沉积汇的存贮、释放和泥沙输移过程及其变化.研究表明.87年尺度上,龙门-三门峡沉积汇泥沙存贮量的变化可以划分为4个阶段:(1)1920-1959年,处于"准自然"状况下,泥沙存贮量缓慢增加:(2)1960-1967年,由于三门峡水库拦沙,导致泥沙存贮快速增加;(3)1968-1985年,三门峡水库先后经历"滞洪排沙"和"蓄清排浑"运用阶段,泥沙的存贮与释放接近于平衡;(4)1986-2006年,人类大量引水,在来沙量减小的情况下,泥沙存贮量增加.在年内,龙门-三门峡间泥沙沉积汇表现出泥沙的存贮-释放过程的交替,7月至8月主汛期,表现为泥沙存贮;9月至次年5月,泥沙存贮量为负值,表现为泥沙释放.公元155年至2006年的1800余年间,龙门-潼关沉积汇的沉积速率经历了一个由加速到减慢的旋回,其形成原因可以用人类活动方式与强度的变化来解释.在三门峡水库修建前的"准自然"时期,泥沙的存贮量和排沙比均与来水、来沙及其组合有密切的关系.总来沙量越大,含沙量越大,来沙系数越大,则泥沙存贮量越大而排沙比越小.     

黄河内蒙古段异源水沙输移特性

河流悬移质泥沙的输移方式按照水沙来源可以分为水沙同源与水沙异源两大类。黄河内蒙古段水沙来自不同的区域,冲泻质泥沙主要来源于陇西黄土高原区,而径流则主要来自唐乃亥以上的山区,呈现异源特性。通过分析内蒙古河段石嘴山与巴彦高勒水文站1951-2003年的水文数据,发现期间共发生了13次大流量和29次高含沙事件且大流量、高含沙量同时出现现象很少,多呈现大流量、低含沙量,或者小流量、高含沙量的态式。同时,通过改变传统流量-含沙量幂函数公式C_i=aQ^b(C_i为悬移质浓度,Q为流量)的参数项,建立了2种水沙异源情况下流量-含沙量的公式。     

黄河中下游泥沙通量变化规律

根据黄河中下游多个主要水文控制站50多年的实测资料,利用水文学、泥沙运动力学、河床演变学和经验统计相结合的分析方法,分析黄河中下游泥沙通量的变化规律。结果表明,黄河中下游泥沙通量递减的同时泥沙粒径变细,人为因素影响巨大;中下游泥沙通量变化具有阶段性、季节性和自相关性。黄河下游河道泥沙冲刷与淤积均具有上段变化大、下段变化小的特点,这是由河道下游上宽下窄、上陡下缓特征决定的;下游河道输沙能力影响因子中,河道水量尤其是汛期水量起主要作用。     

黄河内蒙古河段非汛期和汛期冲淤量计算方法

基于多沙河流“多来多排”的经验输沙公式,建立了考虑上站来沙量、前期河床累计淤积量、临界输沙水量及干支流泥沙粒径影响的非汛期和汛期输沙量一般表达式。在此基础上,根据黄河内蒙古河段1952-2010年实测的水沙资料,将其应用于黄河内蒙古河段巴彦高勒—三湖河口河段、三湖河口—头道拐河段以及巴彦高勒—头道拐全河段非汛期和汛期输沙量的计算,并应用输沙率法计算了各河段1952-2010年的非汛期和汛期冲淤量及其相应的累计冲淤量。通过输沙量、冲淤量和累计冲淤量计算值与实测值的对比表明,各河段非汛期和汛期输沙量、冲淤量及相应的累计淤积量计算值与实测值的吻合较好,其中非汛期和汛期输沙量计算值和实测值之间的相关系数R²分别约为0.93和0.97;非汛期和汛期冲淤量计算值与实测值之间的相关系数R²分别约为0.80和0.90;非汛期和汛期累计冲淤量之间的相关系数R²分别约为0.94和0.99。结果表明,就吻合程度而言,累计冲淤量优于年冲淤量,汛期优于非汛期。本文建立的冲淤量方法能够很好模拟该河段长历时的非汛期和汛期冲淤过程,可为黄河内蒙古河段输沙量及长期淤积发展趋势的分析提供科学依据。     

Calculation method for sediment load in flood and non-flood seasons in the Inner Mongolia reach of the Yellow River

Based on an empirical sediment transport equation that reflects the characteristics of “more input, more output” for sediment-laden flow in rivers, a general sediment transport expression was developed, which can take into account the effects of upstream sediment input, previous cumulative sediment deposition, critical runoff for sediment initiation, and the differences in sediment particle sizes between the mainstream and tributaries. Then, sediment load equations for non-flood and flood seasons for the sub-reaches from Bayangaole to Sanhuhekou and from Sanhuhekou to Toudaoguai, as well as the whole Inner Mongolia reach from Bayangaole to Toudaoguai, were formulated based on data collected between 1952 and 2010. The corresponding sediment deposition and the cumulative values at each river reach were calculated using the proposed sediment transport equations for the period 1952 to 2010 according to the principle of sediment conservation. Comparisons between the calculated and measured values using the proposed sediment load equations for the sub-reaches and the entire reach showed that the calculated sediment load and sediment deposition and the corresponding cumulative values in the flood and non-flood seasons were in good agreement with the measured values. These results indicated that the proposed methods can be applied to calculate the sediment load and the associated sediment deposition in the flood and non-flood seasons for long-term trend analysis of sediment deposition in the Inner Mongolia reach of the Yellow River.     

黄河中游地区流域产沙中的地貌临界现象

地貌现象的演化常常存在着由量变到质变的临界条件.地貌临界是地貌学研究的重要理论问题之一.本文利用黄河中游地区近60个水文测站资料,探讨了流域产沙量随降雨、植被和流域面积变化过程中的地貌临界现象.结果表明,流域产沙量与年降雨量之间关系遵循Langbein-Schumm曲线,最大产沙量大致出现在年降雨量400mm左右的半干旱草原区,即无定河以北的皇甫川、孤山川、佳芦河流域.同时,由沙黄土、砒砂岩流域向基岩山地流域过渡,流域产沙量峰值趋于减小,而峰值出现所需要的降雨量渐趋增大,显示出不同自然地理地带和地域最大产沙区位置和产沙强度的不同.流域产沙量与植被之间呈现为相当好的非线性负相关关系.流域产沙量随植被变化存在着二个临界值,一是当流域植被覆盖度等于30%时,另一是当植被覆盖度等于70%时.这一现象以往只是在试验小区或试验流域见到,本研究表明,类似的现象在天然河流流域也存在.受流域上下游不同生物气候及下垫面特性的控制,流域产沙量随流域面积的增大呈现出复杂多样的变化,可以是增加,也可以是减少.然而,对于大多数复合流域来说,随着流域面积的增大,流域产沙量一开始趋于增加,当流域面积接近1000 km2左右时,流域产沙量达到最大,而当流域超过1000 km2以后,流域产沙量反而趋于减少,呈现出明显的地貌临界现象.