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。     

黄河游荡河段河床形态调整对洪水过程的响应

以黄河流域1950～1985年200余场洪水资料为基础，并增加了最近的实验资料，分析了黄河下游游荡河段不同含沙量沙水过程中河床形态的调整过程，结果表明，由洪水过程所导致的河床形态变化是相当剧烈的。且与含沙量密切相关，表现出非线性的变化规律，当含沙量较小时，随含沙量的增大，洪水后河床宽深比增大，当含沙量增大到一定程度后再增大时，宽深比随含沙量的增大而减小，这一结果为修正Schumm关于河床形态变化的定性预测关系提供了新的依据。     

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。     

1977年以来黄河临河段河岸冲淤变化及河道萎缩速率

不同时段河道的侧向侵蚀/加积面积变化的定量研究可以揭示河道的变化特征。以黄河临河段213 km长的河段为研究对象,利用1977年以来19个时段基于遥感影像绘制的河道平面形态图的面积变化来估算其4个亚河段（S1、S2、S3和S4）在不同时段的河岸侧向侵蚀/加积面积以及全河段的河道平均萎缩速率。研究结果表明,黄河临河段左右河岸在37年间都表现为侧向净加积,其4个亚河段左岸的侧向累计加积面积分别为33.16 km²、49.59 km²、29.52 km²和30.85 km²,其中1995-2000年的加积面积分别占到其总加积面积的85.5%、51.2%、47.2%和104.6%;右岸的侧向累计加积面积分别为30.83 km²、8.74 km²、26.44 km²和18.76 km²,而1995-2000年的加积面积分别占到其总加积面积的57.2%、111.9%、65.7%和61.6%。该河段河道面积1977-2001年具有减小趋势,2001年之后河道表现为侧向侵蚀、加积的交替变化,1977-2014年间河道平均萎缩速率为6.16 km²/yr。该河段河道平面形态值最明显的变化也发生在1990s,与1995年相比,2000年的河道长度增加了5.8%,河道面积减少了39.4%,河道平均宽度减小了42.8%,弯曲系数增加了6.6%。黄河临河段河道形态剧烈变化及河道严重萎缩都发生在1990s,这主要是黄河上游刘家峡和龙羊峡水库联合运行导致汛期水沙量大量减小所致,4个亚河段的河岸冲淤变化还受到局部河岸物质结构、护岸工程及水动力差异的影响。随着2000年后河流综合管理措施的调整,黄河临河段河道的上述变化趋势明显弱化,河流健康程度有所好转。     

近2000年来内蒙后套平原黄河河道演变

通过遥感影像、地貌沉积、历史文献与地图等相关资料分析集成研究,将后套平原分为西部冲积扇平原,东部是泛滥冲积平原,并详细探讨了近2000年来本区黄河河道的演变。公元前2世纪时,后套西部平原南 (上) 冲积扇停止发育, 北(下) 冲积扇河道发育,黄河主河道的位置与现代不同,它偏于泛滥平原北部的阴山山前东流;公元6世纪后套平原西部北 冲积扇上黄河河道向东移,在东部泛滥平原上黄河明显地分为南北两汊,而黄河主流仍位于河套平原北部山前;18世纪早期至末期,黄河主河道从河套平原的北部山前南移至平原南部;19世纪中叶‘北河’淤塞,现代黄河形成。     

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...     

黄河中游龙口—天桥段封冻期的河床演变

本文根据黄河河曲段六个封冻期的原型观测资料,对该冰塞河段冰期的河床演变及水内冰花在冰塞下的堆积——冰塞演变,进行了分析研究。总结出冰塞河段的河床演变特点与冰塞演变的相互关系,得出了河床冲淤及水内冰堆积计算的经验关系式及河床冲淤平衡的临界水力参数。文中还对有关冰期输沙的若干问题进行了讨论。     

长江中下游河道冲淤与河床自动调整作用分析

根据实测河道测图资料及水沙资料，首次利用断面地形法和输沙平衡法较全面地系统地计算分析了长江中下游河道泥沙的冲淤变化及其分布规律，计算结果表明宜昌－大通段呈冲槽、淤滩、淤汊特征；同时剖析和验证了长江中下游河床具有较强的自动调整作用。     

黄河下游游荡段河床调整对于水沙组合的复杂响应

以黄河资料为基础,提示地包括非高含沙水流和高含沙水流在内的河道挟不流的复杂冲淤行为。由于这种复杂冲淤行为的作用和高含沙水流特殊能耗特征的影响,使得河床横断面形态及平面形态对于水沙组合的响应出现非线性特征,这可视为流水地貌系统复杂响应的又一表现形式。这种复杂响应不能用Ｓｃｈｕｍｍ的河床调整来解释,因而需要对这一理论作必要的修正。     

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。     

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。     

黄河内蒙古河段冲淤演变及其影响因素(英文)

Rivers with fluvial equilibrium are characterized by bed deformation adjustment. The erosion-deposition area in cross-section reflects this characteristic, which is a base of researching the river scour and deposition evolution by time series analysis. With an erosion-deposition area indicator method proposed in this paper, the time series of erosion-deposition area quantity at Bygl and Shhk stations were obtained with the series duration of 31 years from 1976 to 2006. After analysis of its trend and mutation, three different ten- dencies about the evolution were observed in general from the quasi-equilibrium phase through a rapid shrinkage to the final new quasi-equilibrium. It is also found that the trend of erosion-deposition area series will change once a big flood occurred in some of the tributaries, and its ever greater influence is due to the decrease of deluge with the completion of upstream reservoirs. Almost all the turning points were coincident with the time when hyper-concentrated sediment flood occurred in some tributaries. With the time series of clear mutations since the late 1990s, the Inner Mongolian Reach has been in a new equilibrium phase. This can be concluded in two aspects. 1. The absence of big floods and sediment transportation from tributaries result in the river shrinkage, and to regain the channel flow-carrying capacity in Inner Mongolian Reach a large flood is needed both of high peak discharge and of lengthy interval to destroy the new equilibrium. 2. The proposed method of erosion-deposition area indicator is of great help to channel scoureposition evolution analysis because it can demonstrate real time deformation of cross section in quantity.     

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。     

基于遥感影像的黄河内蒙古段冰-水分类研究

及时获取凌汛期河冰和水体的空间分布特征,对于预测冰凌灾害、提高防凌信息化管理水平有重要意义。遥感技术是当前获取河冰和水体空间分布的最主要手段之一。但是,黄河水体有大量悬浮泥沙,这给基于遥感技术的高精度冰-水分类带来了挑战。以黄河内蒙古段为例,基于Landsat 8 OLI遥感影像数据,在利用归一化积雪指数（NDSI）及河道矢量数据排除无关地物的基础上,对比了近红外波段反射率值、归一化差异水体指数（NDWI）、归一化积雪指数（NDSI）、改进的归一化积雪指数（MNDSI）以及归一化差异未封冻水体指数（NDUWI）在黄河内蒙古段典型河道河冰、水体分类中的表现,计算各指标总体分类精度及Kappa系数并进行阈值稳定性分析。结果表明：在利用NDSI和高清历史影像排除河道外无关地物后,NDUWI在各子段影像中的总体分类精度和Kappa系数均达到90.00%及0.90以上,其河冰、水体最优区分阈值大体分布于阈值中值附近。研究结果可为凌汛期黄河冰凌监测方法的选取以及冰上爆破位置的拟定提供依据。     

水量统一调度以来黄河内蒙古河段耗水量分析

黄河水量统一调度始于1999年3月,本次对1999-2011年黄河内蒙古河段引水和退水的年内、年际变化以及引排比关系进行了分析;利用遥感图片,核查了黄河干流石嘴山—头道拐河段的引退水口门;分别采用引退水法和水量平衡法计算了黄河内蒙古河段的引黄耗水量。结果表明:该研究时段内蒙古河套灌区退水量与引水量的比值平均为0.16,呈现逐年增大的趋势,引退水关系比较好,存在"大引大排"现象;引退水法年平均耗水量为75.44亿m3,年际变化相对比较平缓;水量平衡法年平均耗水量为56.72亿m3,年际变化非常明显;两种方法耗水量差别明显的原因之一是颁证引退水口门与实际引退水口门数量不相同。     

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。     

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.     

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。     

黄河银川平原段河岸摆动速率变化及原因

研究选取黄河银川平原全长196 km的河段,以1975 年、1990 年、2010 年和2011 年四个年份的卫星影像数据绘制的左右河岸线,与设立的平均间隔为1.3 km的153 个河道固定横断面的交点位置的变化,估算了1975-1990 年、1990-2010 年和2010-2011 年三个时期的河岸平均摆动速率。结果表明,该河段左岸以向右摆动为主,在上述时期左岸总的平均摆动速率分别为36.5 m/a、27.8 m/a 和61.5 m/a;右岸在1975-1990 年以向右摆动为主,此后则以向左摆动为主,其摆动速率分别为31.7 m/a、23.1 m/a 和50.8 m/a。在1975-2011 全部36 年间,左右河岸的年均摆动速率分别为22.3 m/a 和14.8 m/a。河岸摆动速率在A、B、C三个河段相差悬殊,在1975-2011 的36 年间,左岸向左和向右的平均摆动速率之比分别为1：7.6：4.6 和1：1.7：3.8;右岸向左和向右的平均摆动速率之比为1：1.8：1.2 和1：5.6：17.7。显然,无论左岸右岸,它们在A段的摆动速率最小,向左摆动速率最大的出现在B段,而向右摆动速率最大的则是C段。河岸摆动速率在时序上的增大现象主要受制于人类筑坝蓄水等引起汛期流量的逐渐减小,而空间变化主要受制于河岸物质组成的区域差异。