2012年洪水对黄河内蒙古段冲淤影响

2012年洪水是内蒙古河段1989年以来历时最长、洪峰流量最大的洪水过程。为了解粗泥沙对黄河内蒙古段河床冲淤变化的影响,依据宽河谷河段巴彦高勒、三湖河口和头道拐水文站实测资料,分析了内蒙古河道2012年洪水水沙特征,通过计算推移质输沙量和比较断面河底变化,探讨了粗泥沙对河底调整的影响。结果表明:2012年洪水造成粗泥沙在上游段冲刷、下游段淤积;固定低水位下过流断面存在涨冲落淤的规律;洪水过后,巴彦高勒和三湖河口低水位面积分别扩大了19 m2和29 m2,头道拐减小约100 m2。由于粗泥沙排沙不平衡,底部河床的真正高程并没有降低,防洪风险依然存在。     

黄河头道拐水沙变化多元驱动因子贡献率分析

根据1950—2010年水沙实测资料,采用统计分析方法,通过构建非线性响应模型,辨识了水沙变化主导驱动因子,定量评估了多因子对黄河上游头道拐水沙变化的贡献率.结果表明:头道拐1950—2010年多年平均径流量减少速率为2.23亿m3/a,多年平均输沙量减少速率为0.027亿t/a,1987—2010年径流泥沙减少趋势更为明显,同期输沙量减幅明显大于径流量减幅;1969—2010年气候因子和下垫面因子对头道拐站年径流模数和年输沙模数变化的贡献率均约为2:8,下垫面因子明显占主导地位,其中宁蒙灌区年引水量对年径流模数变化的贡献率最大,达到42%,龙羊峡和刘家峡等水库运用对年输沙模数变化的贡献率最大,达到34%.预计今后兰州以上径流变化和兰州至头道拐区间主要支流来沙变化两大自然因素将是头道拐水沙变化的主导因子;灌区引水和支流水土保持综合治理减沙对头道拐水沙变化的贡献率将居主导地位.     

黄河下游不同河段分组悬沙输移对河床冲淤的影响

小浪底水库运行后,坝下游分组悬沙输移特点发生改变,不同河段冲淤过程有所差别。基于1999—2018年坝下游实测水沙资料及固定淤积断面地形数据,分析汛期分组悬沙输移的沿程调整特点,建立分组悬沙输移及河床边界条件双重影响下不同河段河床累计冲淤量的计算关系。分析结果表明：(1)汛期各组沙输沙率远小于蓄水前,且中沙输沙率降幅最大,在各水文断面平均降幅为85%;沿程上细沙输沙率基本不恢复,而中沙和粗沙恢复距离分别到利津及艾山。(2)坝下游河床持续冲刷,各河段河床组成均发生不同程度的粗化;在拦沙后期(2007—2018年),游荡段和过渡段床沙中细沙和中沙占比不足5%,对悬沙几乎无补给作用,而弯曲段床沙对中沙仍有一定的补给能力。(3)下游各河段以冲刷下切为主,但调整幅度不同,故对水流的约束能力有所差异。建立了各河段累计冲淤量与前期河相系数及进口断面分组来沙系数的经验关系,并采用2019年下游水沙数据对公式进行了初步验证,公式能合理反映断面形态与分组悬沙输移对河床累计冲淤过程的影响。     

黄河内蒙古河段平滩流量与有效输沙流量关系

从水沙组合的角度出发,建立了基于水沙二维向量组合的频率统计方法,并在此基础上提出了有效输沙流量的计算方法。根据黄河内蒙古河段巴彦高勒站1954-2006年日水沙资料及汛后平滩流量资料,采用上述有效输沙流量计算方法计算得到了各年有效输沙流量及相应含沙量组合,进而分析了平滩流量与有效输沙流量及有效来沙系数之间的关系。结果表明,巴彦高勒站平滩流量调整分别受到包括当年在内的前期12年来水来沙条件的影响。     

新疆石门水库设计中的泥沙淤积分析研究

水库在给人类带来巨大效益的同时,也给天然河流带来新的影响,泥沙淤积就是其中之一。水库泥沙淤积,严重影响水库使用寿命,如果设计和使用不当,水库有完全淤废的可能。因此,如何通过水库优化设计和调度运用,使得水库有效库容得以长期保留,是在水库规划设计阶段就必须加以解决的技术问题。本文采用一维非均匀不平衡输沙数学模型,对新疆苏塘灌区的石门水库泥沙淤积问题展开研究,建立了石门水库泥沙冲淤数学模型,并且依据石门水库坝址附近河段水文泥沙测验资料,初步分析了入库水沙特性,给出了各月的输沙率与流量关系,建议采用年均径流量3.08亿m³和悬移质输沙量253万t作为入库水沙条件,设计了入库典型年水沙过程。     

三峡大坝—葛洲坝河段水沙变化及冲淤特性

掌握三峡和葛洲坝枢纽间河段水沙及冲淤特性的变化规律,是河段诸多工程问题研究的前提。对大量水沙地形资料进行分析,探讨泥沙起动理论在冲刷预测中的应用。长江上游水库建设及两大枢纽相继运行,河段年径流量微减,月均流量发生"削峰填谷"重分配,年输沙量大幅降低,河段水沙关系显著改变;河段累积冲淤量受极端水文条件和枢纽调度的短期和长期控制,时间上具有明显阶段性特征,空间上则表现为部分子河段的活跃性;床沙组成随枢纽运行先后发生细化和粗化;基于沙玉清起动流速公式绘制了起动临界条件曲线图,通过推算断面最大可动床沙粒径或临界流量,可为河床冲刷可能性的预判提供参考。     

三峡大坝—葛洲坝河段水沙变化及冲淤特性

掌握三峡和葛洲坝枢纽间河段水沙及冲淤特性的变化规律,是河段诸多工程问题研究的前提。对大量水沙地形资料进行分析,探讨泥沙起动理论在冲刷预测中的应用。长江上游水库建设及两大枢纽相继运行,河段年径流量微减,月均流量发生"削峰填谷"重分配,年输沙量大幅降低,河段水沙关系显著改变;河段累积冲淤量受极端水文条件和枢纽调度的短期和长期控制,时间上具有明显阶段性特征,空间上则表现为部分子河段的活跃性;床沙组成随枢纽运行先后发生细化和粗化;基于沙玉清起动流速公式绘制了起动临界条件曲线图,通过推算断面最大可动床沙粒径或临界流量,可为河床冲刷可能性的预判提供参考。     

黄河下游河道输沙水量及计算方法研究

根据黄河下游1950年以来的水沙、河道冲淤及洪水观测资料,系统分析了黄河下游主要控制站输沙水量与来沙量、洪水量级、水沙搭配、区间引水引沙及河道允许淤积度等因子间的相互关系。在探讨泥沙输移规律和机理的基础上,引入水沙搭配参数,建立了适用于黄河下游主要控制站汛期及洪水期计算输沙水量的数学表达式,量化了水沙条件及河道允许淤积度变化对河道输沙水量的影响程度。该研究对维持黄河健康生命及黄河水资源的规划利用具有重要的理论和实际意义。     

基于遥感影像分析1989—2019年黄河内蒙古段河冰时空变化

获取河冰时空分布信息对黄河流域防凌减灾工作及沿岸地区可持续发展具有重要意义。收集黄河内蒙古段1989—2019年冬季河冰遥感影像数据;提出了归一化未封冻水体指数（NDUWI）用以剥离被归一化雪指数（NDSI）误分为河冰的水体像元,确定了该指数划分河冰、水体像元的阈值,并利用NDUWI结合NDSI的方法提取河冰信息进而分析河冰时空分布及变化特征,探讨了海勃湾水库调度及河床演变对河冰分布的影响。结果表明：黄河内蒙古段河冰主要分布在研究区中游（巴彦高勒—三湖河口）。1989年以来,研究区内河冰经历“平稳期”（1989—1997年）、“扩张期”（1998—2000年）、“萎缩期”（2001—2019年）3个阶段,其中2000年出现河冰面积峰值,并于2019年减小至最小。各子段中,海勃湾至巴彦高勒（R1段）2015年前河冰分布稳定,2015年起受海勃湾水库建成影响,河冰面积大幅萎缩;巴彦高勒至头道拐（R2~R4段）河冰面积变化特征大体与全段变化相同。空间上,2015年后R1段以纵向萎缩为主,巴彦高勒至三湖河口（R2段）左岸河冰萎缩,右岸河冰堆积仍有偎堤风险;三湖河口至包头（R3）段全段河冰漫滩现象严重,2016年起得以缓解;包头至头道拐（R4）段以局部漫滩为主,2016年开始以主槽封冻为主。上游海勃湾水库建成后的常规运用可有效减小下游黄河内蒙古段的河冰漫滩现象。研究成果可为黄河内蒙古段水库防凌调度及堤防安全隐患排查提供参考。     

黄河内蒙段河道冲淤量与水沙输移过程的关系分析

根据1952～2003年黄河内蒙古河段实测断面资料分析,天然状态下该河段均处在淤积状态,青铜峡、三盛公水库建成运行初期水库蓄混排清,不同的水沙组合使河道有冲有淤,青铜峡水库蓄满失去蓄混排清功能后,河道又长期处在淤积状态。河道冲淤量与来水量、来沙量的线性组合高度相关,表明该河段冲淤量与河道的水沙组合有直接的因果关系,由此建立了计算河道冲淤量的数学模型。来沙系数是判断河道冲淤变化的关键指标,实测资料分析表明:来沙系数小于或等于0.005时河道发生冲刷,来沙系数在0.005～0.009之间时河道有冲有淤,来沙系数大于0.009时河道发生淤积,来沙系数大于0.015时淤积量趋于稳定,且以1.0为渐近线。     

含沙量和悬沙粒径变化对长江宜昌-汉口河段年冲淤量的影响

依据三峡水库修建以前的资料,运用数理统计方法对含沙量和悬沙粒径变化对长江宜昌-汉口河段年冲淤量的影响进行研究,以期为三峡水库修建以后库下游河道冲淤特性的预测提供参考。建立了1980-1997年间宜昌-汉口#河段年冲淤量与宜昌站年均含沙量C宜昌之间的回归方程,据此估算出使宜昌-汉口#河段处于不冲不淤状态的宜昌站临界年均含沙量为0.734 kg/m3。以宜昌-汉口冲淤量作为因变量,以宜昌站的含沙量、悬沙中径D50、最大流量和三口分流比作为影响变量,建立了多元回归方程。基于1980-1997年资料的方程表明,宜昌站含沙量越高,悬沙中径越粗,宜昌站洪水流量越大,宜昌-汉口河段年淤积量越大;三口分流比越小,宜昌-汉口河段年淤积量越大。     

黄河内蒙古段头道拐断面冰期水流特征及其对气候变化与人类活动的响应

利用最新冰凌观测数据,分析了1960年以来黄河内蒙古段头道拐断面冰期流量特点及其影响因素.结果表明：头道拐断面小流量持续时间的年际变化具有明显的阶段性特征,1960-1967年、1968-1985年和1986-2010年小流量平均持续天数分别为68 d、17 d和37 d.气候变化和人类活动是影响小流量过程的主要因素,气候变化通过影响冰盖厚度和冰花堆积来影响封冻河段流量过程;河道冲淤演变则是冰期流量过程和槽蓄水增量长期变化的重要原因;刘家峡水库调度直接影响着内蒙古河段的流量过程. 最近10 a来,凌汛期气温变化剧烈,上游来水有所减少,河道淤积更加严重,河道工程增多是黄河头道拐断面小流量持续天数延长的主要原因.     

River tributaries as sediment sinks: Processes operating where the Tapajós and Xingu rivers meet the Amazon tidal river

The Amazon River is the largest fluvial source of fresh water and sediment to the global ocean and has the longest tidally influenced reach in the world. Two major rivers, the Tapajós and Xingu, enter the Amazon along its tidal reach. However, unlike most fluvial confluences, these are not one‐way conduits through which water and sediment flow downstream towards the sea. The drowned‐river valleys (rias) at the confluences of the Tapajós and Xingu with the Amazon River experience water‐level fluctuations associated not only with the seasonal rise and fall of the river network, but also with semidiurnal tides that propagate as far as 800 km up the Amazon River. Superimposed seasonal and tidal forcing, distinct sediment and temperature signatures of Amazon and tributary waters, and antecedent geomorphology combine to create mainstem–tributary confluences that act as sediment traps rather than sources of sediment. Hydrodynamic measurements are combined with data from sediment cores to determine the distribution of tributary‐derived and Amazon‐derived sediment within the ria basins, characterize the sediment‐transport mechanisms within the confluence areas and estimate rates of sediment accumulation within both rias. The Tapajós and Xingu ria basins trap the majority of the sediment carried by the tributaries themselves in addition to ca 20 Mt year^?1 of sediment sourced from the Amazon River. These findings have implications for the interpretation of stratigraphy associated with incised‐valley systems, such as those that dominated the transfer of sediment to the oceans during lowstands in sea level.     

黄河泥沙百年演变特征与近期波动变化成因解析

黄河泥沙未来变化趋势关系到新时期治黄策略制定，科学认知入黄沙量变化特征，特别是一些典型或极端情况下的沙量变化原因，对于科学研判黄河泥沙未来情势具有重要指导意义。本文在分析百年黄河沙量演变特征基础上，重点解析了2013年和2018年典型"大沙"年份以及2017年典型"极端降雨"年份潼关沙量波动变化原因。结果表明：1919—2018年百年尺度上黄河潼关站输沙量呈"台阶式"减少特征且减少趋势极显著（P<0.001），尤其2000年以后年均输沙量降至2.44亿t左右；随着黄土高原下垫面土壤侵蚀环境大幅改善，黄河上游相似来水年头道拐—潼关区间流域输沙量减少82%，相似极端降雨情景下流域次洪输沙量平均减少50%~85%，2017极端降雨年并未导致大沙年出现，水土保持生态建设成果在减少入黄泥沙方面发挥了关键作用；2013年和2018年典型"大沙"年潼关站泥沙来源解析表明，河道淤积泥沙冲刷和水库排沙成为新时期黄河潼关站沙量波动变化的主要影响因素。     

基于Sentinel-1时间序列的河冰表面物候提取研究

利用遥感技术识别河冰物候信息,能有效地评估河冰生长趋势,提高冰情信息化管理水平。以黄河内蒙古段为例,基于Sentinel-1时间序列遥感影像,综合曲线斜率法与动态阈值法提取了近5年（2015—2020年）黄河内蒙古段海勃湾库尾、三盛公闸下河段、三湖河口河段、头道拐河段以及万家寨库尾5个子段河冰物候（初冰日、完全冻结日、开始消融日、完全消融日）并分析其变化特征。结果表明：5个子河段初冰日和完全消融日的最优提取阈值分别为0.1、0.2、0.1、0.05以及0.05倍的Logistic曲线上下限差,识别偏差在3日以内;完全冻结日和开始消融日出现在Logistic曲线斜率最大（最小）值处,识别偏差在5日以内;5段近5年初冰日呈偏晚趋势,变化速率分别为1.4 d·a^-1、1.0 d·a^-1、0.8 d·a^-1、0.2 d·a^-1及0.4 d·a^-1;海勃湾库尾和头道拐河段从初冰日至完全冻结日的横向冻结速率正以0.2 d·a^-1和1.4 d·a^-1逐年增加,而巴彦高勒河段和万家寨库尾区以1.4 d·a^-1和1.0 d·a^-1逐年减少,三盛公闸下河段基本保持不变。研究成果可为冰凌洪水预测及河岸堤防修建提供科学依据。     

黄河流域近期水沙变化及其趋势预测

针对黄河水沙近期发生显著变化的现象,利用黄河上中游干支流水文泥沙定位观测资料,综合"水文法"、"水保法"和数学模拟等多种方法,对黄河流域1997-2006年水沙变化情势进行了评估,分析了水沙变化机制,并预测了未来的变化趋势。分析表明,与多年平均相比,黄河河源区径流量年均减少43.90亿m3,其中降雨等自然因素的影响量占92.26%,人类活动影响量占7.74%;与1970年前相比,黄河实测径流量年均减少112.1亿m3,其中水利水土保持综合治理等人类活动作用占76.50%,因降雨影响占23.50%;实测输沙量较1970年以前年均减少11.80亿t,其中水利水土保持综合治理等人类活动的作用为49.75%,降雨的影响为50.25%;人类活动与降雨变化对水沙变化的影响差异较大,就黄河中游地区总体而言,人类活动的减水作用远大于降雨的影响,人类活动的减沙作用与降雨影响基本相当,不宜笼统说黄河中游水沙变化主要是人类活动所致或主要是降雨变化所致; 2050年以前黄河来水来沙量总体呈平偏枯趋势,但不排除个别年份或短时段仍会发生丰水丰沙的可能性。