长江干流河道对流域输沙的调节作用

利用长江干流和主要支流上测站1956~2004年的输沙量资料,对干流未测区域的来沙进行了估计。根据泥沙平衡 (Sediment budget) 概念,对长江干流河道的冲淤对来水来沙的响应以及对入海泥沙的影响进行研究发现,长江干流屏山至大通河道平均淤积速率为88.58×10⁶ t/a,河道淤积占总的来沙量及大通站输沙量比例分别为14%与21%。由于河道淤积,大通站输沙量减少了17.5%。总体来说上游淤积较轻,宜昌至汉口区间淤积严重,汉口至大通区间为微冲。长江干流的河道冲淤与流域总的来沙具有显著的相关关系,但各段河道的冲淤对流域来沙的响应各不一样。上游的冲淤与流域的径流量和来沙量均没有很好的相关性,宜昌-汉口段河道冲淤的变化与宜昌站的来沙具有显著的相关性;影响汉口-大通间河道的冲淤变化的主要因素是流域的来水量,河道的冲淤与大通站径流量的存在显著的负相关关系。三峡水库蓄水后整个长江干流的冲淤形势发生了根本的变化。三峡水库的蓄水运用有效地减轻了洞庭湖的泥沙淤积,同时也降低了洞庭湖的对长江干流泥沙的调节作用;长江上游干流河道淤积增强,中下游河道出现冲刷,但不同的河段表现不一;中下游河道冲刷量小于预测值,三峡水库的蓄水运用直接导致了长江入海泥沙的减少。     

长江宜昌-武汉河段泥沙年冲淤量对水沙变化的响应

运用泥沙收支平衡 (Sediment budget) 的概念确定长江中游宜昌-武汉河段的泥沙冲淤量,并运用数理统计方法,研究了泥沙冲淤过程对水沙变化的响应。研究表明,所研究河段的输沙具有“多来多排”的特性,在平均的意义上,年输入沙量为年输出沙量的1.1345倍,由此求得总净来沙中有11.85%淤积在河道中。河段出口输出沙量随时间而增大,大致在1980年达到峰值,然后再减小。1980年以前河段出口输出沙量的增大,与3口分沙减少 (等价于河段净来沙增多) 和下荆江人工裁弯 (使河道输沙能力增大,因而可以将更多的泥沙输送到河段出口以下) 有关,1980年以后的减少,则与宜昌站来沙量的显著减少有关。建立了1980~1997年间宜昌-汉口#河段年冲淤量与宜昌站年来沙量之间的回归方程,通过该方程估算出使宜昌-汉口河段不淤的宜昌站临界来沙量为3亿t/a。为了定量评价宜昌站的来水量和来沙量以及3口分水比和分沙比、宜昌站洪峰流量的变化对于河段冲淤量的相对贡献,我们以1980~1997年和1955~1997年两个时间系列的数据分别建立了多元回归方程。1980~1997年间的方程表明,宜昌站的来水量和来沙量以及3口分水比和分沙比、宜昌站洪峰流量的变化对宜昌-汉口河段年冲淤量的贡献率分别为6.23%、31.56%、25.77%、32.71%和3.73%。     

澜沧江河道冲淤变化特征及发展趋势

文章根据20多年来澜沧江河道断面形态、来水来沙的实测资料,分析了冲淤变化特征及其与来沙系数的相互关系。还根据澜沧江天然来沙量的变化趋势,梯级开发后可能发生的来沙量变化,探讨了澜沧江河道冲淤变化的可能发展趋势     

水沙条件对黄河下游河道输沙功能的影响

提出河道输沙功能指标F_s为进入某一河道的泥沙总量(干流与支流输入沙量之和)与输出这一河道的泥沙量之比。河道输沙功能与来水量和来沙量有密切关系,若来水减少,来沙增多,则河道输沙功能减弱。来沙中大于0.05 mm粗泥沙含量百分比与河道输沙功能指标成负相关。来沙系数、特别是粗泥沙的来沙系数,是决定黄河下游输沙功能的重要因子;来沙系数越大,则河道输沙功能指标越低。场次洪水的输沙功能指标随场次洪水最大含沙量的增大而降低,历年河道输沙功能指标随各年中高含沙水流频率的增高而降低。小浪底水库修建后,为我们通过调水调沙提高河道输沙功能提供可能。研究表明,场次洪水平均含沙量35 kg/m³,或场次洪水平均来沙系数为(0.015 kg·s)/m⁶,是在调水调沙中实现河道输沙功能优化的最优含沙量和最优来沙系数,平滩流量则是实现河道输沙功能最大化的最优流量级。     

澜沧江河道冲淤变化与来沙系数的格兰吉尔因果分析

采用格兰吉尔因果关系模型以及时间序列平稳性的ADF检验技术,结合23年的实测资料数据,分析了澜沧江天然来沙量的变化是否会导致澜沧江河道冲淤发生变化。结果发现:(1) 澜沧江历年来沙系数变化是一个不稳定的时间过程、但历年冲淤变化却是一个稳定的时间过程;(2) 澜沧江河道(允景洪断面)历年来沙系数变化对于冲淤变化不存在格兰吉尔因果关系,或前者对后者无预测关系,因此澜沧江河道来沙系数的增加(或减少)都不一定导致断面淤积量增大(或冲刷量增大)。前人得出的"随来沙系数的增大,断面淤积量有所增加,反之,则冲刷量增加"的结论值得商榷。     

近60年黄河水沙变化过程及其对三角洲的影响

为了了解黄河水沙变化过程及其对三角洲的影响,本文运用统计学方法对利津站1950-2007年的水沙数据以及流域人类活动引起的减水减沙数据进行了分析,结果表明:1950-2007年黄河人海水沙量明显减少,且年际波动比较剧烈.人类活动的影响是人海水沙量减少的主要原因.1950.2005年,水土保持年均减水减沙量分别为20.2亿m3和3.41亿t;工农业年均引水引沙量分别为251.64亿m3和2.42亿t;干流库区拦沙量,三门峡水库1960-2007年年均淤积1.45亿m3,小浪底水库1997-2007年年均淤积2.398亿m3.相比于花园口站的水沙量,下游河道以淤积为主,人海水沙量减少;以冲刷为主,人海水沙毋增加.当不同时期人海总水沙量比为0.0257 t/m3左右时,河口附近岸线延伸,三角洲面积增加.但近来年入海水沙量的急剧减少,特别是黄河口清8出汉以后,整个黄河三角洲由淤积转变为侵蚀,冲淤状态发生逆转的时间约在1997年.     

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.     

长江干流江苏段44年来河道冲淤变化的时空特征

通常认为气候变暖引起的海平面上升将导致下游河道的淤积, 流域水土保持和水库建设引起的上游来沙量的减少将导致下游河道的冲刷。然而, 长江下游河道是如何对海平面上升和上游来沙量的减少做出响应的, 至今还没有直接的确凿的证据。在地理信息技术支撑下, 对长江干流江苏段(约330 km) 5 个时期1:25000~1:60000 的河道地形图进行了数字化, 建立了1959、1970、1985、1992 和2003 年河道数字地形图, 对河道的冲淤变化进行了计算分析。 结果表明, 长江干流江苏段在1985 年前后发生过明显的河道冲淤转换: 由1959-1985 年之间的平均淤积状态转变为1985-2003 年之间的平均冲刷状态。主要原因是1985 年以后该河段的上游来沙量的减少。1959-1985 年之间长江干流江苏段河道的淤积过程, 存在着由上游向下游推进的“顺流堆积”现象。1985-2003 年之间, 下段冲刷速率大于中段和上段。     

宽变幅水沙两相流的冲淤双临界现象及其地貌学意义

通过黄土高原一些河流资料的分析，发现了宽变幅水沙两相流冲淤过程中的2个临界值，位于非高含水流区域中的临界点，可称之为冲淤下临界；位于高含沙水流区域中的临界点，可称之为冲淤上临界，水沙两相流冲淤的双临界现象，对珩多沙河流河道泥沙的输移有重要意义，随着含沙量的增大，排沙比先减小而后增大，2次与代表排沙比等于1的直线相交，这2个交点即分别对应于挟沙水流冲淤的下临界和上临界，运用所揭示的水沙两相流冲淤过程的双临界现象，可以对冲积河流河型的形成进行新的解释，以我国近百条冲积河流的资料为基础，点绘了年均悬移质输沙率与年均流量的关系，并以不同的符号来区分弯曲河型、游荡河型和高含沙曲流河型。结果表明，上述3种河型可以很好于被代表特征含沙量分别为C=60kg/m^3和C=3.3kg/m^3的2条直线所区分，这2个特征含沙量反映了河道水沙两相流冲淤的上、下临界值。     

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。     

Response of bankfull discharge to discharge and sediment load in the Lower Yellow River

This paper presents a study on the response of bankfull discharge to incoming discharge and sediment load based on long-term hydrological and bankfull discharge data measured on the lower reaches of the Yellow River. The analysis indicated that the bankfull discharge was a function of the preceding 5 to 6 years' flow regimes, revealing that bankfull channel dimensions were a result of the accumulative effect of several consecutive years' flow discharge and sediment load conditions. In other words, the mean relaxation time was about 5 to 6 years for channel adjustment. Theoretical methods for the prediction of bankfull discharge were developed, in which the response time or the relaxation time was fully considered. Testing of the methods using data observed at five hydrologic stations in the lower reaches of the Yellow River from 1960 to 2003 showed that the proposed methods can predict the variation of bankfull discharge in response to changes in the incoming discharge and sediment load. The proposed methods hold promise for predicting the magnitude and trend of channel response to other rivers undergoing aggradation or degradation from changes in hydrologic or sediment regime.     

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。     

SEDIMENT LOAD AND STORAGE IN THE LOWER YELLOW RIVER DURING THE LATE HOLOCENE

The Yellow River is one of the largest riverine sediment routing system in the world. Like many other rivers, the sediment load of the Yellow River can not be regarded as constant in its long history due to changes in climate and human activities. This study determined sediment storage on the floodplains of the lower Yellow River in five historical periods after the year 602 bc mainly based on data of 93 boreholes, 182 radiocarbon dates in the Huang‐Huai‐Hai Plain and maps of historical changes of the lower Yellow River channel. Furthermore, the mean annual sediment outputs from the upper and middle reaches of the Yellow River were calculated in the five periods through investigating the sediment delivery ratio of the lower Yellow River under different conditions of artificial levees. Our findings suggest that the sediment output from the upper and middle Yellow River increased slowly before the year around 1128, but was lower than half of the current value on average. It has been in the past about 1000 years that the sediment output from the upper and middle Yellow River escalated. The Loess Plateau is the principal sediment source of the Yellow River. The comparison of historical changes in sediment load of the lower Yellow River with those in the natural conditions and in human activities on the plateau reveals that the changes in sediment yield from the plateau could be attributed mainly to the variations of population, cultivating area, and climate changes on the plateau.     

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。     

气候变化和人类活动对黄河上游十大孔兑水沙过程的影响

随着气候的变化以及人类活动的加剧,世界上一些河流的径流和输沙量发生了明显的改变。查明流域的水沙特征、变化趋势及驱动因素是流域治理和管理中面临的重要问题。以黄河上游的十大孔兑为研究对象,利用1958-2015年的实测资料,采用线性趋势法、非参数Mann-Kendall趋势检验法对典型孔兑毛不拉、西柳沟、罕台川的年降雨、径流、泥沙、洪水过程进行了系统分析。结果表明：毛不拉和西柳沟年水沙序列下降趋势显著,罕台川下降趋势不显著,但近10 a比之前水沙明显减少;三个孔兑21世纪和20世纪观测到的2次洪水过程相比,产生洪水的降雨差别不大,但后一次洪峰流量和含沙量都显著降低;与1990年之前相比,1991-2015年各孔兑高强度降雨变化程度相对水沙变化不大。通过遥感影像解译,发现自20世纪90年代以来,随着退耕还林还草、封禁、休牧等水土保持工程陆续实施,十大孔兑土地利用变化显著,植被盖度明显增加,由此改变了该区域降雨-产流-产沙过程,引起1990年以后产水产沙的剧烈减少。     

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。     

黄河下游河道泥沙存贮-释放及其临界条件

确定了黄河下游河道处于泥沙存贮-释放临界状态的水沙临界条件。当场次洪水平均含沙量小于31.68 kg/m³,或者来自中游多沙粗沙区场次洪水来沙量小于4 543×10⁴ t,下游河道将由泥沙存贮状态变为泥沙释放状态。当河口镇以上清水区径流占场次洪水总径流量比率大于0.70时,也会由泥沙存贮状态变为泥沙释放状态。场次洪水泥沙输移比随洪水平均流量的增到而增大,流量为4 000 m³/s(相当于平滩流量)时达到峰值,此后有所减少。这表明,平滩流量时泥沙存贮最少,低于平滩流量和高于平滩流量时泥沙存贮均增大。