沿程淤积与溯源淤积的概念与数学模型

沿程淤积与溯源淤积是有关河床纵剖面调整的一对重要概念,但以前的一些文章对此的认识是互相矛盾的。本文对沿程淤积和溯源淤积的概念作了严格的限定,并给出了数量化的定义——沿程淤积与溯源淤积的数学模型。     

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。     

小浪底工程修建对黄河河口淤积影响

本文在整理、分析黄河小浪底工程建成后 ,坝下游来水来沙条件变化的基础上 ,利用若干经验关系式 ,就小浪底工程修建后对黄河河口区清水沟流路的淤积特征和变化趋势进行了研究 ,得到了 :在小浪底水库初期蓄水拦沙运用阶段 ,淤积减少、河口砂嘴发展速度变缓 ;在后期正常调水调沙运用阶段 ,淤积又有所恢复 ,河口砂嘴发展加快的认识。     

黄河河口延伸与下游淤积关系研究中的问题分析

阐明了黄河河口延伸与下游淤积关系问题的实质,指出了黄河河口延伸与下游淤积关系对时间尺度的依赖性,进而深入探讨了以前研究这一问题所用论据的合理性题。分析结果揭示,那种认为黄河下游淤积由河口延伸控制和河口延伸作用局限于近口河段的说法都缺乏令人信服的证据。     

基于数值模拟的黄河下游不同情景溃堤洪水特性

The lower Yellow River still faces the threat of flood due to the unusual precipitation caused by global environmental change, river channel sedimentation, hidden danger in the dike and unfavorable river regime of ＂hanging river＂. According to the characteristics of the dike-break flood of the Yellow River, this paper has simulated, in six different scenarios, the dike-break flood routing by inputting the terrain data, typical historical flood data and land use data of study area to two-dimensional unsteady flow model. The results show that： firstly, the routing process of flood will occupy other rivers on the way and return to the rivers after reaching the lower reaches; secondly, in the same river reach, flood inundating area of north band is bigger than that at corresponding location of south bank under the same historical flood; thirdly, it is different in the degree of flood inundation in different regions due to different geographical locations in flood plain; fourthly, the area of mainstream where flood is deep and flow velocity is quick is relatively smaller, but the area of non-mainstream, where flood is shallow and flow velocity is slow, is relatively big; and finally, the possible influenced area of the dike-break flood is 141,948 km^2.     

历史时期黄河下游的淤积、决口改道及其与人类活动的关系

黄河是世界闻名的多沙性河流,历史时期就不断淤积、决口改道,且淤积速度不断加快,决口改道的频率也在不断增加。黄河下游地上河的发展和演变是自然因素和人类活动综合作用的结果。历史时期流域内人口的增加、耕作方式的改变及其对植被造成的破坏都对中游地区侵蚀的加剧、来沙的增加,以及下游地区河道的淤积及决口改道的发生带来不同程度的影响。     

风沙对黄河内蒙古河段河道泥沙淤积的影响

通过对黄河内蒙古河段河道淤积泥沙打钻采样,以及黄河沿岸及支流产沙地层采样分析对比,暴雨、洪水等分析追踪河道淤积泥沙源地表明,黄河内蒙古河段河道泥沙淤积主要来源于乌兰布和沙漠及十大孔兑(沟谷)的库布齐沙漠和丘陵沟壑梁地。通过输沙平衡法计算该河段河道泥沙淤积量得知,1954-2000年该河段淤积泥沙总量约20.11亿t,其中大于0.1mm的粗沙为15.57亿t,占总量的77.424%;小于0.1mm的泥沙约4.54亿t,占总量的22.57%。风成沙入黄淤积量是:乌兰布和沙漠6.0552亿t;库布齐沙漠5.8499亿t;二者约占大于0.1mm粗泥沙总量的76.46%。     

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     

黄河源区草地农牧化对气候环境影响的数值模拟

 利用中尺度数值模式MM5,设计了一个控制试验和一个敏感性试验。模拟分析黄河源区草地农牧化对局地气候环境的影响,得到一些初步结论:在全球增暖的大背景下源区草地农牧化引起源区平均气温和地表温度升高,平均日较差增大;源区农牧区降水以增加为主,周围地区以减少为主;源区空气湿度、土壤湿度明显减小;地表径流增加,地下径流减小,增加的降水大部分随地表径流流失;农牧区感热通量增加,潜热通量减小,有效通量增加。源区植被改变对气候环境的影响状况不同于其他地区。     

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。     

黄河下游河床演变与河口淤积延伸

黄河挟带大量泥沙,经华北大平原入海,河口迅速延伸使河道不断地淤积抬高以至决口改道.本文初步分析了历史黄河和现行黄河下游河床演变与河口淤积延伸的关系.     

黄河入海泥沙输运及沉积过程的数值模拟

以利津站代表的黄河入海径流和泥沙数据驱动ECOMSED模型,对黄河入海泥沙悬移输运过程的逐月时空变化、输送通量以及海底沉积效应进行了数值模拟实验。分析结果表明,在忽略再悬浮作用条件下,黄河入海泥沙的输运扩散过程具有明显的季节变化规律,且这种变化具有年际相似性。黄河泥沙入渤海后总体朝向辽东湾西侧海岸扩散,而主要沉降区域是黄河口附近,且随着距离的增大,沉积通量迅速降低。模拟沉积速率一般在0.5~0.1 mm/年左右,与实际调查结果非常接近。海底地形等高线向渤海海盆西部、渤海湾南部,以及渤海海峡方向突出,也反映了泥沙通量的输送方向。从黄河入海泥沙悬移扩散过程的季节变化特征及其海底沉积效应来看,渤海海域泥沙悬移输运过程受潮汐动力、余流和和底层流场等因子的制约。除了黄河河口地区以外,各月悬浮泥沙高浓度区基本一致,集中分布在潮流能量最强的海域,潮流水平动能的大小与悬沙浓度大小分布基本一致。泥沙悬移输运方向与模拟获得的渤海三维风驱-潮致Lagrange余流的方向具有明显的相关关系,泥沙扩散的方向和强度明显受余流方向和强度的控制。     

黄河源区多年冻土空间分布变化特征数值模拟

基于IPCC第五次评估报告预估的气温变化情景,采用数值模拟的方法对黄河源区典型冻土类型开展模拟,推算过去及预测未来黄河源区冻土分布空间变化过程和发展趋势。结果表明：1972-2012年源区多年冻土只有少部分发生退化,退化的冻土面积为833 km²,季节冻土主要集中在源区东南部的热曲谷地、小野马岭以及两湖流域南部的汤岔玛地带;RCP 2.6、RCP 6.0、RCP 8.5情景下,2050年多年冻土退化为季节冻土的面积差别不大,分别为2224 km²、2347 km²、2559 km²,占源区面积的7.5%、7.9%、8.6%;勒那曲、多曲、白马曲零星出现季节冻土,野牛沟、野马滩以及鄂陵湖东部的玛多四湖所在黄河低谷大片为季节冻土;2100年多年冻土退化为季节冻土的面积分别为5636 km²、9769 km²、15548 km²,占源区面积的19%、32.9%、52.3%;星宿海、尕玛勒滩、多格茸的多年冻土发生退化,低温冻土变为高温冻土,各类年平均地温出现了不同程度的升高。到2100年,RCP 2.6情景下源区多年冻土全部退化为季节冻土主要发生在目前年平均地温高于-0.15 oC的区域,而-0.15~-0.44 oC的区域部分发生退化;RCP 6.0、RCP 8.5情景下目前年平均地温分别为高于-0.21 oC以及-0.38o C的区域多年冻土全部发生退化,而-0.21~-0.69 oC以及-0.38~-0.88 oC的区域部分发生退化。     

基于数值模拟的黄河下游不同情景溃堤洪水特性

通过研究黄河下游地区的溃堤洪水特性,为防洪减灾工作提供科学依据。本文以黄河下游地区的DEM,1958、1982、1996年典型历史洪水和2000年土地利用数据为模型初始输入,分4个模拟情景,依据黄河溃堤水流的特性,利用二维非恒定流模型对黄河下游不同位置决口情景下的洪水演进特性进行模拟,结果表明:洪水在演进过程中都会侵夺沿途河流行洪,进入下游后洪水会顺河归槽;在同一河段,同一年型洪水北岸不同位置溃口情景所淹没的面积大于南岸对应位置的淹没面积;黄河两岸洪泛区地理位置的差异,使两岸的洪灾程度具有区域差异;水深且流速大的洪水淹没主流区面积相对较小,水浅且流速小的非主流区面积相对较大。     

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。     

黄河下游河流纵剖面平行抬升的统计检验

河流纵剖面变化可视为随机过程,它既包括趋势成分,又包括周期成分和随机成分。以前用一时段内的纵剖面升降分布来判断是否具有趋势性平行抬升的方法存在问题。因为这种时段纵剖面升降分布所包含的随机成分很大,不能用以直接判断纵剖面的趋势变化特征。对黄河下游纵剖面的趋势变化比随机变化低两个数量级的情况,更是如此。获得纵剖面趋势变化特征信息的好方法是滑动平均。另外,还可以用统计学方法进行检验。如果纵剖面确为平行抬升;则应有下列结论成立:1)各断面多年平均水位升高值(或河床升高值)相等;2)任意两断面间的高程差都为常数。本文对此进行了统计检验,并得出了在一定的精度要求内,黄河下游河流纵剖面确有平行抬升的趋势的结论。     

不同流路时期黄河下游河道的冲淤变化过程

运用统计学方法对1950-2007年的水沙数据以及不同流路各水文站同流量(3000m³/s)水位变化进行了分析,结果表明:黄河下游河道表现出淤积-冲刷交替出现的变化过程,当进入下游的含沙量为18.6kg/m³时,河道冲淤表现为动态平衡。艾山以下河道的冲淤变化过程除受水沙条件控制外,还受到流路变迁的影响。流路变迁初期河道发生溯源冲刷作用,中后期河道发生溯源淤积作用。各站同流量水位变化,神仙沟流路主要为下降,河道以冲刷为主;刁口河流路主要为升高,河道以淤积为主;清水沟流路有升有降,河道冲淤互有,总体表现为淤积。流路变迁对河道横断面形态的影响主要在利津以下。     

灌溉方式对现代绿洲影响的数值模拟

灌溉是农业发展的根本,没有灌溉就没有荒漠区农业。利用美国NCAR中尺度模式MM5V3模拟了喷灌与不同水量地灌以及没有灌溉对绿洲土壤湿度、地下径流以及感热、潜热通量的不同影响。结果表明:①地灌后地表蒸发与植被层的蒸腾更旺盛,散失的水分更多;而喷灌可以抑制地表蒸发与植被层的蒸腾,对土壤水的保持更有利。②喷灌试验要在土壤湿度达饱和以后才会形成地下径流量,而地灌试验则是土壤湿度与地下径流量同时增长。总之,喷灌方式是一种高效节水的灌溉方式,它比其它灌溉方法更有利于绿洲农业生态系统的温度整体降低,不论土壤湿度还是大气湿度都会相应增大,抑制地表土壤水分的蒸发,有利于绿洲农业维持。