黄河龙门—潼关河段“揭河底”洪水特性初步分析

“揭河底”是黄河干支流上伴随高含沙水流所发生的河床强烈冲刷现象。据实测资料统计，分析，龙门站较大洪水的洪峰和洪量多由顺堡以上来水为主组成，但以吴堡以下来水为主的高含沙洪水发生“揭河底”现象的机率更高。“揭河底”可使主槽产生冲刷，滩槽高差加大，从而增大了主槽过洪能力。     

水库拦沙期黄河下游洪水冲刷效率调整分析

分析了三门峡水库和小浪底水库拦沙期黄河下游低含沙量洪水的冲刷效率,结果显示:水库拦沙期黄河下游洪水的全沙冲刷效率在平均流量小于4 000 m3/s时随着洪水平均流量的增大而增大,当流量达到4 000 m3/s以后,冲刷效率随着流量的增大不再显著增加,基本保持在20 kg/m3。通过研究分组泥沙的冲刷效率,发现全沙冲刷效率在流量大于4 000 m3/s后细颗粒泥沙冲刷效率降低的幅度大于粗颗粒泥沙冲刷效率增加的幅度,河床细颗粒泥沙的补给能力对全沙冲刷效率具有决定性作用。建议在小浪底水库拦沙期,调控下泄流量使进入下游河道的洪水平均流量在4 000 m3/s左右,使黄河下游洪水的冲刷效率最大,从而实现利用有限的水资源产生最大的冲刷效益,增大下游河道的排洪能力。     

黄河下游游荡河段清水冲刷时期河床调整的复杂响应现象

以1960～1962年三门峡水库下泄清水时期定位观测资料为基础,研究了清水冲刷条件下黄河下游河床调整过程。结果表明,由于河床边界条件的不同,游荡段的上段(铁谢-桃花峪)和下段(桃花峪-辛寨)的河床调整过程表现出明显的差异,由此可以划分两种不同的调整方式和复杂响应类型:河岸抗冲性强、河床组成物质较粗的河段,河床调整及其中的复杂响应主要与水力参数有关;河岸抗冲性弱、河床物质组成较细的河段,河床调整中的复杂响应主要与河床形态有关。研究所得结论,可为预测小浪底水库建成后黄河下游河床演变趋势提供参考。     

近期黄河下游河床调整过程及特点

利用黄河下游1999-2005年的实测水沙及断面资料,分析了近期下游(铁谢至利津河段)河床调整过程及特点,具体表现为:小浪底水库运行后,黄河下游河道出现持续冲刷。其中,游荡型河段的冲刷量占下游总冲刷量的77%,单位河长的冲刷量在高村以上河段最大,孙口以下河段次之,高村至孙口河段最小;各河段主槽横断面形态调整均表现为向窄深方向发展;河床在冲刷过程中,主槽纵比降变化不大,其纵剖面形态自1855年以来均为下凹曲线,其凹度值随河床冲刷而略有增大;汛期深泓摆动幅度在游荡段最大,在弯曲段较小;随河床冲刷,下游平滩流量增加,但断面平滩流量与河段平滩流量的增加程度不同;因床沙显著粗化,不同河型河段的河床纵向稳定程度随冲刷均增加,而河床横向稳定程度在游荡段变化不大,在过渡段及弯曲段有所增加。     

黄河下游花园口河段洪水涨落过程中河床横断面形态的调整

利用黄河下游1950-1985年间218场洪水资料,讨论了黄河下游花园口河段洪水起涨和回落过程中河床形态调整的不同过程.在洪水起涨阶段,花园口河段河床宽深比以增大为主,且洪水最大含沙量越大,宽深比增大的幅度越大,洪峰增幅比在3以下时,宽深比随最大含沙量的增大而增大,洪峰增幅比在3以上时,呈随含沙量的增大而减小的趋势.在洪水回落阶段,宽深比的变化方向则相反.在含沙量较小时,河床宽深比的减小主要发生在洪水起涨阶段,在含沙量很大时,河床宽深比的减小主要发生在洪水回落阶段.     

黄河下游游荡段过流能力调整对水沙条件与断面形态的响应

河道过流能力与主槽形态有关,而主槽形态又取决于上游水沙条件,分析过流能力与这两者之间的关系对研究黄河下游游荡段河床演变规律有重要意义。从典型断面和河段平均两个尺度,定量分析了黄河下游游荡段1986-2015年平滩流量与水沙条件(来沙系数和水流冲刷强度)及汛前主槽形态(河相系数)之间的响应关系。结果表明:①1986年至小浪底水库运行前,游荡段淤积严重,主槽萎缩,河道过流能力急剧下降,自小浪底水库运行后,游荡段发生强烈冲刷,其断面持续趋向窄深,过流能力逐年恢复;②建立了断面和河段平滩流量与水沙条件及河相系数的幂函数关系,二者相关系数均在0.5以上,但河段尺度相比于断面尺度的相关系数至少可提高17%;③河段平滩流量与前5年汛期平均水流冲刷强度及河相系数的相关系数接近0.94,相应计算公式能较好地反映平滩流量的变化过程,为分析其他河段平滩流量的变化提供了参考方法。     

黄河下游游荡段过流能力调整对水沙条件与断面形态的响应

河道过流能力与主槽形态有关，而主槽形态又取决于上游水沙条件，分析过流能力与这两者之间的关系对研究黄河下游游荡段河床演变规律有重要意义。从典型断面和河段平均两个尺度，定量分析了黄河下游游荡段1986—2015年平滩流量与水沙条件（来沙系数和水流冲刷强度）及汛前主槽形态（河相系数）之间的响应关系。结果表明：① 1986年至小浪底水库运行前，游荡段淤积严重，主槽萎缩，河道过流能力急剧下降，自小浪底水库运行后，游荡段发生强烈冲刷，其断面持续趋向窄深，过流能力逐年恢复；②建立了断面和河段平滩流量与水沙条件及河相系数的幂函数关系，二者相关系数均在0.5以上，但河段尺度相比于断面尺度的相关系数至少可提高17%；③河段平滩流量与前5年汛期平均水流冲刷强度及河相系数的相关系数接近0.94，相应计算公式能较好地反映平滩流量的变化过程，为分析其他河段平滩流量的变化提供了参考方法。     

小浪底水库“腾库迎洪”期异重流形成分析

小浪底水库异重流的形成与运行规律是关系黄河调水调沙方案拟定的重要指标。基于现场调研、理论探讨与预测分析结合等手段,明晰了2018年"腾库迎洪"期小浪底水库来水来沙过程,根据水库调度与库区淤积形态等边界条件,观测了异重流的形成与运行,采用基于流速分布的水库异重流潜入点预测公式进行了计算分析。结果表明:2018年7月库区产生的剧烈冲刷,在潜入点处发生大量淤积,水深大幅减小,引起潜入点下移;潜入点位置随入库水沙增大、坝前水位降低及库区淤积的推进向坝前移动,计算与实测结果反映了该变化过程。     

小浪底水库“腾库迎洪”期异重流形成分析

小浪底水库异重流的形成与运行规律是关系黄河调水调沙方案拟定的重要指标。基于现场调研、理论探讨与预测分析结合等手段,明晰了2018年"腾库迎洪"期小浪底水库来水来沙过程,根据水库调度与库区淤积形态等边界条件,观测了异重流的形成与运行,采用基于流速分布的水库异重流潜入点预测公式进行了计算分析。结果表明:2018年7月库区产生的剧烈冲刷,在潜入点处发生大量淤积,水深大幅减小,引起潜入点下移;潜入点位置随入库水沙增大、坝前水位降低及库区淤积的推进向坝前移动,计算与实测结果反映了该变化过程。     

青海共和贵德两盆地间上新世黄河古河道的发现——兼论龙羊峡形成与“共和运动”

共和盆地与贵德盆地位于黄河源头和上游的接合部位,是青藏高原东北缘两个由巨厚的晚新生代沉积所充填的中型断陷盆地。而作为划分黄河源头与上游分界线并分隔共和与贵德两盆地的龙羊峡,则为一长近40km、最深逾700 m的基岩大峡谷。由于共和盆地大部由厚层的河湖相新近纪曲沟组与含早、中更新世哺乳动物化石的共和组及覆于其上的河流相砾石层所组成,且后期形成的多级黄河阶地被14C、热释光(TL)、光释光(OSL)、电子自旋共振(ESR)等方法测得其年龄数据多为0.15～0.1Ma以来,因而人们多将黄河贯穿共和盆地、形成龙羊峡谷和黄河源头段,归因于10到15万年前的地壳运动所引起的溯源侵蚀,并命名为"共和运动"。然而,作者在龙羊峡段黄河之北,发现了一条由厚逾200 m、主要由分选与磨圆良好、砾石成分复杂的大型河床相砾石层夹少量砂层与顶部河漫滩相砂层所组成的古河道,自共和古湖东北端的尕海以东,经多隆沟,并横穿曲乃亥盆地,流向贵德盆地。作者将这条古河道命名为古多隆河。其上段夹于青海南山与瓦里关山之间,河谷狭窄,只有2km或稍宽。该古黄河砾石层与砂层或称曲乃亥组,其顶面在曲乃亥地区高达海拔3150 m,已高出附近龙羊峡段黄河河面约768 m。而位于龙羊峡南岸、最高可达海拔3108 m的黄河阶地T21顶面,只高出附近黄河河面不到718 m。显然,后者是由于共和与贵德两盆地随地壳下沉而湖底与湖面上升至接近和达到其最高堆积位置时——共和古湖所能达到的最高湖面,约为现今海拔(3160±10)m,共和古湖的湖水在现今龙羊峡所在的最高基岩谷肩处向东溢出,从而在瓦里关山南侧的低洼处所产生的一条新河道——龙羊峡段黄河所堆积。由于龙羊峡直接沟通共和与贵德两盆地,其距离要比迂回瓦里关山之北的古多隆河近得多,故按照地貌学的河流"截弯取直"原理及来自青海南山和拉脊山南麓洪积物的堆积,其北的古多隆河必然被堰塞、淹没并最后废弃。随着青藏高原及其东北部地壳运动性质由总体上升但存在若干断陷盆地转为整体隆升仅极少数盆地继续断陷,黄河水系因之下切,龙羊峡的基岩峡谷及共和贵德两堆积盆地持续至今的切割由之形成,完全不必用"共和运动"及其所引起的溯源侵蚀来加以解释。根据曲乃亥剖面曲乃亥组古河道砾石层与砂层及各相关地层砂质样品的石英热活化ESR法测年结果,该古河道发育于(3.79±0.34) Ma与(2.95±0.25) Ma之间的上新世中晚期。曲乃亥组古黄河砾石层下伏的河流相浅砖红色砂砾石互层,其顶部样品的年龄为(4.49±0.38)Ma,也应是早、中上新世古黄河——早期古多隆河所堆积。覆于古河道砾石层之上的巴卡台组洪积砾石层则堆积于(2.95±0.25) Ma与(2.63±0.23) Ma之间的上新世末期。位于龙羊峡南岸的最高黄河阶地T21,其年龄为(2.47±0.22) Ma的早更新世初。二塔拉(T19)及铁盖乡剖面T18至T7(T6以下已被龙羊峡水库所淹没)的年龄为(2.36±0.20)Ma以来的第四纪,表明龙羊峡的切割发生于整个第四纪时期,与前人用其它方法所获得的测年结果明显不同。这些地层与地质事件因测年方法的不同所导致的年龄差异及与哺乳动物化石鉴定结果的矛盾,值得深入探讨和今后进一步研究。     

黄河内蒙古河段河道冲淤演变与凌情响应机制

黄河上游内蒙古冲积性河道凌汛问题突出,研究河道冲淤演变与凌情响应机制可为该河段防凌减灾提供技术支持。根据内蒙古河段凌情、河道冲淤演变资料,分析凌情变化表征指标及与之密切相关的河道冲淤演变特征指标,研究河道冲淤演变特征指标与凌情变化表征指标的响应关系。结果表明:河道冲淤演变的特征指标平滩流量与凌情表征指标冰下过流能力、槽蓄水增量关系密切,冰下过流能力为平滩流量的1/5左右,随着平滩流量减小而减小,而槽蓄水增量随着平滩流量的减小而增大,有利内蒙古河段防凌的平滩流量宜不小于2 000 m3/s,槽蓄水增量宜不超过14亿m3。本研究成果可为内蒙古河段冰凌灾害防治提供参考。     

黄河下游漫滩高含沙洪水滩槽界定及泥沙时空沉积特性

黄河下游漫滩高含沙洪水河床调整剧烈,多数断面洪水后形成"相对窄深河槽",洪水前后河槽宽度发生明显变化。分别以观测断面洪水前后的河槽宽度为基准,计算漫滩高含沙洪水期泥沙时空沉积分布,结果表明,漫滩高含沙洪水与非漫滩高含沙洪水相比,能将主河槽内淤积泥沙量的59.3%搬运至嫩滩或滩地,减缓主河槽淤积。在分析研究基础上,建立了洪水后漫滩河段河槽相对缩窄率与洪水前期河槽宽度的量化关系,洪水后主槽宽度缩窄率为15.5%~44.0%;分析遴选了漫滩高含沙洪水滩地淤积量与主要水力因子间关联度及物理含义,给出了漫滩高含沙洪水滩地淤积量与相应水力因子间的响应函数;初步提出漫滩洪水河道塑槽淤滩的临界水沙配置指标,临界水沙系数取值为0.025~0.040。成果对高含沙洪水调控具有一定的指导意义。     

黄河中游汛期水沙联合分布模型及其应用

为在宏观上对黄河中游水沙运动的变化规律从随机过程的角度予以揭示,以黄河中游潼关水文站1952-1998年期间流量超过6 000m3/s的次洪过程中的洪峰流量和相应的沙峰含沙量系列为基础,运用Copula函数方法构建了黄河中游汛期水沙联合分布模型并对其应用进行了探讨.结果表明:在水沙丰枯同步频率中,同丰的频率略大于同枯的...     

水位遥测系统在黄河调水调沙工作中的应用与研究

济南黄河水位遥测系统是一套适用于黄河水沙特性的自动测报系统,可监测济南河段纵向水位的变化.本文介绍了在历城区局中心接受站可随时查阅上到王窑下至刘家园约90km的济南河段范围内7处遥测站水位信息,并阐述了采用水位遥测系统的优点.     

银川盆地东缘黄河断裂展布特征新认识

作为宁夏北部重要的区域性断裂之一,黄河断裂控制了银川新生代断陷盆地形成与演化,是研究银川平原地震活动及地热资源富集规律不可避免的关键点之一。目前,专项针对黄河断裂的研究较少,以地表调查为主,局部地区开展了浅层地球物理勘探。本文以地质露头资料为线索,基于区域1:20万重力资料,利用小波分界、斜导数等地球物理数据处理技术,清晰刻画出黄河断裂具有“雁行式平面展布特征,据此将断裂划分为灵武段、临河段、月牙湖段与礼和段4个亚段;临河段与灵武段的CSAMT资料揭示黄河主断裂及其次级断裂由东向西呈逐级下掉的“阶梯状,具有明显的“分级特征。黄河主断裂下切深度直抵上地壳,剖面上与次级规模断裂组合形态呈现典型的“扫帚状,各条断裂“上陡、中缓、下陡的“座椅式空间赋存形态明显。与已有研究成果对比发现,二者之间存在展布特征、展布位置、展布关系3方面的差异。     

黄河下游断流对沿岸地下水形成与开发的影响

黄河下游河段断流对沿黄地区生态环境影响严重。以1999年为基准年,利用黄河下游侧渗补给影响带地下水系统模拟模型研究了黄河断流对黄河侧渗量及地下水循环的影响。花园口-河口断流300d,黄河侧渗量减少53.8%。夹河滩-河口全年断流,黄河侧渗量减少75.2%;断流300d,黄河侧渗量减少46.3%。泺口-河口全年断流,黄河侧渗量减少25.1%;断流300d,黄河侧渗量减少19.8%。利津-河口全年断流,黄河侧渗量减少4.7%。断流对黄河侧渗补给影响带地下水流场的形态影响较小,浅层地下水系统边界的水力性质没有改变。断流对黄河下游傍河水源地开采动态水位影响较大,但宏观上对侧渗补给影响带地下水资源不会产生较大影响。     

基于水库群预报调度的黄河流域干旱应对系统

为有效应对日益严重的流域干旱问题,有必要开展面向干旱全过程的黄河流域干旱应对系统研究。基于干旱演变过程设计了干旱指数,通过天气预报模型、回归分析等进行干旱、需水与径流预报;设置多年调节水库旱限水位,实现水资源年际补偿;识别洪水和泥沙分期特征,采用分期汛限水位增加洪水资源利用量;建立了梯级水库群协同优化调度模型,调配抗旱水源。算例结果显示:黄河流域干旱应对系统能够平衡年际间的干旱损失以避免重度破坏,与实际情况相比,在重旱的2014年增加抗旱水源22.40亿m^3。建立的干旱应对系统已应用于黄河流域抗旱实践,提升了流域应对干旱的水资源调控能力。