黄河下游游荡河段河床演变对河道整治的响应

为预测黄河下游游荡性河道大规模整治后对河床演变的作用,基于河流动力学理论,通过物理模型试验的方法,以黄河下游游荡性河道典型河段为对象,研究了河床过程对河道整治的复杂响应关系。研究结果表明,河槽横断面形态的调整与人工边界约束程度、流量变差及含沙量变差有关;只要整治工程体系平面布设合理,整治工程量达到一定规模后,通过河道整治,可使河槽横断面形态趋于窄深方向发展,促使游荡型河道向限制性弯曲型河道转化,同时,河道泄洪输沙能力有所提高;河道整治后,不同河段的比降调整不会平行进行。     

长江荆江河道演变与崩岸关系分析

荆江位于长江中游的上段,因其流经荆州而得名.新中国成立后.护岸工程的实施,增强了荆江河岸抗冲能力.抑制了近岸河床的横向发展,但局部河势出现了一定程度的调整,有的河段河势变化剧烈,荆江河道崩岸仍然十分频繁.本文分析总结了荆江近期河道演变的特点;分析研究了河道演变过程中主流线的变化、河道冲刷对崩岸模式的影响.从而得出:主流线的变化、河道的冲刷变化可能诱发崩岸产生,崩岸如果得不到有效控制将会影响河势的发展.     

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。     

对黄河下游河道输沙能力的新认识

综述了10a来利用高含沙水流特性治理黄河下游河道的研究进展,其中包括黄河水沙变化趋势,高含沙洪水的输沙特性,阻力特性,河槽形态调整变化规律,河道特性与来水来沙之间的关系;改造下游宽浅河道的最优水沙组合,水库调水调沙运用原则,及治理前景等内容.如能实现,下游河道淤积可大幅度减少,输沙用水可大量节省,黄河水资源可得到充分利用,并能形成窄深稳定的新河槽.     

黄河下游不同河型河道的水沙效应及演变趋势分析

黄河下游沿程出现的辫状河流（游荡型河流）、弯曲河流（弯曲型河流）、顺直河流（顺直微弯型河流）的转化现象引人关注,并有不同方面的专门研究。本研究针对以往研究的不足,通过对不同河型段的水沙演变、断面形态对流量的响应、河道断面演变、河床沉积速率及能耗率特征等方面,系统分析了不同河型段河道的水沙效应。认为黄河下游沿程出现的三类河型是由河道比降小、河床质细、洪枯水交替、粗泥沙输入少及大堤限制等因素起主导作用。其中顺直河流的出现是人工大堤的胁迫性产物。随着近年来水沙的阶段性减小,顺直河流在大堤的挟持下得以维持;弯曲河段河道的侧向摆动依然、宽度略微变窄,河床加积速率最大,但不会导致整个下游河道比降发生明显变化;辫状河段能耗率相对较大,冲淤强烈,滩槽更替频繁,但随着流量的减小,其能耗率明显减小,其比邻弯曲河流段的河道会逐渐曲流化,表现为弯曲河段的适度上延,但延伸有限。各类治理措施中,以中上游修建水库和淤地坝是最有效的,可拦截大量粗泥沙,从而降低下游河床的加积速率,以延缓悬河的发展。当然,针对决口险情的大堤建设是必要的,但要与不同河型段的河道稳定性相适应。     

近30年黄河下游河道深泓线摆动特点

冲积河流深泓摆动具有复杂的时空变化特点,其摆动特点对于研究黄河下游河势变化及河床演变规律具有重要意义。以1986-2015年黄河下游91个淤积断面汛后实测地形资料为基础,计算下游断面及河段尺度的深泓摆动宽度及强度,分析近30年来黄河下游各河段的深泓摆动特点,并探讨游荡段深泓摆动强度的主要影响因素。结果表明:深泓摆动方向具有往复性,各断面深泓摆动宽度呈现上段大、中下段小的特点;小浪底水库运行后下游深泓摆动宽度大大降低,游荡段、过渡段和弯曲段年均深泓摆动宽度较水库运行前分别减小了47%、37%和41%;河床边界条件（滩槽高差、河床组成等）对游荡段深泓摆动强度有一定影响,但上游来水来沙条件是主要影响因素;建立了游荡段深泓摆动强度与该河段前4年平均水流冲刷强度的幂函数关系,并对经验公式进行了验证。     

科学开发利用黄河泥沙资源促进经济发展

1基本情况 1．1泥沙现状分析 黄河多年平均输沙量为14．7亿t,其中下游河道多年平均淤积量3．87亿t（高村-利津段1．84亿t）,下游段沿黄引水带去的泥沙量平均每年近亿吨,其余9亿多吨送入大海。泥沙的沉积和输送去向,是直接导致下游河床逐年抬高,河槽萎缩,河势游荡的主要因素,特别是花园口-东平湖段二级悬河的形势尤为严峻,从而加大了黄河防汛和沿黄两岸引水的成本。     

黄河调水调沙对下游河道的影响分析

2002年7月4日9时至7月15日9时黄河进行了首次调水调沙试验。2003年9月6日9时至9月18日18时30分结合防洪预泄又进行了第二次调水调沙试验。根据这两次黄河调水调沙试验成果,特别是首次调水调沙试验成果,对下游河道冲淤效果、河口拦门沙区泥沙冲淤量及其分布、河势调整、整治工程作用及河道过流能力变化进行了分析。分析结果表明,调水调沙不仅能够减少河道淤积,而且能够有效增大主槽的过流能力,改善下游河道排沙条件。所以,调水调沙是解决黄河泥沙问题的有效措施之一。     

水沙调节后荆江典型河道横向调整过程的响应——Ⅱ.上、下荆江调整差异初探

三峡水库2003年6月蓄水运用后,下游河道水沙过程已发生大幅变化,对于岸滩抗冲性较弱的荆江河道来说,河道的横向调整过程势必受到影响。采用考虑岸滩崩塌的河势研究数值模型,针对三峡水利枢纽工程运行所引发的水沙变异过程,初步探讨了荆江典型河道横向调整及河势变化对水沙条件变化的响应。对于下荆江石首河段来说,来沙减少后,冲刷加剧,局部河岸坍塌及平面变形加剧,主要发生在受弯道水流顶冲的位置,但河势演变趋势及平面变形总体上基本一致,并未发生较大变化。对于上荆江沙市—新厂河段来说,来沙量减小后,河道平面变形幅度总体上减小,局部最大减幅可达50%左右。     

水沙调节后荆江典型河道横向调整过程的响应——Ⅰ. 二、三维耦合模型的建立

三峡水库蓄水运用后,下游河道来水来沙条件均会发生改变,从而影响河道河势演变过程(包括垂向冲淤变化以及横向调整过程)。为解决长河道因岸滩崩塌引起的河势演变模拟问题,依据水位、流量及输沙量守恒和河床及河岸变形连续等条件,提出虚拟断面连接法构建了考虑岸滩崩塌的二、三维嵌套河势研究数值模型。采用1996年10月~1998年10月沙市至新厂河段实测资料对模型进行了验证,模拟结果与实测结果吻合较好,从而为定量研究水沙条件变化对荆江河道横向调整过程的影响提供了技术支撑。     

基于能量耗散关系的黄河内蒙段河床形态调整分析

从河流能量耗散角度研究河床形态调整规律,引入河流功与纵、横向能坡等指标,对50年实测资料进行了研究。黄河内蒙河段受上游水库影响,出现如漫滩洪水减小等水沙过程变化,导致河床宽深比增大,平面活动性增强。在河床形态调整过程中,受水库运用影响的来沙系数与河相系数之间、主槽摆动速率与水沙特征值之间均存在密切联系。分析该河段断面形态变化、平面摆动特性与能量耗散的关系表明:反映河流功的径流量及其过程对河槽过流面积的塑造有直接影响;径流因子与河床形态因子间的相关性受河流能量耗散结构的制约;在研究河段,与来沙系数S/Q有关的河流总功率跟与河段平面摆动速率、月径流离差系数有关的能量分配耗散组合,在不同时期总保持近似制衡关系。     

人类活动影响下的干旱区河流地貌演变——以塔里木河为例

全球范围内干旱区河流正日益受到高强度人类活动的扰动,但较少研究报道这种扰动对河流地貌过程的影响。采用历史文献、水文数据和遥感影像相结合的方式,详细分析了人类活动影响下中国最大内陆河塔里木河（简称塔河）的河流地貌变化过程。结果表明:塔河流域人类活动的规模和强度日趋上升,对河流水沙过程和地貌形态等影响显著。近50年来,塔河干流低流量过程发生频率呈显著上升趋势,而中、高流量过程则呈降低趋势,河道径流和输沙量减少显著。塔河干流上游现为游荡河道,冲淤变化剧烈且总体处于淤积抬升状态, 但河道平均河宽呈减小趋势,可能是因为塔河两岸冲积平原的开垦和河岸加固。塔河中游弯曲河道蜿蜒系数在近几十年呈缓慢上升趋势,但明显低于废弃古河道。     

黄河下游河型的特性及成因探讨

黄河下游具有辫状河流、弯曲河流和微弯顺直河流3种河型，从横断面上可见，辫状河段的河道变化最频繁且最不稳定，微弯顺直河段最稳定；而弯曲河段明显向上游延伸，随着输沙量在各河段的阶段性变化，冲淤 状况在各河段也表现出阶段性，但加积升高是各河段发展的总趋势，从河相关系可见，弯曲河段和微弯顺直河段基本相似，但和辫状河段有着本质的区别。辫状河段的演变主要受到中上游来水来沙等自然因素的综合影响，但其更大范围的摆动仍然受到人为作用的影响；弯曲河段是河流自动调整的必然结果，两岸河堤对它的形成及向上游的延伸具有促进作用，但对它侧向迁移的特性具有较大的限制作用；而微弯顺直河段是人力强迫下河流局部调整的产物。     

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。     

黄河下游窄河段挖河固堤启动工程减淤效果研究

根据1997年实施的黄河下游窄河段挖河固堤启动工程的观测资料,分析了挖河对河道冲淤变化及水面线调整的影响。研究表明,在一定的时段和一定河段内,挖河对于减少河道淤积及降低洪水位都有较好效果。对挖沙减淤效果的基本概念也作了讨论。     

大型水利水电工程对下游冲积性河道的影响分析

依据冲积河流的自动调整原理,研究了大型水利水电工程的运用对黄河内蒙河段的影响,分析了近期河性改变的原因以及河床调整的自由度与河流体系能量分配、耗散间的制约关系,并从协调河流与人类活动关系的角度,对冲积河流上游大型水库的运用提出了建议.     

黄河宁蒙河段凌情特性研究

统计分析了黄河宁蒙河段1950-2004年流凌、封河、开河日期特征值,并对河道最大槽蓄水增量作了初步分析。研究表明宁蒙河段开河时一般从上游向下游解冻,河槽蓄水量沿程不断释放并加入,使开河时凌峰流量沿程增大;凌情的发生、发展及消失演变的过程,主要取决于河道形态(地理位置、走向及边界特征)、水文条件和气象条件以及人类活动等因素;水库的运用对凌情的演变有重要影响。     

黄河下游花园口-夹河滩河段二维洪水模拟

黄河下游花园口至夹河滩河段系典型的游荡型河段.在该河段,黄河大堤内范围宽广,一般洪水频率年份,水流主要限制在主槽内,因此大堤内分布有不少居民点以及纵横交错的保护居民点的生产堤和不少高于地面的灌溉渠堤和公路,使洪水行洪范围受到了很大的限制.当洪峰流量很大时,洪水将造成生产堤溃决,极大地危害滩区居民的生活.因此,设计模拟模型计算网格时需要考虑大堤、生产堤、明显高于地面的道路等阻水建筑物的影响,使这些堤及公路成为计算格网的边.不规则四边形网格能够很好地拟合黄河这种复杂的计算域.数值模拟时采用有限体积法,为确保通量的单向性,文中使用Osher格式计算通量.通过对1982年洪水的模拟,模拟结果表明了模型的合理性.     

基于卫星影像建立曲流河地质知识库及应用

曲流河储层在国内各大油田中占有较大比例,建立曲流河地质知识库,对储层进行精细研究十分重要。采用GoogleEarth软件观测曲流河特征,建立6种发育模式;测量曲流河河道参数数据,分析统计参数间的相关关系。通过观测,将曲流河发育模式划分为单一河道低弯曲度小边滩发育型、单一河道高弯曲度大边滩发育型、简单河道低弯曲度小边滩发育型、 简单河道高弯曲度大边滩发育型、多河道低弯曲度小边滩发育型、多河道高弯曲度大边滩发育型6种类型。对曲流河参数数据进行统计分析,发现曲流河河道宽度与点坝长度、河道宽度与单一曲流带宽度 、点坝长度与点坝宽度间均具有较好的正相关关系。按曲率为1.1~1.5、1.5~2.5、2.5~4.5统计分析,参数间的正相关性高于所有数据参数分析结果。为此,建立了曲流河的定性模式和不同曲率下 曲流河的定量模式。研究结果可为地下曲流河储层研究提供相应模式和定量化指导。