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。     

黄河内蒙古段淤积泥沙洪水冲刷效应

为了探讨黄河内蒙古段淤积泥沙的洪水冲刷效应,于2012年对其三湖河口水文站河道监测断面汛期（7-10月）流量、悬移质泥沙含量以及洪水期间（2012年8月20日-2012年10月1日）悬移质泥沙含量、粒度百分含量的垂直变化特征与流量的关系进行了统计和分析。结果表明：（1）该次洪水具有峰高量大、洪峰过程在河段内持续时间长、洪水起涨和消退缓慢、峰形矮胖的特点;（2）洪水过程中,小于0.05 mm的细颗粒泥沙在2 000 m³·s^-1左右的流量下就能输移通过,在2 000～2 400 m³·s^-1时输沙强度最大,对河道淤积泥沙可以达到输沙最优的效果;而粒径大于0.05 mm的泥沙输移的效果不好。     

黄河上游内蒙古河段平滩流量对人类活动和气候变化的响应

冲积河流平滩流量既反映了河道尺度上的水文-地貌耦合关系,又与流域因素密切相关。从这一概念出发,以黄河上游内蒙古河段为例,研究了平滩流量的变化,并在流域层面与河道层面上对其成因进行了研究。结果表明：上游水库调节改变了出库流量过程,使汛期流量大幅度减小,泄流过程均匀化,因而平滩流量减小。在龙羊峡水库修建后洪水流量减小导致漫滩机遇降低的情形下,泥沙淤在主槽内,也是平滩流量减小的重要原因。泥沙冲淤对于平滩流量的影响存在着某种累积或滞后效应,巴彦高勒平滩流量Q_bf,BY不仅与当年的冲淤量有关,还与以前冲淤量有关,前4 a平均淤积量对平滩流量的影响最大。建立了平滩流量与前4 a累计淤积量、年均流量、年最大日流量的多元回归方程,该方程表明平滩流量既与当年的流量特征相联系,也与一定时间尺度上河道冲淤造成的后果相联系,反映了某种水文地貌耦合关系。研究还表明,存在着以下因果关系链：龙羊峡水库修建→汛期来沙系数增大→河道淤积加强→平滩流量减小。因此,通过改变龙羊峡水库的运用方式,增大汛期下泄流量,可以减小河道淤积、增大平滩流量,从而增大下泄洪水的能力,降低凌汛期间的防洪压力。平滩流量的变化是流域因素变化的结果,所建立的多元回归方程表明,在50 a的时间尺度上,暖干化指标的增大、引水率的增大、水库总库容的增大和天然径流系数的减小,是黄河上游平滩流量减小的原因。     

北部湾钦江响应极端天气的水沙变化过程

文章基于近60年来的钦江水沙数据,通过变差系数和贡献率计算法分析钦江在极端天气下的水沙变化。结果表明：1)热带气旋年正常天气的平均流量为32 m³/s,热带气旋过境的平均流量为290 m³/s,是正常天气的9.06倍;热带气旋年的正常天气的平均输沙量是0.05×10⁴ t,热带气旋过境期间的平均输沙量为1.15×10⁴ t,是正常天气期间的23倍。2)洪水年正常天气的平均流量在375 m³/s,而洪水期平均流量在2 725 m³/s左右,是正常天气平均流量的7.27倍。洪水年的正常天气的平均输沙量为0.07×10⁴ t,而洪水期的平均输沙量为1.14×10⁴ t,是正常天气输沙量的16.28倍。3)热带气旋对钦江的径流量平均多年贡献率为10.75%,输沙量贡献率为20.95%;洪水对钦江的径流量平均多年贡献率为16.75%,输沙量贡献率为30.07%。极端天气对钦江的水沙变化具有重要贡献,极端天气发生期间钦江具有...     

黑河干流正义峡-狼心山段河道渗漏量计算及模拟

综合考虑来水条件和渗漏容量,利用平均水面宽度与渗漏率的乘积求得单位长度渗漏量,采用水面宽度的变化表征渗漏面随水流起伏变化,建立了黑河正义峡-狼心山段河道渗漏模型,模拟了2005-2013年河段渗漏量变化;并以此建立了河道前期过水和未过水条件下正义峡流量和正义峡-狼心山段渗漏量之间的关系。结果表明：（1）强烈渗漏条件下天然河道水流演进模型对正义峡-狼心山段渗漏模拟效果较好,总体误差小于5%;（2）模型模拟的2005-2013年年均渗漏量为2.69×10⁸ m³,与以水量平衡计算的年均2.84×10⁸ m³大致相当,绝对误差为0.15×10⁸ m³,表明模型模拟的结果较好;（3）正义峡流量和正义峡-狼心山段河道渗漏量呈显著的指数关系,实际调度工作中,可利用该模型计算渗漏量并预测下游的来水过程。     

黄河中游马莲河历史与现代洪痕沉积与水文学研究

通过对马莲河流域深入调查研究,在马莲河下游峡谷峭壁发现了一组4个显著的洪痕。洪痕沉积物分析看出,马莲河洪水悬移质泥沙以粉沙为主,粘粒和沙粒含量都较低,磁化率值也很低。将这些数据与流域内马家原剖面黄土土壤的的分析结果对比,可知马莲河现代洪痕沉积物是暴雨洪水对于流域内黄土和土壤侵蚀、搬运沉积形成。采用面积－比降法对该组洪痕所记录的4次洪水事件进行了洪峰流量恢复计算。表明高于常水位3.3 m、5.5 m、6.7 m洪痕洪峰流量分别为1 170m³/s、4 060 m³/s、5 690 m³/s。它们与雨落坪水文站观测2005、2003、1977年的洪水洪峰流量值相当,误差小于5 %。最高洪痕高出常水位10～12 m,计算恢复其洪峰流量为13 980 m³/s,洪水发生年代为1841年（清代道光21年）。这些研究结果对于马莲河流域的防洪减灾、水利水电工程设计和水土流失防治具有重要科学意义。     

洞庭湖环境系统变化对水文情势的响应

为全面揭示洞庭湖近数十年的水情异常与成因,将湖区视作一个大系统来研究。经水位~流量关系等多种方法研究表明：(1)入湖四水尾闾同水位流量减少1 200~2 800 m³/s,同流量水位抬高0.49~1.28 m;(2) 荆江三口分水比减少19.2%,分沙比减少25.1%;(3) 澧水、松滋、南洞庭湖等主洪道的水位流量关系均发生了较大变化;(4) 天然调蓄能力下降40%,湖口同流量水位抬高1.80~2.50 m;(5) 7~8月湖垸关系常处于危急状态。其主要原因是泥沙淤积恶性循环,导致了湖泊环境系统功能的变化,而由下荆江3处裁弯所引起的江湖水沙调整则加速了其变化过程。这些变化过程对水情的复合响应是：入湖水沙呈逐渐减少趋势变化,洪水位普遍抬高1.50~1.80 m,湖口有时出现江水倒流,洪水涨率增大,高洪水位持续时间长等异常水文现象,且给湖区造成了巨大的洪水压力。     

沙漠沟谷暴雨洪水侵蚀产沙特征

在半干旱区的季节性沙漠沟谷,暴雨引发的洪水过程侵蚀产沙强度大,水土流失严重,对区域及下游河道生态造成严重威胁。以毛布拉孔兑的支沟苏达尔沟为研究对象,以苏达尔沟2011—2015年6次暴雨洪水事件的观测数据为基础,分析洪水流量、泥沙浓度及地表沉积物粒度特征,给出暴雨洪水侵蚀产沙输沙特征。结果表明:观测期间暴雨洪水侵蚀产沙量平均每次约37.69×10~4t,产沙模数为0.57×10~4t·km^-2;其中最大的洪水事件130721号暴雨洪水过程侵蚀产沙量高达90.47×10~4t,产沙模数达1.36×10~4t·km^-2。流域总侵蚀产沙以0.25～0.063 mm泥沙为主,约占总侵蚀量74%。洪水总侵蚀产沙量随暴雨产流强度增强而增加,同时下游沙漠沙地段产沙贡献比重也随之增加,风沙贡献也相应增大。坡面侵蚀约占暴雨洪水总侵蚀的4.37%,且主要集中在上游砒砂岩坡面。     

黄河干流龙门至三门峡间泥沙沉积汇的研究

龙门-三门峡河段是黄河干流3大沉积汇之一.运用泥沙收支平衡方法,基于1920-2006年间长系列实测水沙资料,研究了这一沉积汇的存贮、释放和泥沙输移过程及其变化.研究表明.87年尺度上,龙门-三门峡沉积汇泥沙存贮量的变化可以划分为4个阶段:(1)1920-1959年,处于"准自然"状况下,泥沙存贮量缓慢增加:(2)1960-1967年,由于三门峡水库拦沙,导致泥沙存贮快速增加;(3)1968-1985年,三门峡水库先后经历"滞洪排沙"和"蓄清排浑"运用阶段,泥沙的存贮与释放接近于平衡;(4)1986-2006年,人类大量引水,在来沙量减小的情况下,泥沙存贮量增加.在年内,龙门-三门峡间泥沙沉积汇表现出泥沙的存贮-释放过程的交替,7月至8月主汛期,表现为泥沙存贮;9月至次年5月,泥沙存贮量为负值,表现为泥沙释放.公元155年至2006年的1800余年间,龙门-潼关沉积汇的沉积速率经历了一个由加速到减慢的旋回,其形成原因可以用人类活动方式与强度的变化来解释.在三门峡水库修建前的"准自然"时期,泥沙的存贮量和排沙比均与来水、来沙及其组合有密切的关系.总来沙量越大,含沙量越大,来沙系数越大,则泥沙存贮量越大而排沙比越小.     

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。     

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。     

渭河宝鸡市区段河床沉积物磁性特征分析

利用环境磁学的方法可以有效地示踪河流沉积物的物源,对渭河宝鸡市区段干流及其支流河床沉积物全面系统的磁学特征分析表明：渭河干流和支流沉积物的磁性矿物含量总体相对较高,磁性矿物类型主要以亚铁磁性矿物磁铁矿和磁赤铁矿为主,同时存在不完全反铁磁性矿物赤铁矿,磁晶粒以PSD（假单畴）和MD（多畴）颗粒为主。渭河干流沉积物的磁性特征在空间上表现出了一定的差异,根据χ_ARM/χ（非磁滞剩磁磁化率/磁化率）值的变化规律将渭河宝鸡市区段沉积物的来源分成了两段,第一段从宝鸡峡到神龙大桥,沉积物χ_ARM/χ 值逐渐减小,磁性颗粒逐渐变粗;第二段从神龙大桥到千河入渭口,沉积物χ_ARM/χ 值逐渐增大,沉积物的颗粒呈现出由粗变细的特征,指示了渭河宝鸡市区段河流沉积物存在一定的物源差异,渭河宝鸡市区段干流沉积物的物质来源主要以上游携带为主导,从神龙大桥向下游,支流对河床沉积物具有一定的贡献,北岸比南岸流域贡献的物质相对较多。     

黄河上游内蒙古段河床演变及其与水沙变化的关系

对黄河内蒙古段河道大断面进行了连续4 a的测量,分析了断面泥沙冲淤与形态调整的变化过程;通过对河床形态指标变化与水沙条件的相关分析,揭示了河床调整主要的影响因素。结果显示：近4 a内不存在河槽萎缩的现象,整个河段河道存在总的冲刷降低的趋势,继承了自2004年以来该段河道以深度加大为主,河槽逐渐缓慢扩大的变化方向。整个河段平均从2011年汛后至2014年汛后,全断面冲刷了64 m²,河槽河底降低了0.16 m,河槽断面面积增加了4.4%,平均深度增加了4.9%,河槽宽度只增加了0.88%,河槽宽深比减小了4.8%。河槽冲刷和形态调整主要发生在2011年汛后至2012年汛后期间,与2012年较大的洪峰有关。分析河槽冲淤和断面形态变化与水沙条件的关系,结果显示滩唇高度、河槽过水面积、平均深度及宽深比变率与流量大小关系密切。滩唇高度、河槽过水面积、平均深度随着流量的增大而增加,宽深比随着流量的增大而减小。相反,河床断面面积和主槽宽度的变化与水沙条件的关系不显著。除了滩唇高度与平均含沙量有关外,平均含沙量和来沙系数与河床冲淤以及河槽形态变化之间关系都不显著。揭示出近年来内蒙河道主槽以垂向冲淤为主,并且流量变化控制着河槽冲淤与形态调整过程。     

渭河与泾河流域水沙变化规律及其差异性分析

依据渭河和泾河流域1956—2016年实测水文资料、水利水保统计数据、TerraClimate年平均温度和Landsat地表反射率数据集,分析了流域水文要素、气温及植被覆盖度的历年变化规律,采用双累积值曲线法、累积距平法、有序聚类法、Lee-Heghinan法、秩和检验法等数理统计方法,确定了流域年径流量和年输沙量变化...     

黄河下游游荡段河床调整对于水沙组合的复杂响应

以黄河资料为基础,提示地包括非高含沙水流和高含沙水流在内的河道挟不流的复杂冲淤行为。由于这种复杂冲淤行为的作用和高含沙水流特殊能耗特征的影响,使得河床横断面形态及平面形态对于水沙组合的响应出现非线性特征,这可视为流水地貌系统复杂响应的又一表现形式。这种复杂响应不能用Ｓｃｈｕｍｍ的河床调整来解释,因而需要对这一理论作必要的修正。     

淮河上游卢庄段全新世古洪水水文恢复研究

通过沿淮河上游野外考察,在毛集河口卢庄找到了一典型全新世古洪水滞流沉积物剖面,进行了系统采样和沉积学粒度分析及水文学恢复的研究工作。粒度分析表明,古洪水滞流沉积物（SWD）与上下层黄土-古土壤区别明显,粒度参数Q型聚类层次分明,其粒级组分以砂质为主,而黄土古土壤粒度以粗粉砂为主,SWD其粒度分形维数明显偏低,各沉积单元粒级组分端元特征明显,通过粒度特征能够很好地鉴别古洪水滞流沉积物层。水文学研究结果表明,自8 500 a以来,在淮和上游至少发生了6次特大洪水,根据各层SWD的厚度和产状关系推求出了其最大可能的洪峰水位,高于水平位10.03~14.36 m之间,据滞流回水环境状态下淮河河道相应的洪峰水位,采用恒定均匀流比降-面积法求得各期洪峰流量介于7 062.18~16 040.94 m³·s^-1之间。研究结果对古洪水滞流沉积物鉴别和古洪水洪峰水位的恢复提供新的思路和方法,同时有效地延长了淮河上游洪水数据序列,可为淮河上游卢庄段全新世时间尺度上洪水流量-频率关系的建立提供参考数据。这对于淮河上游水利水电工程洪水设计和洪水资源化开发管理具有重要的现实意义。     

无定河下游全新世古洪水研究

对无定河流域野外考察,在其下游苏家圪坨（SJGT）地点发现夹有古洪水滞流沉积物（SWD）的全新世剖面。古洪水SWD厚度30 cm,具有平行微薄层理特征,且直接覆盖在东汉文化层之上。室内分析结果表明古洪水SWD有着与2012年洪水SWD相似的沉积学特征,以粗粉沙为主,分选良好,磁化率和烧失量较小,说明它记录了一次无定河下游的大洪水事件。文化层光释光（OSL）测年结果显示该次古洪水事件发生在1 900~1 700 a BP。古洪水洪峰水位和洪峰流量分别为765.9 m和10 530 m³·s^-1。同时利用2012年洪水洪痕水位验证,在同一断面用相同参数恢复洪峰流量为1 030 m³·s^-1,实测洪峰流量为1 000 m³·s^-1,误差为3.09%,说明古洪水洪峰流量恢复结果合理可靠。研究结果延长了无定河下游洪水数据序列,对水资源、水能源的开发利用提供了科学依据。     

特枯水情对长江中下游悬浮泥沙的影响

基于长江中下游气象资料、历史水沙资料和2006 年10 月现场水沙观测资料, 分析了 典型枯水年大通站的月均径流量和输沙率特征、2006 年特枯水情产生的气候背景以及对长江中下游含沙量和悬沙粒径产生的影响。分析表明, 枯水年长江干流输沙量有显著的减少, 2006 年特枯水情下大通站汛期输沙量仅占多年平均值(1985-2000 年) 的19.8%。在特枯水情 和三峡工程蓄水的背景下, 2006 年10 月长江中下游含沙量平均为0.057 kg/m³, 只占 2003-2005 年10 月平均值的20.6%。2006 年10 月长江中下游悬沙中值粒径平均为4.8 µm, 悬沙中值粒径只占多年平均值的26.3%, 占近期平均值的41.8%。含沙量、悬沙粒度和中游 河床冲淤特性的综合分析表明, 城陵矶-湖口河段水沙垂向交换强, 是三峡兴建以后近期河 道调整频繁的河段。洞庭湖和鄱阳湖对长江干流含沙量的贡献较大, 尤以鄱阳湖的贡献最大, 长江中下游其他支流对长江干流含沙量的贡献较小。汉江和巢湖对长江中下游悬沙粒径的影响相对较大, 而洞庭湖和鄱阳湖则对悬沙粒径的影响相对较小。     

三峡水库运行下洞庭湖盆冲淤过程响应与水沙调控阈值

以1951-2011 年洞庭湖区及荆江段干流主要控制站实测径流输沙量资料为依据,分析三峡水库不同蓄水阶段及不同调度方式下洞庭湖盆冲/淤响应,并提出上游来水来沙调控阈值。结果表明：① 荆南三（四）口流量与枝城站流量、荆南三（四）口输沙率存在极显著正相关（p < 0.0001）,决定系数r2分别为0.859 及0.895。② 与三峡水库蓄水运用前（1999-2002）相比,一、二期蓄水阶段及全面试验性蓄水阶段（2008.10-2011.12）洞庭湖盆年均冲淤量由+4796.4×10⁴ t 依次递减为+684.1×10⁴ t、+449.8×10⁴ t 及-559.6×10⁴ t,湖盆冲淤率由+70.25%分别降至+31.13%、+23.56%及-42.64%。③ 预泄调度及蓄水调度期,湖盆泥沙均由以淤积为主转变为以冲刷为主,防洪补偿调度期湖盆泥沙表现为淤积,而在补水调度运用期则表现为冲刷。④ 洞庭湖盆处于冲/淤临界平衡状态时的荆南三口平均流量、输沙率及含沙量分别为970.81 m³/s、466.82 kg/s 及0.481 kg/m³。并认为,为增强湖泊调蓄功能,必须进一步优化三峡水库调度方式,合理调控下泄水沙量。