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Numerical simulations of flow and sediment transport within the Ning-Meng reach of the Yellow River,northern China

Journal of Arid Land 2017年第4期9卷 591-608页

作者： DOU Shentang YU Xin DU Heqiang zhang fangxiu Yellow River Institute of Hydraulic Research Yellow River Conservancy CommissionZhengzhou 450003China Northwest Institute of Eco-Environment and Resources Chinese Academy of SciencesLanzhou 730000China

Effective management of a river reach requires a sound understanding of flow and sediment transport generated by varying natural and artificial runoff conditions. Flow and sediment transport within the Ning-Meng reach of the Yellow River（NMRYR）, northern China are controlled by a complex set of factors/processes, mainly including four sets of factors：（1） aeolian sediments from deserts bordering the main stream;（2） inflow of water and sediment from numerous tributaries;（3） impoundment of water by reservoir/hydro-junction; and（4） complex diversion and return of irrigation water. In this study, the 1-D flow ＆ sediment transport model developed by the Yellow River Institute of Hydraulic Research was used to simulate the flow and sediment transport within the NMRYR from 2001 to 2012. All four sets of factors that primarily control the flow and sediment transport mentioned above were considered in this model. Compared to the measured data collected from the hydrological stations along the NMRYR, the simulated flow and sediment transport values were generally acceptable, with relative mean deviation between measured and simulated values of 〈15%. However, simulated sediment concentration and siltation values within two sub-reaches（i.e., Qingtongxia Reservoir to Bayan Gol Hydrological Station and Bayan Gol Hydrological Station to Toudaoguai Hydrological Station） for some periods exhibited relatively large errors（the relative mean deviations between measured and simulated values of 18% and 25%, respectively）. These errors are presumably related to the inability to accurately determine the quantity of aeolian sediment influx to the river reach and the inflow of water from the ten ephemeral tributaries. This study may provide some valuable insights into the numerical simulations of flow and sediment transport in large watersheds and also provide a useful model for the effective management of the NMRYR.

关键词： numerical simulation flow and sediment transport 1-D flow & sediment model Yellow River

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Nitrogen and Phosphorus Pollutants Removal from Rice Field Drainage with Ecological Agriculture Ditch: A Field Case

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Phyton-International Journal of Experimental Botany 2022年第12期91卷 2827-2841页

作者： Lina Chen Wenshuo zhang Junyi Tan Xiaohou Shao Yaliu Qiu fangxiu zhang Xiang zhang College of Agricultural Engineering Hohai UniversityNanjing210098China Key Laboratory of Lower Yellow River Channel and Estuary Regulation Ministry of Water ResourcesZhengzhou450003China Key Laboratory of Integrated Regulation and Resource Development on Shallow Lake of Ministry of Education College of EnvironmentHohai UniversityNanjing210098China College of Environment Hohai UniversityNanjing210098China Jiangsu Engineering Consulting Center Nanjing210000China Yellow River Institute of Hydraulic Research Zhengzhou450003China Gaochun Water Resources Management Center Nanjing211300China

Excessive nitrogen and phosphorus in agricultural drainage can cause a series of water environmental problems such as eutrophication of water bodies and non-point source *** monitoring the water purification effect of a paddy ditch wetland in Gaochun,Nanjing,Jiangsu Province,we investigated the spatial and temporal distribution patterns of N and P pollutants in paddy drains during the whole reproductive period of ***,the dynamic changes of nitrogen and phosphorus in time and space during the two processes of rainfall after basal fertilization and topdressing were analyzed after *** last,the effect of the ditch wetland on nutrient purification and treatment mechanism,along with changing flow and concentration in paddy drains,was *** results of this study showed that the concentrations of various nitrogen and phosphorus in the ditch basically reached the peak on the second and third days after the rainfall(5.98 mg/L for TN and 0.21 mg/L for TP),which provided a response time for effective control of nitrogen and phosphorus *** drainage can be purified by the ecological ditch,about 89.61%,89.03%,89.61%,98.14%,and 79.05%of TN,NH4+-N,NO3−-N,NO2−-N,and TP *** is more effective than natural ditches for water purification with 80.59%,40%,12.07%,91.06%and 18.42%removal rates,*** results of the study can provide a theoretical basis for controlling agricultural non-point source pollution and improving the water environment of rivers and lakes scientifically.

关键词： Paddy field ecological ditches nitrogen phosphorus

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Can the narrowing of the Lower Yellow River by regulation result in non-siltation and even channel scouring？

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Journal of Geographical Sciences 2016年第9期26卷 1337-1348页

作者： SUN Zanying WANG Wanzhan LI Yong zhang Mingwu SHANG Hongxia zhang fangxiu Yellow River Institute of Hydraulic Research Zhengzhou 450003 China

This study considered whether the narrowing of the upper （broad and wandering） reaches of the Lower Yellow River could result in a reduction in sedimentation and even an increase in channel erosion in both the upper and the lower （narrow and meandering） reaches. Analysis of field data and numerical modeling results both justify the proposal to narrow the channel. A positive correlation was found between channel eroded-area and the channel width. Therefore narrowing under conditions of low flow will reduce the amount of erosion in the reach, which, in turn, will reduce the amount of sediment transported into the lower channel. This will reduce the amount of siltation in the lower reaches of the river. However, narrowing under conditions of high flow with a low concentration of sediment will reduce both the extent of flood attenuation along the narrowed channel and the amount of lateral channel bank collapse, which results in increased flows and less sedimentation in the lower channel, leading to increased erosion. When flows with a high concentration of sediment are released from the Xiaolangdi Reservoir, both the lower narrow channel and the upper channel can transport a large amount of the sediment load. It is concluded that the narrowing of the upper broad channel will result in a reduction in sedimentation, or even in channel erosion, in both the upper and the lower channels if the reservoir is operated such that the volume of sediment added during low flows is balanced by the volume eroded during high flows with a low concentration of sediment.

关键词： channel narrowing sediment release sediment transport capacity Lower Yellow River, XiaolangdiReservoir

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主槽一维和滩地二维侧向耦合洪水演进模型

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水科学进展 2014年第4期25卷 560-566页

作者：张防修韩龙喜王明黄瑞河海大学环境科学与工程学院江苏南京210098 黄河水利科学研究院河南郑州450003

为实现对复式河道大尺度漫滩洪水的快速模拟,结合洪水在滩槽行洪特点和河道一维、二维水动力学模型研究成果,在主槽与滩地分别划分为矩形和三角形网格,以左右滩唇为分界实现两网格系统嵌套;建立主槽一维水动力学数学模型,内插大断面间... 详细信息

为实现对复式河道大尺度漫滩洪水的快速模拟,结合洪水在滩槽行洪特点和河道一维、二维水动力学模型研究成果,在主槽与滩地分别划分为矩形和三角形网格,以左右滩唇为分界实现两网格系统嵌套;建立主槽一维水动力学数学模型,内插大断面间网格处的水力因子,在滩地采用简化的二维水动力学模型模拟滩槽间、滩地网格间水量交换,实现主槽一维与滩地二维模型侧向耦合。利用黄河下游"96·8"大洪水实测资料,对花园口至夹河滩河段洪水演进过程验证,结果表明该方法模拟精度较高,能够利用该模型模拟复式河道大漫滩洪水过程。

关键词：复式河道漫滩洪水数学模型侧向耦合

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凌汛期槽蓄水增量过程模拟

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水科学进展 2015年第2期26卷 201-211页

作者：张防修席广永张晓丽王国庆黄瑞河海大学环境科学与工程学院江苏南京210098 黄河水利科学研究院河南郑州450003 郑州轻工业学院计算机与通讯工程学院河南郑州450001 南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室江苏南京210029

为研究凌汛期槽蓄水增量来源,在分析实测冰情资料基础上,把槽蓄水增量分为水位壅高主河道蓄水量增大、主河道内河水转化为固体冰盖和上滩水形成冰盖及在冰下聚集等3部分,建立河冰动力学模型,模拟河冰生消及槽蓄水增量过程,利用2008/200... 详细信息

为研究凌汛期槽蓄水增量来源,在分析实测冰情资料基础上,把槽蓄水增量分为水位壅高主河道蓄水量增大、主河道内河水转化为固体冰盖和上滩水形成冰盖及在冰下聚集等3部分,建立河冰动力学模型,模拟河冰生消及槽蓄水增量过程,利用2008/2009年度三湖河口—头道拐河段实测冰情资料对模型进行了验证,表明滩地冰盖及冰盖下滞洪是内蒙古河段槽蓄水增量的主要来源,占最大槽蓄水增量的63.44%,主河道水位壅高引起的槽蓄水增量占26.56%,主槽冰盖蓄水占10.0%。

关键词：槽蓄水增量热交换河冰生消数学模型

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黄河内蒙古段开河流量预测

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南水北调与水利科技（中英文） 2021年第6期19卷 1167-1174页

作者：王魁王军张防修合肥工业大学土木与水利工程学院合肥230009 黄河水利科学研究院郑州450003

封冻河段开河时,冰、水情变化剧烈,预报难度大、精度低。马斯京根法及其衍生方法在推算明流条件下的流量演进方面取得了很大成功,但如何反映凌汛期流量演进特点还需进一步研究。以黄河内蒙古河段为例,类比有支流的河道洪水进行演算,并... 详细信息

封冻河段开河时,冰、水情变化剧烈,预报难度大、精度低。马斯京根法及其衍生方法在推算明流条件下的流量演进方面取得了很大成功,但如何反映凌汛期流量演进特点还需进一步研究。以黄河内蒙古河段为例,类比有支流的河道洪水进行演算,并考虑流量传播时间,将区间的槽蓄水增量加入计算,采用改进的马斯京根法,推求完全开河时的凌峰流量。采用均方根误差、平均绝对百分比误差作为预测结果的评价指标,与往年实测流量相比较,演算流量的平均绝对百分比误差在10.29%以内。结果表明,此方法应用于凌汛期开河流量演进具有较好的预测效果,通过冰凌洪水的特点判别洪水类型,揭示了凌汛期开河流量的突变主要是由冰坝洪水造成的。研究结果可为河流开河的流量预报和防凌减灾提供参考思路。

关键词：开河期马斯京根法冰凌洪水槽蓄水增量凌峰流量

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多沙河流水库排沙期下游水温演变规律

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水科学进展 2024年第5期35卷 843-852页

作者：杨晨张廷奎卢一帆缴健江恩慧张防修张晓雷华北水利水电大学黄河流域水资源高效利用省部共建协同创新中心河南郑州450046 南京水利科学研究院港口航道泥沙工程交通行业重点实验室江苏南京210024 黄河水利委员会黄河水利科学研究院河南郑州450003

多沙河流水库排沙期会有大量低温水伴随着泥沙向下游排放,改变了下游河道水温的前期分布状态,对水生生物及其栖息环境产生潜在影响。为探究水库排沙期下游水温的演变规律,本文修正了含沙水流与空气热交换系数的计算公式,构建了一维非恒... 详细信息

多沙河流水库排沙期会有大量低温水伴随着泥沙向下游排放,改变了下游河道水温的前期分布状态,对水生生物及其栖息环境产生潜在影响。为探究水库排沙期下游水温的演变规律,本文修正了含沙水流与空气热交换系数的计算公式,构建了一维非恒定水-沙-温耦合传导数学模型,以小浪底水库为例开展了排沙期下游水温传导过程的模拟与分析。结果表明:①出库水温是影响水库排沙期下游水温的主要因素,下泄流量的增加和出库含沙量的降低会加剧低温水下泄的影响程度;②下游水温对小浪底出库水温的敏感度沿程递减,出库水温变化时利津断面水温的平均变化幅度仅为花园口断面的27.5%;③下游水温对下泄流量和出库含沙量的敏感度均为沿程先增大后减小,前者在艾山断面达到最大,后者在夹河滩断面达到最大;④下泄流量和出库含沙量对下游水温影响程度相当,在小浪底水库现行排沙调度方案下,二者对下游水温的最大影响幅度都在2℃左右。

关键词：水温演变多沙河流排沙期水库调度热交换

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黄河下游不同峰型非漫滩洪水冲刷效率分析

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人民黄河 2016年第1期38卷 1-4,119页

作者：张敏张明武何桂英张防修黄河水利科学研究院河南郑州450003 黄河水利委员会三门峡库区水文水资源局河南三门峡472000

黄河调水调沙已进行多年,下游河道排洪冲刷效率显著提高。相同水量、相同平滩流量条件下,小浪底水库塑造不同的洪水过程,其相应的输沙效果也不同。在分析现有洪水过程概化方法的基础上,提出了利用不同标准差的正态分布曲线概化洪水过程... 详细信息

黄河调水调沙已进行多年,下游河道排洪冲刷效率显著提高。相同水量、相同平滩流量条件下,小浪底水库塑造不同的洪水过程,其相应的输沙效果也不同。在分析现有洪水过程概化方法的基础上,提出了利用不同标准差的正态分布曲线概化洪水过程的方法。在假定洪水过程中含沙量和泥沙组成变化不大的基础上,通过理论分析结合数学模型计算,提出了有利于下游河槽塑造的调水调沙峰型,即在小浪底水库调水调沙期间,若限制洪水不漫滩且水量相同,则应尽量调成大流量占比例较大的平头峰,以提高洪水冲刷效率。

关键词：调水调沙冲刷效率峰型非漫滩洪水黄河下游

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黄河内蒙河段改扩建工程冰情分析研究

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水利水电技术 2014年第1期45卷 158-160,163页

作者：赵波李冉张晓丽马广慧张防修南水北调中线干线工程建设管理局北京100038 范县黄河河务局河南濮阳457500 黄河水利科学研究院河南郑州450003 中牟黄河河务局河南郑州451450

黄河内蒙河段改扩建大桥项目较多,易造成冰塞壅水。利用数学模型和水力学法对拟定改扩建工程方案进行了计算,从两个方面评价扩建工程对冰塞壅水的影响。研究内容可为黄河冰情分析提供参考。

关键词：冰清分析数学模型水力学法

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模糊区间型综合决策方法在水质评价中的应用

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人民黄河 2021年第5期43卷 104-109页

作者：黄瑞韩龙喜张防修彭辉扬州市职业大学江苏扬州225000 河海大学环境学院江苏南京210000 河海大学浅水湖泊综合治理与资源开发教育部重点实验室江苏南京210098 水利部水文局北京100053

污染事故对水质安全构成了严重威胁,污染事故水质评价可以准确判定事故对水质的影响。针对传统水质评价模型存在不能反映水质监测值动态变化特征、水质优劣指标间相互过度补偿,以及无法区分同一类型水质优劣的问题,构建模糊区间型多属... 详细信息

污染事故对水质安全构成了严重威胁,污染事故水质评价可以准确判定事故对水质的影响。针对传统水质评价模型存在不能反映水质监测值动态变化特征、水质优劣指标间相互过度补偿,以及无法区分同一类型水质优劣的问题,构建模糊区间型多属性综合评价模型,改进现有水质评价方法。该模型将水质监测信息集按一定规则聚合转换成区间数,开展水质监测测度区间与各类水质标准区间的相似度判定,基于优化主客观综合赋权法开展水质指标赋权,并采用模糊综合评价法计算待测水体模糊综合评价指数,确定水质类别。将模糊区间型多属性综合评价模型应用于大伙房水库暴雨后水质变化分析的实例表明:评价模型生成的模糊综合评价指数可以区分出同类水质的优劣,改进模型适用于特大暴雨等突发污染事故的水质评价研究。

关键词：水质评价模糊数学区间数多属性决策相似度组合赋权模糊评价综合指数

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