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跌坎溯源冲刷的影响因素与两种发展模式

中国科学:技术科学 2024年

作者：杨飞王远见江恩慧黄河水利委员会黄河水利科学研究院水利部黄河下游河道与河口治理重点实验室

水位降至水库淤积三角洲顶点高程以下时,顶点处形成的跌坎溯源冲刷是动态的河流裂点.本文采用水沙动力学模型模拟室内水槽试验和实际大型水库中的跌坎溯源冲刷过程.水槽试验模拟结果能够较好地反演非黏性沙跌坎的快速衰减过程和黏性沙... 详细信息

水位降至水库淤积三角洲顶点高程以下时,顶点处形成的跌坎溯源冲刷是动态的河流裂点.本文采用水沙动力学模型模拟室内水槽试验和实际大型水库中的跌坎溯源冲刷过程.水槽试验模拟结果能够较好地反演非黏性沙跌坎的快速衰减过程和黏性沙跌坎的持续稳定溯源冲刷过程.非黏性沙跌坎冲刷后河床坡度较大且大于上游顶坡,跌坎快速衰减.黏性沙跌坎中水流切应力超过临界起动切应力的部分才能产生冲刷,最大冲刷位置靠近跌坎底部,使得跌坎能够持续稳定存在.对于小浪底水库的淤积三角洲,黏性沙跌坎在2020年汛期低水位运行时呈现逐渐衰减的溯源冲刷过程,模型较为准确地模拟了该跌坎的位置变化与冲刷塑造的淤积纵剖面.实际大尺度黏性沙跌坎与水槽试验中非黏性沙跌坎的溯源冲刷过程更为接近.结合数值模拟算例可以确定跌坎存在两种溯源发展模式:衰减型跌坎和增强型跌坎.两者塑造的地形差异明显,增强型跌坎下游河床坡度比上游要缓,而衰减型跌坎相反.非黏性沙跌坎属于衰减型跌坎.跌坎高度、跌坎顶坡坡度、泥沙粒径、单宽流量等控制变量均存在阈值,使得跌坎在衰减型和增强型之间变化.

关键词：溯源冲刷水库三角洲衰减型跌坎增强型跌坎黏性沙

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射流冲刷底泥起动输移规律及机理

水科学进展 2023年第6期34卷 960-970页

作者：张文皎赵连军王仲梅赵荥吕鸣聪黄河水利委员会黄河水利科学研究院河南郑州450003 水利部黄河下游河道与河口治理重点实验室河南郑州450003

水下高速流体射流冲沙是清淤作业的必要手段,如何有效提高射流造浆效率对河(航)道清淤和水库库容修复等工程具有重要价值。采用射流冲刷底泥起动输移试验与高速射流喷头流场数值模拟手段,研究不同水力要素下射流对底床的冲刷效果,分析... 详细信息

水下高速流体射流冲沙是清淤作业的必要手段,如何有效提高射流造浆效率对河(航)道清淤和水库库容修复等工程具有重要价值。采用射流冲刷底泥起动输移试验与高速射流喷头流场数值模拟手段,研究不同水力要素下射流对底床的冲刷效果,分析射流流速分布及衰减规律,探明高速射流底泥冲刷机理。研究结果表明:射流造浆过程中存在最优冲沙距离,使得造浆速率及浑水体浓度增长速度最快;射流中线剖面上横断面射流时均速度分布、最大速度衰减规律具有相似性,不同射流流速下射流初步发展区的射流速度半宽增长率相同;射流冲刷效率与射流发展中的阻力损失和到达床面时的能量损失直接相关,确定合理的射流喷头布置高度有利于提高造浆效率。研究成果对射流造浆能力与速率的提升乃至清淤设备的升级改造提供了有力支撑。

关键词：射流冲刷水库清淤造浆效率含沙量射流速度半宽

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黄河河口流路多目标联合运用方式研究

水利水运工程学报 2024年第1期 1-7页

作者：于守兵黄河水利委员会黄河水利科学研究院河南郑州450003 水利部黄河下游河道与河口治理重点实验室河南郑州450003

黄河河口流路运用方式面临着新形势下保障防洪安全、维持生态功能和减缓海岸蚀退等多目标需求。采用实测水文资料和现场调查资料,分析河口河道防洪形势、黄河口国家公园建设需求和备用流路现状情况。清水沟流路在小浪底调水调沙运用后... 详细信息

黄河河口流路运用方式面临着新形势下保障防洪安全、维持生态功能和减缓海岸蚀退等多目标需求。采用实测水文资料和现场调查资料,分析河口河道防洪形势、黄河口国家公园建设需求和备用流路现状情况。清水沟流路在小浪底调水调沙运用后防洪形势明显改善,然而仍面临着大洪水的威胁;目前河道滩地呈现约6‱的倒比降,加剧了大洪水时的防洪压力。黄河口国家公园清水沟片区在清四控导工程以下无整治工程,规划的科研平台和大量基础设施要求洪水尽量不漫滩。刁口河片区规划的生态补水量为0.55亿m^(3),附近海岸因缺乏泥沙补给处于蚀退状态。刁口河主槽淤积萎缩,滩地开发建设侵占严重,亟待长期过水加强保护。新形势下黄河河口流路运用方式为“联合运用、常态过水、平滩分流、双河行洪”。刁口河常年维持一定的过水流量。当清水沟流量达到3500 m^(3)/s时向刁口河分流,大洪水时两条流路作为5000 m^(3)/s流量的泄洪通道。

关键词：黄河河口多目标流路运用清水沟流路刁口河流路

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新入海水沙情势下的黄河口沙嘴动态响应

水科学进展 2023年第1期34卷 63-75页

作者：凡姚申窦身堂王万战王广州陈沈良姬泓宇李鹏黄河水利科学研究院水利部黄河下游河道与河口治理重点实验室河南郑州450003 华东师范大学河口海岸学国家重点实验室上海200241

河口沙嘴位居河海动力交互区,对水沙变化的响应速度快。为了解近期黄河入海水沙情势及其影响下的河口沙嘴演变规律,基于高分辨率卫星数据和水文资料,运用统计学方法进行分析探讨。结果表明:(1) 1999年以来入海水沙延续偏枯态势,变化过... 详细信息

河口沙嘴位居河海动力交互区,对水沙变化的响应速度快。为了解近期黄河入海水沙情势及其影响下的河口沙嘴演变规律,基于高分辨率卫星数据和水文资料,运用统计学方法进行分析探讨。结果表明:(1) 1999年以来入海水沙延续偏枯态势,变化过程由线性向周期性波动转变,波动周期为6~8 a, 2018—2021年处于波动上升期;(2) 2018年以来,河口沙嘴北、东汊道交替成为淤积主体,河长年均延伸0.7 km,沙嘴年均造陆16.9 km2;(3)尽管偏少的来水来沙条件不利于三角洲整体的向海淤积,但极端径流带来的强烈泥沙输移入海仍然会使河口沙嘴面积增加;(4)现阶段的汊道格局减缓了河长延伸但加快了沙嘴造陆,对于长期稳定清水沟流路起到积极作用,但当前不利于河口湿地生态安全。

关键词：水沙情势河长延伸沙嘴造陆流路稳定黄河口

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近70年黄河宁夏河段干支流水沙变化规律

泥沙研究 2023年第3期48卷 38-44页

作者：郑佳芸李军华田世民李洁玉黄河水利委员会黄河水利科学研究院河南郑州450003 水利部黄河下游河道与河口治理重点实验室河南郑州450003

根据黄河宁夏河段干支流的水沙实测资料,采用变异系数、Mann-Kendall检验法和小波分析法,从水沙量的年际变幅、变化趋势、突变特性和周期波动等方面分析黄河宁夏河段水沙变化的规律,为河段治理和工程布局提供依据。黄河宁夏河段年输沙... 详细信息

根据黄河宁夏河段干支流的水沙实测资料,采用变异系数、Mann-Kendall检验法和小波分析法,从水沙量的年际变幅、变化趋势、突变特性和周期波动等方面分析黄河宁夏河段水沙变化的规律,为河段治理和工程布局提供依据。黄河宁夏河段年输沙量的年际变化程度大于年径流量,支流的年来水来沙量年际变化程度大于干流。干流的年水沙量呈显著下降趋势,年径流量突变点为1986年,支流各站的年径流量和年输沙量则处于增加趋势。泉眼山站的年径流量突变点为1993年、2003年和2012年,干支流年径流量的突变与水库的调蓄有关。宁夏河段干支流年径流量和年输沙量的周期变化具有相似性和差异性,这说明宁夏河段水沙变化具有相关性,同时也反映了水沙异源的特性。

关键词：黄河宁夏河段径流量输沙量 Mann-Kendall检验法小波分析法

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海勃湾水库库区淤积及排沙运用指标分析

水电能源科学 2024年 64-67+77页

作者：郭静怡李新杰王远见王强黄河水利科学研究院河海大学水利水电学院水利部黄河下游河道与河口治理重点实验室

为了减缓水库淤积,延长海勃湾水库的使用寿命,对水库运行以来库区的淤积情况和排沙运用指标进行分析。对库区纵向和横向淤积形态分析可知,库区淤积主要在前坡段和顶坡段,而且前坡段和顶坡段高程1 075 m以上的滩地已开始出现淤积;海勃湾... 详细信息

为了减缓水库淤积,延长海勃湾水库的使用寿命,对水库运行以来库区的淤积情况和排沙运用指标进行分析。对库区纵向和横向淤积形态分析可知,库区淤积主要在前坡段和顶坡段,而且前坡段和顶坡段高程1 075 m以上的滩地已开始出现淤积;海勃湾库区泥沙淤积主要集中在排沙期7～10月,2014～2020年排沙期淤积泥沙占总淤积量的66%。高程1 074 m以下是淤积的主体,淤积泥沙2.01×108m3,占总淤积量的95%。顶坡段断面D7～D20淤积量为1.82×108m3,占总淤积量的83%,是淤积的主要库段;确定排沙时段为7～10月;确定排沙量级为1 500 m3/s以上,但对于平枯水年可选1 200 m3/s以上进行排沙;确定排沙起始含沙量为2 kg/m3以上可降低水位排沙;确定排沙期(7～10月份)的排沙调度水位控制在1 071～1 075m,但当有合适的水沙条件时,可降低水位至死水位1 069 m或以下进行敞泄排沙。通过对海勃湾水库库区淤积和排沙运用指标的分析,可参考这些排沙运用指标进一步制定详细的排沙调度方案。

关键词：海勃湾水库淤积形态淤积分布泥沙

基于DPSIR的黄河口及毗邻海域生态系统健康评价

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人民黄河 2023年第6期45卷 92-97,162页

作者：王广州凡姚申窦身堂于守兵张少华黄河水利委员会黄河水利科学研究院河南郑州450003 水利部黄河下游河道与河口治理重点实验室河南郑州450003

为综合评价黄河口及毗邻海域的生态系统健康状况,借鉴驱动力-压力-状态-影响-响应(DPSIR)模型,选取人口增长率、年径流量、富营养化指数、浮游植物多样性指数、生态环境治理投资等28个反映生态系统健康状况的因子建立评价指标体系。基... 详细信息

为综合评价黄河口及毗邻海域的生态系统健康状况,借鉴驱动力-压力-状态-影响-响应(DPSIR)模型,选取人口增长率、年径流量、富营养化指数、浮游植物多样性指数、生态环境治理投资等28个反映生态系统健康状况的因子建立评价指标体系。基于实测和统计数据等基础资料,采用层次分析法和综合指数法对2011—2020年黄河口及毗邻海域生态系统健康状况和变化趋势进行评价。结果表明:2011—2020年黄河口及毗邻海域生态系统基本处于亚健康与健康状态,2018年以来,随着黄河口生态水量调度力度加大,生态系统健康状况显著向好。

关键词：生态系统健康评价 DPSIR模型黄河口及毗邻海域

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黄河水沙调控多目标协同模型构建及应用

水科学进展 2023年第5期34卷 708-718页

作者：李洁玉李航王远见江恩慧黄河水利委员会黄河水利科学研究院河南郑州450003 水利部黄河下游河道与河口治理重点实验室河南郑州450003 郑州大学水利与土木工程学院河南郑州450001

为促进黄河流域行洪输沙-生态环境-社会经济三大子系统多维功能协同发挥,提出黄河水沙调控多目标协同总体架构。基于系统整体耦合协调度构建黄河水沙调控多目标协同模型,实现了不同来水来沙与工程组合情景下黄河水沙调控目标函数与约束... 详细信息

为促进黄河流域行洪输沙-生态环境-社会经济三大子系统多维功能协同发挥,提出黄河水沙调控多目标协同总体架构。基于系统整体耦合协调度构建黄河水沙调控多目标协同模型,实现了不同来水来沙与工程组合情景下黄河水沙调控目标函数与约束条件灵活选择及权重系数适应性调整。以黄河中游三门峡-小浪底水库群为例,开展丰平枯典型年水沙优化调控。结果表明:排沙与发电目标间存在强竞争关系,生态和发电目标间存在弱竞争关系;系统整体耦合协调度最高的方案均能达到各目标优质协调,并倾向于发挥更大发电效益。模型应用结果启发管理者在实际调度中适当提升发电量,并在枯水年注意增加生态供水。研究成果可为黄河水沙多目标优化调控实践提供科技支撑。

关键词：水沙调控多目标协同联合优化调度耦合协调水库群黄河流域

黄河下游三官庙至韦滩河段主流摆动规律及其驱动机制

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应用基础与工程科学学报 2023年第5期31卷 1110-1124页

作者：张春晋张敏姚文艺李勇马东方中国水利水电科学研究院水利部泥沙科学与北方河流治理重点实验室北京100048 黄河水利科学研究院水利部黄河下游河道与河口治理重点实验室河南郑州450003 河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室江苏南京210098

随着三门峡、小浪底、陆浑、故县以及河口村等骨干水库群的联合调度运用,黄河下游的水沙过程发生了显著的改变.近年来,特殊的水沙条件引起黄河下游三官庙至韦滩河段的河势发生改变,造成了滩地大量坍塌,并且危及到两岸村庄与堤防安全.为... 详细信息

随着三门峡、小浪底、陆浑、故县以及河口村等骨干水库群的联合调度运用,黄河下游的水沙过程发生了显著的改变.近年来,特殊的水沙条件引起黄河下游三官庙至韦滩河段的河势发生改变,造成了滩地大量坍塌,并且危及到两岸村庄与堤防安全.为了明确三官庙至韦滩河段的主流摆动规律及其驱动机制,采用资料分析与理论研究,阐述了三官庙至韦滩河段的河道与工程概况,分析了该河段水沙过程与河道冲淤变化特征.同时,根据不同时期该河段的河势调整特点及其与水沙过程之间的响应关系,预估了不同流量过程条件下的河势演变趋势.研究表明,从短期来看,长历时大水冲刷形成的河槽较为稳定,加之河道整治工程的不断完善,河势将按照治导线行走的概率增大.但是从长期来看,随着骨干水库群的投入使用与工农业用水量的增长,黄河下游持续小水的可能性将偏大,主流则会在河道内摆动.

关键词：畸形河势水沙变化冲淤特性河势调整主流摆动治导线