增强小浪底调水调沙后续动力的三门峡水库水位方案优选

小浪底水库调水调沙后续动力不足,在不新建水利工程的前提下充分挖掘三门峡水库等现有工程的潜力,可为小浪底水库调水调沙提供后续动力,具有研究价值。该研究分析三门峡水库通过改建底孔形成双泥沙侵蚀基准面条件下的可能边界条件,考虑三门峡水库工程运用条件和入库洪水分期特点,分析拟定了三门峡汛期、非汛期抬高水位的方案,利用构建的三门峡水库泥沙冲淤数学模型和模糊优选评价模型进行方案计算分析与评价,提出了三门峡水库在降低侵蚀基准面的情况下最优运用水位方案,即按照前汛期运用水位308 m、后汛期运用水位312 m、非汛期最高水位321 m运行的方案,该方案与现状运用方案相比,2 600 m3/s以上增泄水量增加42%,电站发电量累计增加9%,湿地面积增加73%,评价的综合效益最优。研究成果对增强小浪底水库调水调沙后续动力、三门峡水库充分发挥综合效益具有重要意义。     

近70年黄河流域水沙情势及其成因分析

深入剖析黄河水沙现状及成因是精准预测黄河未来水沙情势的前提与基础。为此,以黄河干流潼关断面以上4个主要干流水文站及7个主要一级支流把口站1950-2016 年水沙实测资料为基础,采用双累积曲线等多种统计分析方法,系统剖析了黄河流域水沙演变规律及水沙主要源区变化特征,定量评估了不同环境要素对黄河水沙变化影响。结果表明：1）黄河干流兰州、头道拐、龙门及潼关水文站年径流及年输沙量均呈显著减少趋势（P<0.05）,其中,年径流减幅17.93%~40.79%,年输沙量减幅均在46.74%以上。受多种因素影响,黄河水沙在20世纪80-90年代发生减少突变;2）兰州-潼关区间年均径流量沿程变化表现为由总体递增状态向递减趋势转变,年均输沙量递增状态虽未转变,但递增幅度平均减小90%以上;3）黄河泥沙主要来源区由头龙区间向龙潼区间发生转移特征明显,龙潼区间水土流失治理有待进一步加强;4）人类活动对黄河中游水沙锐减占据主导作用,平均贡献率达到90%以上。而上游兰州站年均径流量受气候影响较大,贡献率达到66.57%。研究结果可为深刻认识黄河水沙时空现状及成因提供依据,并对未来水土流失治理区位方向确定提供参考。     

基于Copula函数的泾河流域水沙丰枯遭遇频率分析

流域水沙关系变化是洪旱灾害防治、重大水利工程布局的重要理论基础,同时又对人们的生产、生活产生重大影响。根据泾河流域主要控制水文站的年径流量和年输沙量数据,采用P-Ⅲ型曲线分别拟合计算得到各水文站的径流量和输沙量序列的边缘分布函数,然后采用Copula函数建立了泾河流域水沙联合分布模型,计算泾河流域各水文站水沙丰枯遭遇频率。结果表明:(1)Clayton Copula,Frank Copula,Gumbel copula函数均能较好地拟合泾河流域各水文站的水沙数据,根据拟合优度评价结果选用Frank Copula函数拟合各站的水沙联合分布;(2)在所研究的泾河流域8个控制水文站水沙丰枯遭遇均表现为水沙丰枯同步频率大于异步频率。在水沙丰枯同步频率中,同丰的遭遇频率基本与同枯的遭遇频率相同,二者均大于同平的遭遇频率。(3)在水沙丰枯异步遭遇频率中,丰枯遭遇频率最小的组合是水枯沙丰和水丰沙枯。该水沙联合分布模型对流域治理规划、防灾减灾及生态恢复等具有重要意义。     

近60年长江荆江三口水沙变化过程及对洞庭湖的影响

荆江三口的水沙变化过程是影响洞庭湖发育的重要环节,对洞庭湖的稳定扮演着重要的角色。通过对荆江三口五站1951—2014年的水沙观测数据进行系统分析,着重研究长江荆江三口近60年水沙变化过程及影响因素,并探讨水沙变化对洞庭湖的影响。结果表明:近60年荆江三口分泄长江径流量、输沙量均呈显著的减少趋势,也导致三口五站中的四站出现功能性断流,且断流天数呈明显增加的趋势;洞庭湖区降水量减少、水利枢纽工程等人类活动是影响三口水沙变异的主要驱动因素;荆江三口水沙变化对湖盆结构及洞庭湖形态起着重要的调控与制约作用,其分泄水沙能力的减小也导致了洞庭湖湖面面积萎缩、容积缩小,不过洞庭湖寿命随着水沙的衰减而增加。正确认识荆江三口水沙变化规律及其对洞庭湖的影响,可为三口地区水资源的开发利用、洞庭湖的综合管理提供理论基础和实践经验。     

淤地坝“淤满”后的水沙效应及防控对策

黄土高原大规模的淤地坝建设在减少黄河泥沙以及改善区域生态环境方面发挥了巨大作用.但是,在淤地坝“淤满”的极端条件下,关于其水沙效应变化及防治对策的研究还较少涉及.经分析,淤地坝“淤满”后:1)坝控范围内坡度降低,径流长度减少,沟道比降降低,而横断面由原来的“V”型沟道,演变为“U”型沟道;2)以关地沟4号坝为例,使用RUSLE计算,修建淤地坝前,坝控范围内平均每年土壤侵蚀模数为4 472 t/(km2 ·a),淤满后,土壤侵蚀模数下降至4 019 t/(km2·a),降幅约10％,“原地”减蚀作用显著,从修建至淤满阶段,拦沙作用巨大;3)淤地坝淤满后,坝地流速显著降低,从修建淤地坝前的0.83 m/s降至0.27 m/s,但坝体外坡的流速显著增加,特别是坡底,最大流速可达3.76 m/s;4)淤地坝淤满后,淤地坝“异地”减蚀作用会降低.基于上述变化,针对淤地坝淤满后的极端条件,本文提出如下防治对策:1)以小流域为单元,以溢洪道为主体,完善沟道排洪设施布设,提高支沟内以及支沟与主沟的连通度,提升排洪能力;2)遵循“因地制宜”原则,科学合理植树种草、修建梯田,加强坡面治理,减少坡面来水来沙,消耗和分散坡面来水侵蚀能量,降低坝地淤满后被损毁的风险;3)采取“截水沟和排水沟相结合,工程措施和植物措施相结合”的方法,做好坝体陡坡防治,提高坝体外边坡植被覆盖度.研究结果以期为黄土高原淤地坝建设提供理论支撑.     

皇甫川流域水沙变化及驱动因素分析

皇甫川流域地处黄河中游典型的多沙粗沙区,该区域的水沙变化对黄河下游水沙情势的改变具有重要指示意义。利用双累积曲线确定1954-2010年皇甫川流域水沙变化的典型时段,对其趋势进行分析,并基于20世纪50年代以来水利水保措施的实施来剖析流域水沙变化的驱动因素。结果表明：皇甫川流域水沙的演变过程可划分为4个典型时段,即1954-1978年、1979-1987年、1988-2002年、2003-2010年。1954-1978年,流域治理度低,受人类活动影响较小,为水沙的自然变化时段;1979-2010年水利水保措施的减水减沙效应不断增大,双累积曲线法计算的减水减沙效应分别为41.8%和49.7%,径流/输沙系数还原法计算的减水减沙效应分别为44.7%和48.3%。     

黑河流域水沙关系模型及其应用

利用黑河黑峪口水文站的长系泥沙和径流实测资料,分别建立了黑河年输沙量和次暴雨输沙量的水沙,精度较高,同时,还对这两种水沙关系一些特殊点据的产生原因进行了深入分析,然后应用所建立的水沙关系对1996年非点源污梁水质水量监测中存在的泥沙施工影响问题进行了定理修正。     

滦河的水沙关系及水利工程对下游河道的影响

滦河径流年内分配极不均匀,有73％的输水量和96％的输沙量集中在汛期,大水挟大沙的特征明显.修建于干流上的潘家口水库、大黑汀水库和支流上的桃林口水库控制了流域89.9％的汇水面积,削减了滦河63％的径流量、99.3％的输沙量和汛期30％的径流峰值,引起了下游河道的快速响应,导致河床展宽变浅,出现衰亡迹象.     

两相流水沙分离鳃流场的PIV测试及分析

利用粒子图像测速技术,测试了两种工况下垂向异重流式水沙分离鳃中水沙两相流的速度场,给出了分离鳃内泥沙运动的流速矢量分布图、流速云图及三维流场分布图.对测试结果的分析表明,分离鳃内部形成了泥沙沿鳃片上表面向下运动,清水沿鳃片下表面向上运动的垂向异重流现象,加速了泥沙的下沉.此分析结果与实际观察现象及理论分析一致,进一步探明了分离鳃的水沙分离机理.     

嘉陵江中游水电梯级开发对小龙门江心洲的形态演变与影响机制研究

嘉陵江水电枢纽建成运行后,对嘉陵江中游河段江心洲演变产生了较大影响.选取了受人为影响较小的小龙门江心洲作为研究对象,通过Landsat历史遥感影像,结合嘉陵江多年的水文数据,对比分析了水电站建站前后小龙门江心洲的形态演变特征和影响因素.结果表明:水电枢纽运行前,江心洲处于自然发育状态,总体呈增长趋势;水电站运行后,江心...