投稿信箱
网站地图
收藏本站
设为首页

主站首页

政务之窗
走进黄委规划计划政务信息政策法规水政信息人事信息公告公报
新闻资讯
黄河要闻局院信息基层动态水事纵览流域瞭望热点专题网上展厅媒体关注纪实特写
在线服务
服务指南表格下载许可决定在线申报水情水质引黄供水实用工具
互动平台
政务咨询投诉举报黄河访谈民意征集建议评论邮箱电话解疑释惑
黄河文化
文化传真文学天地艺术博览大河胜迹历史走廊民风民俗文体协会
黄河一览
黄河概况流域地图枢纽工程黄河记事黄河问答引黄灌区
当前位置: 首页 > 资料存盘 > 科技成果 > 2005-2006年度 > 正文

黄河下游游荡性河道河势演变机理及整治方案研究

    责任编辑:裴亮 来源:

  一、研究背景

  新中国成立以来,党和国家对黄河治理与开发高度重视,进行了大规模的治理,取得了近60年伏秋大汛不决口的伟大胜利,有力地保障了黄河下游两岸经济社会的稳定发展。但是,黄河多泥沙的特点,决定了其治理的特殊性、复杂性和艰巨性,尤其是经济社会的快速发展,给黄河治理又带来了许多新情况和新问题。

  游荡性河道整治经过几十年的不懈探索,以“微弯型整治方案”为主导,大部分河段完成了整治工程布点工作。截至2001年底,该河段共有险工和控导工程110处,工程长度305.2km,坝垛2830道。通过整治,河势游荡范围得到有效控制,增加了防洪的主动性;有效地防止了塌滩、塌村,滩区群众的生产安全得到提高;提高了引黄取水保证率,基本形成了沿黄稳定的工农业及城市用水的大格局。河道整治,创造了巨大的经济效益和社会效益。

  上世纪90年代以来,长期的中小水作用,使得河道整治工程对河势的控制作用减弱,特别是小浪底水库投入运用后,进入下游的水沙条件发生了明显调整,河道整治工程能否适应变化了的水沙条件,为此引发了游荡性河道整治的大讨论。小浪底水库的运用,宽河段游荡多变的特性并没有发生较大的改变,加之下游堤防多由沙壤土构成,堤基地质条件差,堤身险点隐患多,中常洪水发生“横、斜河”,甚至冲决堤防的可能性依然存在。该河段防洪保护区内两岸城市密布、交通发达、经济发展迅速,一旦发生洪水灾害,损失将十分惨重。同时,黄河滩区居住人口达181万人,河势的游荡多变,使滩区群众的生命财产安全经常受到威胁。因此,找出症结,处理好继承与发展的关系,加强游荡性河道进一步整治研究、加快游荡性河道整治工作的步伐是十分必要的。

  二、研发过程 

  作为黄河下游综合治理重点工作之一的游荡性河段河道整治工程建设,备受黄委党组的重视,黄委专门成立了以李国英主任为组长的黄河下游游荡性河段河道整治研究项目领导小组,以黄委科技委主任陈效国为组长的专家组,由黄委总工程师办公室、规划计划局、防汛办公室、国际合作与科技局、河南黄河河务局、黄河水利科学研究院、勘测规划设计研究院等单位的技术骨干组成的项目工作组,从2002年到2006年,在充分吸收国家“八五”、“九五”攻关、黄河流域(片)防洪规划、三次调水调沙试验等有关科研成果的基础上,借助原型资料分析、实体模型试验、数学模型计算等多种手段研究了黄河下游游荡性河道河势演变机理及进一步整治的方案和工程布置。

  三、项目内容简介

  针对黄河下游游荡性河段河势还没有得到基本控制、“横河、斜河”发生的条件依然存在的状况,开展了“黄河下游游荡性河道河势演变机理及整治方案研究”,具体研究内容简述如下:

  1、研究了“河性行曲”、“小水上提、大水下挫”、畸形河湾的形成和河湾蠕动等河势演变的规律及机理,探讨了黄河下游游荡性河道河势流路方程、相位滞后和河道整治工程的布置等问题。

  2、系统归纳总结了黄河下游游荡性河道整治模范河段的整治参数的统计规律,开展了长期中小流量下工程迎送流关系及工程送溜距离研究,建立了工程送溜距离和流量、工程半径、靠溜长度、入流角度等整治参数及下阶段游荡性河道整治工程布设指标体系。

  3、结合下游藕节状河道外形特点,提出了下游游荡性河段河道进一步整治应该突出“节点工程”的建设的整治新思路。微弯型整治方案模型检验试验的开展,特别是节点工程关联性检验试验,检验了微弯型整治方案的适应性和节点工程的关联性及关键性控制作用,为黄河下游最终整治方案的确定奠定了基础。

  4、在对国内外典型河流整治工程的效用进行评价性分析的基础上,结合黄河下游对口丁坝模型试验研究成果,提出在局部河段可采取对口丁坝辅助措施强化“节点工程”。

  四、创新点

  本次研究通过理论研究、资料分析、模型试验、数模计算等,本成果在河床演变特性、规律及机理,河道整治参数、工程优化布局、近期实施方案等方面提出了大量的定性和定量指标,提出了一些适应性较强、可在工程优化布局等方面直接运用的方程和公式。主要研究成果如下:

  1、从微观的紊动涡和次生环流的角度揭示了“河性行曲”的机理。通过对紊动涡和次生环流产生、发展以及次生环流对紊动猝发作用的分析,指出河流自然弯曲的机理:紊动涡漩是根本,次生环流是动力,并对边壁泥沙的起动条件做了初步探讨,提出了边壁泥沙颗粒起动的临界条件。“河性行曲”的规律与机理是微弯型整治方案的理论基础。

  2、利用CCHE3D模型分析计算,揭示了“大水趋直、小水坐弯”的水力学内在机理。利用美国国家水利科学与工程计算中心的CCHE3D模型,开展了不同水流动力条件下直河道边壁微小凸起、不同河湾尺度边壁次生涡的发展、尺度变化的模拟计算。结果表明,同一河湾,漩涡尺度和涡强与流量成正比。流量增大,河湾内增大的漩涡和涡强向外压缩纵向水流,使其趋直;流量减小,河湾内漩涡尺度和涡强减小,纵向水流向内挤压,水流更加弯曲。黄河下游游荡性河道整治方案与工程布局必须充分考虑黄河特殊的洪水及水流特征,中水整治,兼顾洪枯。

  3、较为系统地总结分析了畸形河湾的形成机制。开展了白鹤至伊洛河河口段沙性土、粘性土等河床物质的土力学特性实验和专门的水槽实验,研究了胶泥层抗冲能力,指出畸形河湾发展可分为初步形成、缓变和裁弯取直三个阶段,其形成主要受来水来沙过程、河道形态和河床物质组成三种因素控制,分析了畸形河湾的形成机制。认为黄河特殊的水流水沙条件下,胶泥层等透镜淤积体的存在对畸形河湾的形成影响巨大,从长远看,挖河疏浚是应对河势畸变的重要措施之一。

  4、将最小方差理论引入到黄河下游游荡性河道河势流路研究中,初步建立了河湾流路方程,从理论层面进一步论证了微弯型整治方案的可行性。通过对已有成果的分析,认为最小方差理论较好地表达了河势流路演变的相关性,以及河床演变过程中水流动力条件的影响,因此把最小方差理论引入黄河下游游荡性河道河湾流路方程研究中;通过对河湾流路方程的探讨,初步建立了适用于黄河下游游荡性河道流路变化的河湾流路方程,并指出在天然情况下,黄河下游游荡性河段河势流路符合正弦派生曲线,进一步说明了目前黄河下游采取的微弯型整治方案总体上是可行的。

  5、运用相位滞后理论研究了黄河下游游荡性河道整治工程布置。黄河下游游荡性河道自20世纪70年代初进行有计划整治以来,取得了丰富的整治经验,但长期以来对游荡性河道整治工程布局的经验缺乏理论的总结或解释。本报告将相位滞后理论[7]应用于黄河下游游荡性河道整治工程布置的研究中。分析表明,水流条件的不同造成水流流路与河道曲率的相位差,由相位滞后引起的河湾蠕动在黄河下游游荡性河段经常出现。因此,若要黄河下游游荡性河段能有效地控制流路,河道整治工程的平面位置的布局必须使得水流在出上一河湾后而在下一河湾充分发育之前受到束缚,有效地遏制相位滞后带来的影响。

  6、结合下游藕节状河道外形特点,将“节点”概念进一步拓展,与微弯型整治方案相结合,提出了“节点工程”整治措施。通过对游荡性河道特性和现行微弯型整治经验的深入总结分析,指出单纯靠几个单一的节点是无法达到“稳定中水河槽”的目的,必须充分发挥现有节点,特别是对河势有较强控制能力的微弯型整治工程节点的作用,并使其与上下游工程有机地结合起来,以适应稳定主槽的需求,进而提出了全新的“节点工程”概念。继而,在综合分析黄河下游游荡性河道特性、总体外形和工程现状的基础上,将游荡性河道分成10个子河段,在子河段入口段按规划治导线修建由2~3处工程组成的一组上下游、左右岸相互呼应、对水流具有较强控制作用的“节点工程”,各自承担相应的控制、下送水流作用,同时通过大量的模型试验研究和检验,确定铁谢和逯村、神堤和张王庄、孤柏嘴和驾部工程、老田庵和保和寨及马庄、赵口和毛庵及九堡、黑岗口和顺河街、府君寺和曹岗、东坝头和禅房等作为各子河段的节点工程,并提出游荡性河道进一步整治必须突出“节点工程”建设的整治新思路,正确处理了继承与发展的关系。

  7、基于模范河段治导线参数的统计规律分析,确定了下阶段游荡性河段进行大规模河道整治的工程布设技术指标。通过选取白鹤至高村河段中目前整治效果较好的河段,对其设计治导线有关参数进行量算统计,确定了游荡性河段河道整治的有效靠溜长度和工程密度等技术指标,建立了河湾跨度与河道纵比降和床沙中数粒径之间的经验关系式;对工程送流距离进行了深入研究,建立了工程送溜距离和流量、工程半径、靠溜长度、入流角度等整治参数的指标体系。

  8、对国内外典型河流整治工程的效用进行了分析评价,开展了双岸整治研究,指出在局部河段可采取对口丁坝辅助措施以强化“节点工程”。在分析研究密西西比河、莱茵河、阿姆河、密苏里河、易北河、辽河、长江、黄河等国内外典型河流整治工程效用的基础上,并结合对口丁坝整治方案模型试验结果,认为双岸整治在保证工程安全的前提下可以达到控制河槽的目的,但是,由于双岸整治工程强度要求高、投资巨大,设计思路主要基于大洪水,与现实流路差异较大。同时黄河下游的河道整治必须考虑黄河高含沙的特性,对整治河段本身及下游河道都可能带来较大影响,因此,可作为微弯型方案“节点工程”的补充,对个别需要进一步加强的部位,在对岸同时修建部分工程。

  9、长系列多组次长河段大尺度实体模型检验试验的开展,为黄河下游整治实施方案的确定奠定了基础。对微弯型整治方案不同工程布置方案进行了分析比较,同时利用长河段大尺度实体模型,采用较长系列不同试验水沙条件和初始地形,对拟定的整治方案进行了多组次模型试验检验,特别是节点工程关联性检验试验,检验了整治方案对小浪底水库修建后下游来水来沙特性的适应性和节点工程的关键性控制作用,为黄河下游整治实施方案的确定奠定了基础。

  五、取得的效益

  黄河下游游荡性河道河势演变机理及整治方案研究,在总结游荡性河段河势演变基本规律的基础上,对“河性行曲”、“小水上提、大水下挫”、畸形河湾形成和河湾蠕动等河势演变现象进行了规律及机理研究,为游荡性河段河道整治方案的研究奠定了理论基础。

  黄河下游游荡性河段河道整治已经发挥了较大的社会经济效益。1949~1976年游荡性河段有计划的整治以前,累计冲塌村庄256个,河道整治后,特别是近二十年来随着整治工程的不断完善,河势得到明显改善,塌滩现象大为减轻,掉村现象已很少发生;另外,河道整治工程改善了下游河段引黄涵闸的引水条件,促进了沿黄工农业的发展。本次研究针对目前黄河下游游荡性河道整治问题的症结,处理好继承与发展的关系,在“微弯型方案”的基础上,结合下游藕节状河道外形特点,将“节点”概念进一步扩展与微弯型整治方案相结合,提出了游荡性河道进一步整治突出“节点工程”建设的整治新思路,不仅可加快河道整治步伐,而且又可节省大量的工程投资。另外,通过对模范河段治导线参数进行统计规律分析和河道整治工程布局研究,提出了河道整治有关参数的技术指标,通过对河道整治方案的实体模型检验试验研究,最终确定了游荡性河道进一步整治的总体方案,该方案的实施和整治工程布局的优化,可以实现游荡性河段河势的基本控制,为提高河道排洪输沙能力,保证防洪及堤防安全,保护滩区及广大黄淮海平原人民群众的生命财产安全,将产生更大的经济、社会效益。

  六、主要完成单位

  黄河水利委员会黄河水利科学研究院

  黄河水利委员会河南黄河河务局                                     

  黄河水利委员会规划计划局

  黄河水利委员会总工程师办公室

  黄河勘测规划设计有限公司

  黄河水利委员会防汛办公室

  七、主要完成人

  江恩惠  曹常胜  符建铭  曹永涛  张林忠  杨希刚  余  欣  刘  燕 

  申冠卿  黎桂喜  董年虎  齐  璞  夏修杰  周景芍  张遂芹  赵寿刚 

  武彩萍  张  清  赵新建  李军华  王国栋  姚文艺  万  强  董其华

  陈孝田  潘  恕  常向前  王严平  王凯忱  李  勇  常  华  卢冬梅 

  高际萍  黄鸿海  荆  凯  刘  杰  郑春梅  侯志军  顾志刚  赵连军 

  田玉清  钮本良  陈海潮  兰  雁  王笑冰  杨小平  马卫东  沈细中 

  孟献颖  李  莉  张俊霞  梁国亭  刘月兰  韩巧兰  杨  明  朱庆平 

  姜乃迁  赖锐勋  张晓丽  王  敏  乔惠中  夏风琴  张卫军  芦晓东 

  周  扬  任松长  张防修  陈书奎  李建培  王松林  曹金刚  史宗伟

  范云峰  郭体英  马继业  窦焕春  张  昭  孙赞盈  张渊龙  苏运启 

  王基柱  朱建奎  温红杰  李广好  安催花  李世滢  张  建  周丽艳

  万占伟


发布时间:2011年08月13日
网站简介 |  网站大事记 |  联系方式 |  免责声明
Copyright 2001-2011 YRCC.CN All Rights Reserved.
豫ICP备 14028857号 水利部黄河水利委员会版权所有
主办:水利部黄河水利委员会 承办:黄河网站 技术支持:信息中心

--> 黄委总机:0371-66020114 地址:郑州市金水路11号 邮编:450004 黄河网站电话:0371-66023875 66023838 66023861
投稿信箱:hhw@yrcc.gov.cn QQ:1029849573