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黄河下游汛期输沙需水量

姜立伟  
【摘要】: 在过去的50多年里,黄河下游的水沙过程发生了显著的变化,二级悬河和主槽萎缩的现象不断加剧,河流的治理面临着巨大的挑战。河道排沙比是描述河道输沙特性的一个重要指标,也是河道科学管理的依据。为了维持下游河道主槽不萎缩并塑造一定的平滩流量,最优的输沙需水量的确定是黄河下游治理过程中需要解决的问题。本文从分析总结1950~2006年黄河下游水沙变化的形势出发,通过建立场次洪水排沙比以揭示河道输沙特性,并以此为基础建立了维持主槽冲淤平衡的汛期输沙需水量的优化模型,最后分别应用了特定年份水沙条件线性回归法和平滩流量计算公式法获得了维持黄河下游4000m3/s平滩流量的汛期输沙需水量。本文得出的主要认识如下: 在1950~2006年间,由于多种因素的综合作用,黄河下游出现了水沙量显著减少,年内径流调平,淤积状况没有得到根本缓解,输沙用水效率降低等现象,如何高效利用水资源输沙入海,减少河道淤积成为黄河治理的重要课题。 从冲积河流的输沙率关系出发,分析黄河下游河道的汛期场次洪水资料,获得了“场次洪水”的排沙比关系式,刻画了“场次洪水”尺度上的黄河下游河道的输沙特性,而排沙比的95%预测区间近似反映了场次洪水排沙比关系的内在不确定性。 基于场次洪水的输沙特性,建立了维持主槽不萎缩的汛期输沙需水量的优化模型,考虑排沙比公式的不确定性,针对特定来沙量情况,给出最优汛期输沙需水量的概率密度分布。当年来沙量为7.6亿t时,概率密度最大的汛期输沙需水量为155亿m3,优化的汛期输沙需水量落在130~180亿m3的概率为42.8%。 根据实测资料,发现下游测站4000m3/s平滩流量对应的5年滑动平均年、汛期水沙量之间存在较好的线性相关性,由此线性回归得到水沙搭配关系和90%的预测区间。通过对比发现,对前期水沙量采用加权平均的形式能够更好的反映前期水沙过程对当前平滩流量的影响,本文利用多元线性回归的方法建立了平滩流量的计算方法。对于相同的来沙量情况,特定年份水沙条件线性回归法和平滩流量计算公式法给出的4000m3/s平滩流量的汛期输沙需水量基本一致。


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