黄河下游花园口至夹河滩段含沙量过程预报方法研究

【摘要】： 黄河被誉为“中华民族的摇篮”。然而进入20世纪90年代以来，黄河以下游河道断流，生态环境恶化，水污染加剧，河槽急剧萎缩为社会所关注。面对这种日益恶化的人河相处的环境，人们意识到必须采取措施改变这种局面，达到人河和谐相处。“水少沙多、水沙不平衡”是黄河淤积的根本原因，据此人们提出了“蓄清排浑、拦粗排细、适时放水调沙、淤滩刷槽”等措施。而所有这些举措都离不开合适的水沙条件，若能做到对河道含沙量或输沙率过程进行提前预报，将有利于实施人为调控水沙，协调黄河水沙关系，从而达到人与黄河和谐相处的目的。 由于种种原因，目前黄河尚未有真正可用于实际作业的含沙量预报模型或方法。对含沙量预报方法进行研究与探讨，给出比较适宜的预报方法，不仅是黄河中下游干流水库调度和洪水资源化的需要，还能丰富水文泥沙的学科内容，促进学科的发展。因此，这一工作不仅具有重要的实践意义和应用前景，也具有重要的科学意义。 作为水利部黄河水利委员会治黄专项项目：《黄河中下游干流主要水文站洪水最大含沙量预报方法研究》的一部分，本文以黄河下游花园口至夹河滩河段为研究对象，在对该河段水沙特性进行分析的基础上，分别采用泥沙动力学方法、水文学方法和水文动力学结合的方法建立含沙量过程预报模型，并通过实测资料对三种方法加以验证比较。在分析讨论的基础上，提出相对好的含沙量预报方法。论文的主要内容和研究成果如下： (1)建立了恒定流不平衡输沙模型，非恒定流不平衡输沙模型和响应函数模型；给出了参数率定和作业预报方法；对黄河下游夹河滩站含沙量过程进行模拟预报，借此对模型的预报能力进行检验。检验结果表明除恒定流不平衡输沙模型外，后两种预报模型都具有可操作性和一定的有效性。响应函数模型预报效果令人满意。 (2)分析比较后认为：从模型结构上讲，水力学模型法的物理图形清晰，刻画精细，但对资料要求高，考虑因素多，且这些因素相互作用、影响。因此，在目前观测和对水沙运动认知能力的条件下，完全采用水沙动力学途径进行含沙量过程预报还有精度不高的问题，尚需对方法进行改进。 (3)还认为，在对机理认识不清的条件下，响应函数模型对水沙运动机理不过于追求，主要从宏观上探讨水沙演变规律，所以对资料要求不高，便于实际运用。检验表明响应函数模型用于含沙量过程预报具有很好的精度，但在上游来水来沙异常时，往往产生预报失败。若能兼顾水沙运动机理，响应函数模型将会有更好的精度。 (4)鉴于水力学模型法的物理图形清晰，响应函数模型法对资料要求不高、实际应用方便的特点，将水文学和水动力学方法相结合进行含沙量过程预报是一种值得倡导的方法。