摘要：水流挟沙力公式及其参数的选择,对泥沙输移过程计算有重要影响.小浪底水库运行后,黄河下游发生低含沙量洪水的频率增大,因此挟沙力计算关系的适应性需要重新研究.基于河床冲淤判别指标,筛选了小浪底水库运行前后黄河下游低含沙量条件下各水文断面处于冲淤相对平衡时的实测水沙要素,确定了挟沙力系指数与水沙综合参数的计算关系,并应用于黄河下游典型少沙年的水沙输移过程计算.结果表明:挟沙力系指数与水沙综合参数呈密切的函数关系,且随着水沙综合参数的增大逐渐减小并最终保持不变;对比了不同挟沙力模式下2017年黄河下游水沙输移过程的计算结果,当挟沙力系指数采用提出的计算式确定时,游荡段含沙量过程计算值与实测值符合较好,与挟沙力系指数取常数相比,各水文断面平均相对误差降低50%~67%.因此该计算式确定的挟沙力系指数能较好适应水沙条件的沿程变化,可以提高水沙数学模型的计算精度.

摘要：精准快速地预测水沙过程对于高效制订防汛应急方案具有重要意义。选取可记忆时段信息的循环神经网络算法,针对黄河下游游荡河段,按照进口花园口站来水量及来沙量对各年份数据进行分类,分别构建了适用于不同来水来沙类型的循环神经网络水沙预测模型用以预测高村站的水沙过程。模型训练完成后,输入花园口站的水沙数据即可输出对应时段内高村站的水沙数据预测值。预测结果表明:1)数据集预处理时,按照河段进口来水来沙类型进行划分可以提高预测精度,相较不划分方式,洪峰与沙峰的预测精度最高可提升50%以上;2)预测的水沙过程与实测数据符合良好,纳什效率系数(Nash-Sutcliffe efficiency coefficient,NSE)最优分别可达到0.99与0.92,年内汛期与非汛期流量过程的预测效果相近,NSE为0.97左右,而含沙量过程汛期预测结果的NSE为0.88左右,优于非汛期;3)循环神经网络模型对流量过程的预测精度能够达到甚至超过马斯京根法,并且可以弥补马斯京根法不能预报含沙量过程的不足。总体来看,循环神经网络水沙预测方法的精度较高,适用于黄河下游游荡段不同类型水沙过程的预测。

摘要：为提高汛前调水调沙期多目标博弈过程中小浪底水库的综合效益,本文构建了调水调沙模拟与综合效益定量评估数学模型。该模型由3个模块构成,其中:水沙计算模块考虑库区明流与异重流输移及干支流倒回灌过程,水库调度模块衔接库区水沙计算和坝下泥沙冲淤计算,效益评价模块采用经济效益指标衡量水库的综合效益。采用2013年和2014年汛前调水调沙过程对该模型开展了参数率定和验证工作,计算结果可模拟异重流潜入、演进、出库的全过程以及水库调度和发电过程。根据历年调水调沙实践经验选取关键调度参数,最终拟定降低对接水位或减小壅水程度的5种方案,采用模型对各方案展开调水调沙过程计算和综合效益评价。结果表明,调度过程中改变对接水位和壅水程度在减淤效益和兴利效益间存在冲突。通过比较综合经济效益指标,最终推荐对接水位为222.57 m并减小库区壅水的方案作为优选方案,可获得最大的综合效益。

摘要：一维水沙输移及河床冲淤模型中有较多理论上尚未解决的参数,而这些参数对一维模型精度的影响缺少定量分析。本文首先介绍了一维水沙耦合动力学模型,并将其应用于2020年汛期黄河下游的水沙过程模拟。计算结果表明:该模型能准确模拟水位和流量的变化,纳什效率系数基本大于0.85,均方根误差比相应的实测特征值小一个量级;计算沙峰虽然偏大,但计算的含沙量过程与实测过程整体符合,且模型计算的分河段冲淤量与断面地形法实测值较为接近。为分析模型中经验参数对模型计算结果的影响,以水文断面特征水沙参数的纳什效率系数作为目标函数,采用Sobol全局敏感性分析方法计算了各经验参数的敏感度指标。计算结果表明:糙率的总敏感度指标较高,是模型的高敏感参数;目标函数的选取对参数敏感度分析有一定影响,以含沙量纳什效率系数为目标函数时,挟沙力公式的系数及淤积时恢复饱和系数公式中指数的一阶敏感度和总敏感度指标较高;各参数组合对不同目标函数的影响差别较大,但对于同一目标函数存在影响作用相似的参数组合。全局敏感性分析方法刻画了模型参数的敏感性特征,有助于优化水沙数学模型参数取值。

摘要：黄河泥沙主要来源于中游,而水沙灾害在下游最为严重,导致黄河下游河道治理与滩区发展矛盾十分突出。为此,构建了黄河下游水沙演进与洪水风险评估的耦合模型,包括长河段水沙演进的一维模型与局部河段二维水沙演进及洪水风险评估模型。对一维模型,嵌入改进后的动床阻力与水流挟沙力计算公式;对二维模型,采用无结构三角网格,能精确反映主槽及滩区的不规则边界,同时采用有限体积法求解水沙耦合控制方程,并嵌入滩区洪水风险评估模块。采用2017年低含沙洪水过程与2004年高含沙洪水过程分别对不同模块进行了验证。最后采用该耦合模型计算了1958型极端洪水过程中长河段及重点河段的水沙输移过程,并开展了不同治理模式下的滩区洪水风险评估。计算结果表明:1)在当前黄河下游河床边界条件下,洪峰沿程衰减较快。其中夹河滩至高村河段几乎全部漫滩,漫滩历时较长,平均为140 h,漫溢系数平均为1.5,是下游漫滩最严重的河段;2)在现状边界条件下,群众及农作物等受淹对象处于高风险区(风险等级大于0.85)的面积均最大。在防护堤模式下,群众处于高风险区的面积很小,占比仅为23%,但农作物处于高风险的面积较大。在三滩分治模式下,房屋及农作物处于高风险区面积均最小,高滩上仅7.3 km2区域中的人群将处于高洪水风险中。