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水 利 学 报
2017年11月 SHUILI XUEBAO 第48卷 第11期
文章编号:0559-9350(2017)11-1280-13
黄河下游河道治理三维数值模拟研究
1,2 1 1 1,3
李肖男 ,张红武 ,钟德钰 ,王永强
(1. 清华大学 水利水电工程系 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京 100084;
2. 长江勘测规划设计研究有限责任公司,湖北 武汉 430010;3. 长江科学院 水资源综合利用研究所,湖北 武汉 430010)
摘要:本文采用三维水沙数学模型,根据不同重现期洪水的设计水沙条件,对黄河下游花园口至艾山河段的去生
产堤方案和两道防线方案进行了模拟计算。重点关注了两种治理方案下不同场次洪水的演进过程、河道冲淤、输
沙特性和典型滩区的分洪退水过程,模拟结果表明:与去生产堤方案相比,两道防线方案中的洪水演进过程因防
护堤的运用方式而在不同场次洪水中差异明显;同时两道防线方案可有效地保护滩区,减缓滩区大规模的淹没,
发挥防灾减灾的功效;此外,从输沙能力变化和冲淤分布比较来看,两道防线方案较去生产堤方案可提高河道的
输沙能力,减少河道的淤积。
关键词:黄河下游;河道治理;两道防线;数值模拟
中图分类号:TV143 文献标识码:A doi :10.13243/ki.slxb
1 研究背景
黄河水少沙多、水沙关系不协调,这一基本特征是导致黄河下游河道健康状况恶化的根本原
因。人民治黄以来对下游河道的治理,一直遵循“宽河固堤”的方针,逐步探索提出了“上拦下排、两
[1] [2]
岸分滞”的洪水应对思路 ,“拦、排、调、放、挖”的泥沙综合处理措施 ;兴建了三门峡、小浪
底、故县、陆浑、河口村等干支流水库和北金堤、东平湖等蓄滞洪区;结合下游河道的整治工程,
[3]
共同构成了黄河下游防洪工程体系 。
由于历史上黄河频繁改道等原因,黄河下游主槽两岸的滩地被生产堤、道路及河道工程分为120
2
多块滩区,其总面积近4 000 km ,居住总人口约190万。宽河固堤的策略中,滩地在行洪、滞洪沉
沙方面发挥着较大作用。
随着社会经济的整体进步和黄河治理的全面推进,滩区的可持续发展与防洪之间的矛盾日益突
[3]
出 。笔者选取河南和山东两省滩区所在县(区)的GDP进行了粗略统计,其中河南省包括 18个县,
山东省涵盖25个县,由于缺乏更具体的数据,这里采用滩区所在县域整体的GDP来表征其经济发展
水平(图1)。可以发现2002年以来,滩区所在县域的GDP总量呈现指数型增长,经济发展迅速。但
由于现存的生产堤多存在修建无序等问题,导致河道防洪安全隐患突出,滩区的防洪安全缺乏保
障。此外经济发展对土地资源的需求加重,而宽河固堤的治理思路下,滩区的发展受到限制。
与此同时,近几十年来受水利与水土保持工程拦截、上游水库调节、沿河用水增加及气候变化
[4-5]
等多重因素影响,进入下游的基流和泥沙量持续减小 。潼关来沙量基本能反映黄土高原的侵蚀量
[6]
及产沙强度,且其水沙条件又同进入黄河下游的水沙量相近 。鉴于1986年黄河上游龙羊峡建成并
收稿日期:2016-10-26;网络出版日期:2017-11-08
网络出版地址:http:///kcms/detail/11.1882.TV0917.001.html
基金项目:国家重点研发计划(2016YFC0402500);国家自然科学基金项目91547204)
作者简
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