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近期黃河下游河床演變特點及灘區洪水風險評估 版權信息
- ISBN：9787030679338
- 條形碼：9787030679338 ; 978-7-03-067933-8
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
近期黃河下游河床演變特點及灘區洪水風險評估 本書特色
本書理論聯系實際，對于黃河灘區洪水的風險評估構建了基于力學過程的洪水風險評估模型
近期黃河下游河床演變特點及灘區洪水風險評估 內容簡介
本書采用實測資料分析、力學理論分析、概化水槽試驗、概化模型試驗及數學模型計算相結合的研究方法，開展近期黃河下游河床演變特點及灘區洪水風險評估的研究。本書主要研究內容：提出基于河段尺度的河床演變特征參數的計算方法；研發一維水沙耦合模型與基于有限體積法求解的二維水沙動力學模型；創新構建基于力學過程的洪水演進與風險評估的二維綜合數學模型。
近期黃河下游河床演變特點及灘區洪水風險評估 目錄
目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景及意義 1
1.1.1 研究背景 1
1.1.2 研究意義 3
1.2 研究現狀及存在問題 4
1.2.1 壩下游河床演變分析 4
1.2.2 灘區水沙演進與洪水風險評估 7
1.3 選題意義及研究內容 9
1.3.1 選題意義 9
1.3.2 研究內容 10
第2章 黃河下游水沙條件及河床演變特點 12
2.1 黃河下游河段概況 12
2.1.1 黃河下游不同河型河段概述 12
2.1.2 黃河下游不同河型河段的斷面形態 14
2.2 黃河下游河段不同時期的來水來沙過程及特點 16
2.2.1 黃河下游河段來水來沙過程的一般特點 17
2.2.2 黃河下游河段不同時期的來水來沙特點 18
2.3 黃河下游河段不同時期的河床沖淤過程及特點 22
2.3.1 小浪底水庫運用前黃河下游河床沖淤過程及特點 23
2.3.2 小浪底水庫運用后黃河下游河床沖淤過程及特點 25
2.4 黃河下游河段不同時期的橫斷面形態調整 27
2.4.1 小浪底水庫運用前下游河段的橫斷面形態調整 27
2.4.2 小浪底水庫運用后下游河段的橫斷面形態調整 30
2.5 黃河下游河段不同時期的河床縱剖面調整 31
2.6 本章小結 34
第3章 黃河下游平灘河槽形態調整過程及特點 35
3.1 平灘河槽形態參數的確定方法 35
3.1.1 斷面尺度平灘河槽形態的確定方法 37
3.1.2 河段尺度平灘河槽形態的確定方法 39
3.2 黃河下游不同河段平灘河槽形態參數的計算結果及分析 41
3.2.1 游蕩段平灘河槽形態調整過程及特點 41
3.2.2 過渡段平灘河槽形態調整過程及特點 45
3.2.3 彎曲段平灘河槽形態調整過程及特點 48
3.2.4 斷面與河段尺度的平灘河槽形態對比 50
3.3 河段平灘河槽形態與前期水沙條件之間的關系 51
3.3.1 游蕩段平灘河槽形態與前期水沙條件之間的關系 55
3.3.2 過渡段平灘河槽形態與前期水沙條件之間的關系 61
3.3.3 彎曲段平灘河槽形態與前期水沙條件之間的關系 64
3.4 本章小結 67
第4章 黃河下游平灘流量調整過程及特點 69
4.1 平灘流量的概念 69
4.2 斷面及河段尺度平灘流量的計算方法 70
4.2.1 斷面尺度平灘流量的計算方法 70
4.2.2 河段尺度平灘流量的計算方法 74
4.3 黃河下游平灘流量計算結果及分析 76
4.3.1 不同方法計算的典型斷面平灘流量結果及比較 76
4.3.2 各河段平灘流量的計算結果及分析 81
4.4 河段平灘流量與來水來沙條件之間的關系 83
4.4.1 河段平灘流量與流量及來沙系數的關系 84
4.4.2 河段平灘流量與水流沖刷強度的關系 87
4.5 本章小結 90
第5章 黃河下游主槽的動床阻力計算 91
5.1 沖積河流阻力構成及研究現狀 91
5.1.1 沖積河流阻力構成 91
5.1.2 動床阻力的計算方法 92
5.1.3 動床阻力的研究現狀 96
5.2 沖積河流床面形態判別及能態分區 97
5.2.1 沖積河流的床面形態類型 97
5.2.2 沖積河流阻力的水流能態分區 98
5.3 黃河下游主槽動床阻力數據整理及影響因素分析 102
5.3.1 黃河下游動床阻力數據整理 102
5.3.2 阻力影響因素分析及代表性參數選取 103
5.4 現有動床阻力公式的驗證及比較 106
5.4.1 現有代表性動床阻力公式介紹 106
5.4.2 現有動床阻力公式的驗證 110
5.4.3 現有動床阻力公式計算結果的比較 112
5.5 黃河下游主槽動床阻力公式的建立 113
5.5.1 不考慮水流能態分區的動床阻力計算公式 113
5.5.2 基于水流能態分區的動床阻力計算公式及其率定 115
5.5.3 基于水流能態分區的動床阻力公式的驗證 119
5.6 本章小結 122
第6章 黃河下游灘區的植被阻力計算 123
6.1 灘區植被阻力研究現狀 123
6.1.1 含植物水流的紊動特性研究 124
6.1.2 含植物水流的阻力特性研究 126
6.2 灘區植被阻力的概化水槽試驗 130
6.2.1 水槽試驗介紹 130
6.2.2 試驗流程及組次 132
6.2.3 試驗測量內容 133
6.3 含植物渾水的紊動特性試驗結果 135
6.3.1 縱向流速分布特性 135
6.3.2 雷諾應力分布特性 140
6.3.3 紊動強度分布特性 143
6.4 含植物渾水的阻力特性試驗結果 150
6.4.1 植物拖曳力系數的試驗結果 150
6.4.2 達西-魏斯巴赫阻力系數的試驗結果 154
6.4.3 曼寧阻力系數的試驗結果 154
6.5 本章小結 160
第7章 黃河下游河道洪水演進過程的一維水沙數學模型 162
7.1 一維水沙數學模型研究現狀 162
7.2 一維水沙耦合模型框架及其構成 164
7.2.1 控制方程及數值計算方法 164
7.2.2 模型關鍵問題處理 167
7.3 一維水沙耦合數學模型的率定及驗證 170
7.3.1 研究河段概況 170
7.3.2 一維水沙數學模型率定 171
7.3.3 模型驗證(1992年游蕩段高含沙洪水過程) 177
7.3.4 模型驗證(2004年游蕩段高含沙洪水過程) 180
7.4 不同斷面間距對模型計算結果的影響 183
7.4.1 黃河下游統測斷面介紹 184
7.4.2 斷面間距對模擬結果的影響分析 186
7.5 不同沖淤分配模式對計算結果的影響 188
7.5.1 現有沖淤分配模式介紹 188
7.5.2 沖淤分配模式對計算結果的影響分析 190
7.6 新動床阻力公式的模擬結果及其分析 191
7.7 本章小結 193
第8章 黃河下游灘區洪水的二維水沙數學模型 195
8.1 二維水沙數學模型研究現狀 195
8.2 二維水沙耦合數學模型的建立 196
8.2.1 二維渾水控制方程 197
8.2.2 渾水控制方程的數值求解 199
8.3 二維水沙耦合數學模型的率定及驗證 204
8.3.1 理想條件下二維瞬時局部潰壩水流模擬 204
8.3.2 逐漸收縮及放寬水槽內潰壩水流模擬 205
8.3.3 突然展寬水槽內潰壩水流演進與床面沖淤模擬 206
8.3.4 局部可沖刷水槽內潰壩水流引起的床面沖淤模擬 207
8.4 黃河下游典型灘區洪水演進過程模擬 208
8.4.1 黃河下游典型灘區概況 209
8.4.2 灘區漫灘洪水的概化模型試驗 211
8.4.3 灘區概化模型中洪水演進過程的數值模擬 216
8.5 網格尺度、村莊糙率及植被阻力對模擬結果的影響 222
8.5.1 網格尺度及村莊糙率對模擬結果的影響 222
8.5.2 考慮植被阻力對模擬結果的影響 231
8.6 本章小結 240
第9章 洪水中人體失穩機理及標準 241
9.1 洪水中人體失穩機理及標準的研究現狀 241
9.1.1 洪災中人員傷亡情況概述 241
9.1.2 國內外典型洪水災害介紹 243
9.1.3 洪水中人體失穩標準的研究現狀 245
9.2 基于力學機理的洪水作用下人體失穩標準 250
9.2.1 洪水作用下人體失穩的力學分析 250
9.2.2 洪水中人體失穩的概化水槽試驗及參數率定 255
9.2.3 與已有真實人體失穩試驗結果的比較 258
9.3 不同坡度下洪水中人體的失穩標準 262
9.3.1 斜坡上洪水中人體跌倒失穩公式 262
9.3.2 不同坡度下洪水中人體失穩的水槽試驗及參數率定 264
9.3.3 與真實人體試驗結果對比 266
9.4 本章小結 268
第10章 灘區洪水中財產損失率的計算 270
10.1 洪水中財產損失率計算的研究現狀 270
10.2 灘區洪水中房屋損失率的計算 272
10.2.1 洪水中房屋損失的影響因素分析 272
10.2.2 洪水中房屋損失率的計算方法 274
10.2.3 黃河下游灘區洪水中房屋損失率計算 278
10.3 灘區洪水中主要農作物損失率的計算 279
10.3.1 洪水中農作物耐淹能力及損失率影響因素分析 280
10.3.2 黃河下游灘區洪水中農作物損失率計算 281
10.4 本章小結 282
第11章 灘區洪水演進與風險評估二維綜合模型及其應用 284
11.1 灘區洪水演進與風險評估二維綜合模型 284
11.1.1 生產堤潰口展寬計算模塊 284
11.1.2 不同受淹對象的洪水風險評估模塊 286
11.1.3 灘區群眾避難逃生路線優選模塊 286
11.2 二維綜合模型驗證 291
11.2.1 具有復雜地形的Toce河模型中的水流過程模擬 291
11.2.2 具有不同房屋分布灘區概化模型中的洪水演進過程模擬 292
11.2.3 生產堤潰口展寬概化模型中的水沙過程模擬 299
11.3 二維綜合模型在黃河下游灘區的初步應用 302
11.3.1 不同場次洪水的計算條件 302
11.3.2 2003年漫灘洪水演進模擬與風險評估的結果分析 307
11.3.3 “1958年”型灘區洪水演進模擬與風險評估的結果分析 313
11.4 本章小結 322
參考文獻 324
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景及意義 1
1.1.1 研究背景 1
1.1.2 研究意義 3
1.2 研究現狀及存在問題 4
1.2.1 壩下游河床演變分析 4
1.2.2 灘區水沙演進與洪水風險評估 7
1.3 選題意義及研究內容 9
1.3.1 選題意義 9
1.3.2 研究內容 10
第2章 黃河下游水沙條件及河床演變特點 12
2.1 黃河下游河段概況 12
2.1.1 黃河下游不同河型河段概述 12
2.1.2 黃河下游不同河型河段的斷面形態 14
2.2 黃河下游河段不同時期的來水來沙過程及特點 16
2.2.1 黃河下游河段來水來沙過程的一般特點 17
2.2.2 黃河下游河段不同時期的來水來沙特點 18
2.3 黃河下游河段不同時期的河床沖淤過程及特點 22
2.3.1 小浪底水庫運用前黃河下游河床沖淤過程及特點 23
2.3.2 小浪底水庫運用后黃河下游河床沖淤過程及特點 25
2.4 黃河下游河段不同時期的橫斷面形態調整 27
2.4.1 小浪底水庫運用前下游河段的橫斷面形態調整 27
2.4.2 小浪底水庫運用后下游河段的橫斷面形態調整 30
2.5 黃河下游河段不同時期的河床縱剖面調整 31
2.6 本章小結 34
第3章 黃河下游平灘河槽形態調整過程及特點 35
3.1 平灘河槽形態參數的確定方法 35
3.1.1 斷面尺度平灘河槽形態的確定方法 37
3.1.2 河段尺度平灘河槽形態的確定方法 39
3.2 黃河下游不同河段平灘河槽形態參數的計算結果及分析 41
3.2.1 游蕩段平灘河槽形態調整過程及特點 41
3.2.2 過渡段平灘河槽形態調整過程及特點 45
3.2.3 彎曲段平灘河槽形態調整過程及特點 48
3.2.4 斷面與河段尺度的平灘河槽形態對比 50
3.3 河段平灘河槽形態與前期水沙條件之間的關系 51
3.3.1 游蕩段平灘河槽形態與前期水沙條件之間的關系 55
3.3.2 過渡段平灘河槽形態與前期水沙條件之間的關系 61
3.3.3 彎曲段平灘河槽形態與前期水沙條件之間的關系 64
3.4 本章小結 67
第4章 黃河下游平灘流量調整過程及特點 69
4.1 平灘流量的概念 69
4.2 斷面及河段尺度平灘流量的計算方法 70
4.2.1 斷面尺度平灘流量的計算方法 70
4.2.2 河段尺度平灘流量的計算方法 74
4.3 黃河下游平灘流量計算結果及分析 76
4.3.1 不同方法計算的典型斷面平灘流量結果及比較 76
4.3.2 各河段平灘流量的計算結果及分析 81
4.4 河段平灘流量與來水來沙條件之間的關系 83
4.4.1 河段平灘流量與流量及來沙系數的關系 84
4.4.2 河段平灘流量與水流沖刷強度的關系 87
4.5 本章小結 90
第5章 黃河下游主槽的動床阻力計算 91
5.1 沖積河流阻力構成及研究現狀 91
5.1.1 沖積河流阻力構成 91
5.1.2 動床阻力的計算方法 92
5.1.3 動床阻力的研究現狀 96
5.2 沖積河流床面形態判別及能態分區 97
5.2.1 沖積河流的床面形態類型 97
5.2.2 沖積河流阻力的水流能態分區 98
5.3 黃河下游主槽動床阻力數據整理及影響因素分析 102
5.3.1 黃河下游動床阻力數據整理 102
5.3.2 阻力影響因素分析及代表性參數選取 103
5.4 現有動床阻力公式的驗證及比較 106
5.4.1 現有代表性動床阻力公式介紹 106
5.4.2 現有動床阻力公式的驗證 110
5.4.3 現有動床阻力公式計算結果的比較 112
5.5 黃河下游主槽動床阻力公式的建立 113
5.5.1 不考慮水流能態分區的動床阻力計算公式 113
5.5.2 基于水流能態分區的動床阻力計算公式及其率定 115
5.5.3 基于水流能態分區的動床阻力公式的驗證 119
5.6 本章小結 122
第6章 黃河下游灘區的植被阻力計算 123
6.1 灘區植被阻力研究現狀 123
6.1.1 含植物水流的紊動特性研究 124
6.1.2 含植物水流的阻力特性研究 126
6.2 灘區植被阻力的概化水槽試驗 130
6.2.1 水槽試驗介紹 130
6.2.2 試驗流程及組次 132
6.2.3 試驗測量內容 133
6.3 含植物渾水的紊動特性試驗結果 135
6.3.1 縱向流速分布特性 135
6.3.2 雷諾應力分布特性 140
6.3.3 紊動強度分布特性 143
6.4 含植物渾水的阻力特性試驗結果 150
6.4.1 植物拖曳力系數的試驗結果 150
6.4.2 達西-魏斯巴赫阻力系數的試驗結果 154
6.4.3 曼寧阻力系數的試驗結果 154
6.5 本章小結 160
第7章 黃河下游河道洪水演進過程的一維水沙數學模型 162
7.1 一維水沙數學模型研究現狀 162
7.2 一維水沙耦合模型框架及其構成 164
7.2.1 控制方程及數值計算方法 164
7.2.2 模型關鍵問題處理 167
7.3 一維水沙耦合數學模型的率定及驗證 170
7.3.1 研究河段概況 170
7.3.2 一維水沙數學模型率定 171
7.3.3 模型驗證(1992年游蕩段高含沙洪水過程) 177
7.3.4 模型驗證(2004年游蕩段高含沙洪水過程) 180
7.4 不同斷面間距對模型計算結果的影響 183
7.4.1 黃河下游統測斷面介紹 184
7.4.2 斷面間距對模擬結果的影響分析 186
7.5 不同沖淤分配模式對計算結果的影響 188
7.5.1 現有沖淤分配模式介紹 188
7.5.2 沖淤分配模式對計算結果的影響分析 190
7.6 新動床阻力公式的模擬結果及其分析 191
7.7 本章小結 193
第8章 黃河下游灘區洪水的二維水沙數學模型 195
8.1 二維水沙數學模型研究現狀 195
8.2 二維水沙耦合數學模型的建立 196
8.2.1 二維渾水控制方程 197
8.2.2 渾水控制方程的數值求解 199
8.3 二維水沙耦合數學模型的率定及驗證 204
8.3.1 理想條件下二維瞬時局部潰壩水流模擬 204
8.3.2 逐漸收縮及放寬水槽內潰壩水流模擬 205
8.3.3 突然展寬水槽內潰壩水流演進與床面沖淤模擬 206
8.3.4 局部可沖刷水槽內潰壩水流引起的床面沖淤模擬 207
8.4 黃河下游典型灘區洪水演進過程模擬 208
8.4.1 黃河下游典型灘區概況 209
8.4.2 灘區漫灘洪水的概化模型試驗 211
8.4.3 灘區概化模型中洪水演進過程的數值模擬 216
8.5 網格尺度、村莊糙率及植被阻力對模擬結果的影響 222
8.5.1 網格尺度及村莊糙率對模擬結果的影響 222
8.5.2 考慮植被阻力對模擬結果的影響 231
8.6 本章小結 240
第9章 洪水中人體失穩機理及標準 241
9.1 洪水中人體失穩機理及標準的研究現狀 241
9.1.1 洪災中人員傷亡情況概述 241
9.1.2 國內外典型洪水災害介紹 243
9.1.3 洪水中人體失穩標準的研究現狀 245
9.2 基于力學機理的洪水作用下人體失穩標準 250
9.2.1 洪水作用下人體失穩的力學分析 250
9.2.2 洪水中人體失穩的概化水槽試驗及參數率定 255
9.2.3 與已有真實人體失穩試驗結果的比較 258
9.3 不同坡度下洪水中人體的失穩標準 262
9.3.1 斜坡上洪水中人體跌倒失穩公式 262
9.3.2 不同坡度下洪水中人體失穩的水槽試驗及參數率定 264
9.3.3 與真實人體試驗結果對比 266
9.4 本章小結 268
第10章 灘區洪水中財產損失率的計算 270
10.1 洪水中財產損失率計算的研究現狀 270
10.2 灘區洪水中房屋損失率的計算 272
10.2.1 洪水中房屋損失的影響因素分析 272
10.2.2 洪水中房屋損失率的計算方法 274
10.2.3 黃河下游灘區洪水中房屋損失率計算 278
10.3 灘區洪水中主要農作物損失率的計算 279
10.3.1 洪水中農作物耐淹能力及損失率影響因素分析 280
10.3.2 黃河下游灘區洪水中農作物損失率計算 281
10.4 本章小結 282
第11章 灘區洪水演進與風險評估二維綜合模型及其應用 284
11.1 灘區洪水演進與風險評估二維綜合模型 284
11.1.1 生產堤潰口展寬計算模塊 284
11.1.2 不同受淹對象的洪水風險評估模塊 286
11.1.3 灘區群眾避難逃生路線優選模塊 286
11.2 二維綜合模型驗證 291
11.2.1 具有復雜地形的Toce河模型中的水流過程模擬 291
11.2.2 具有不同房屋分布灘區概化模型中的洪水演進過程模擬 292
11.2.3 生產堤潰口展寬概化模型中的水沙過程模擬 299
11.3 二維綜合模型在黃河下游灘區的初步應用 302
11.3.1 不同場次洪水的計算條件 302
11.3.2 2003年漫灘洪水演進模擬與風險評估的結果分析 307
11.3.3 “1958年”型灘區洪水演進模擬與風險評估的結果分析 313
11.4 本章小結 322
參考文獻 324
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近期黃河下游河床演變特點及灘區洪水風險評估 節選
第1章 緒論 1.1 研究背景及意義 1.1.1 研究背景 1. 黃河下游河床演變概況 沖積河流上修建水庫后，改變了進入下游河道的水沙條件，必然會引起壩下游河流的再造床過程。尤其在水庫運用初期，壩下游河流將發生自上而下的普遍沖刷，使得河床形態發生顯著調整。這些壩下游河流的演變特點，將對河道防洪、灘區土地利用等方面帶來一系列的影響(錢寧， 1958; 胡春宏， 2005; 潘賢娣等， 2006; 陳建國等， 2012)。在水庫運用初期，壩下游河床演變過程通常包括河床持續沖刷、縱比降調整、河床粗化、斷面及平面形態變化、過流能力調整等方面(Williams and Wolman， 1984; 趙業安等， 1998; Wu et al.， 2008a; Xia et al.， 2014a， 2014b)。黃河中上游水庫的修建對下游的水沙過程具有巨大的調節作用，在水庫運用初期下游河床會產生長距離、長時間的調整過程。 三門峽水庫位于黃河中游下段，控制流域面積為68.8萬km2，是黃河干流上興建的**座以防洪為主的綜合性水利樞紐。根據1919～1989年的水文統計資料，多年平均入庫流量為1310m3/s，平均含沙量為34.7kg/m3，歷史**流量為22000m3/s，**含沙量為911kg/m3(楊慶安等， 1995)。三門峽水庫控制著黃河中游河口鎮至龍門和龍門至三門峽區間兩個主要洪水來源區，在小浪底水庫修建之前三門峽水庫承擔著黃河上*主要的防洪任務。三門峽水庫建成運用后，經歷了蓄水運用、滯洪排沙運用和蓄清排渾運用三個階段(趙業安等， 1998; 潘賢娣等， 2006)。在蓄水運用期(1960～1964年)，黃河下游發生持續沖刷，累積沖刷泥沙23.1億t，其中游蕩段占73%。長時間清水沖刷使得游蕩段演變過程較為復雜，河床斷面調整既有縱向下切又有橫向展寬。花園口至高村河段的灘地4年內累積坍塌面積約為200km2，二灘之間的河槽平均展寬超過1000m(潘賢娣等， 2006)。在滯洪排沙運用期(1964～1973年)，由于受泄流規模的限制，各級洪水仍有不同程度的滯洪作用，下游河道累積淤積泥沙為39.5億t，其中游蕩段占67.7%。在蓄清排渾運用期(1973～1999年)，水庫在非汛期蓄水攔沙，汛期降低水位控制排沙。因入庫水沙條件的變化，黃河下游河道經歷了先淤積后沖刷再持續淤積的過程，該時期下游累積淤積量達42.5億t，其中游蕩段占57.9%。 小浪底水庫位于黃河中游*后一個峽谷段，控制流域面積為69.4萬km2，是黃河干流三門峽以下**具有較大庫容的控制性工程，既可有效地控制黃河下游洪水，又可利用其淤沙庫容攔截泥沙，進行調水調沙運用，減緩下游河床淤積(張俊華等， 2007)。小浪底水庫自1999年10月開始蓄水，至2015年10月已經蓄水攔沙運用16年，將絕大多數中粗泥沙攔在水庫里，庫區共淤積泥沙約為30.7億m3。在小浪底水庫蓄水攔沙期間，進入黃河下游的泥沙顯著減少，從而使得下游河道發生了持續沖刷。根據斷面法計算，這16年間黃河下游累積沖刷泥沙約為18.66億m3，其中高村以上游蕩段沖刷*為顯著，占整個下游沖刷量的72%。在近期黃河下游持續沖刷過程中，河床斷面形態調整較為顯著，下游不同河型河段的河床調整均表現為向窄深方向發展，其中游蕩段主槽展寬較為明顯，過渡段及彎曲段的平灘河寬調整較小。河床平面形態總體保持穩定，與小浪底水庫運用前相比，各個河段深泓擺動幅度均有所下降(夏軍強等， 2016， 2019)。近期實測資料分析表明，小浪底水庫運用以來，黃河下游的洪水演進特性、水沙輸移特點及河床沖淤規律更加復雜，尤其在游蕩型河段(陳建國等， 2012; 齊璞等， 2014; Xia et al.， 2014a， 2014b)。 2. 下游灘區洪水及洪災損失概況 黃河下游共有120多個自然灘，面積約為4050km2，占下游河道總面積的80% (牛玉國等， 2013)。據統計，在黃河下游花園口站自1949年以來的48年實測資料中，洪峰流量超過10000m3/s的共計12次，**為1958年7月的22300m3/s；流量7000～10000m3/s的洪峰共計35次；自1982年8月花園口站出現流量為15300m3/s的洪峰以來，下游未再出現過洪峰流量超過10000m3/s的洪水。特別是三門峽水庫蓄清排渾控制運用以來，下游每年汛期均為中小洪水，其中1996年8月流量為7860m3/s的洪峰為1982年8月以后**的一次(蘇運啟等， 2006)。 據1950～2004年資料不完全統計，黃河下游共發生漫灘洪水44次，嚴重影響了灘區群眾的生命財產安全。例如，在1996年8月漫灘洪水中，緊急轉移群眾56萬人，倒塌及損壞房屋67.5萬間，直接經濟損失達65億元(牛玉國等， 2013)。盡管小浪底水庫運用后大大減輕了黃河下游的防洪壓力，但無法控制小浪底至花園口(小—花)間產生的區間洪水，下游發生超過10000m3/s大洪水的風險依然存在(端木禮明和成剛， 2003)；經過20多年的蓄水攔沙運用，下游河道主槽過流能力顯著提高，但局部河段的平灘流量仍不到4000m3/s，尤其是“二級懸河”河段的洪水威脅仍很嚴重。因此可以認為黃河下游出現漫灘洪水的風險依然存在，一旦發生必然嚴重威脅到灘區群眾的生命財產安全(夏軍強等， 2008; Hu[李1] et al.， 2012)。 1.1.2 研究意義 小浪底水庫運用前后，黃河下游河道的河床調整較為劇烈，平灘河槽形態及過流能力發生了顯著變化，尤其在游蕩段。此外，黃河下游灘區是當地群眾賴以生存的場所，同時也承擔蓄洪、滯洪及沉沙的功能，故洪水風險仍是灘區社會經濟發展的主要制約因素。但隨著近期黃河下游河床的進一步調整，灘區洪水風險也隨之發生變化。因此開展近期黃河下游河床演變特點及灘區洪水風險評估的研究，是當前迫切需要解決的關鍵問題。 1. 黃河下游河床演變的研究意義 在沖積河流上修建水庫后，下游河道將失去平衡。壩下游河流為建立新的平衡，必然將發生一系列的變化，尤其在河床形態調整方面。小浪底水庫的運用改變了進入黃河下游的水沙過程，沙量急劇減少導致下游河床發生持續沖刷。因此研究近期黃河下游的河床演變規律，具有十分重要的科學意義。 黃河下游河床演變過程復雜，影響因素較多，在現階段要做出精確的定量分析與長期預報，仍存在不少困難(謝鑒衡， 2004; 王光謙， 2007)。目前常見的河工模型試驗及水沙數學模型，已廣泛地應用于預測壩下游河流的長期演變過程(胡春宏和郭慶超， 2004; 王光謙， 2007)。除了這些傳統的物理模型和數學模型，基于水沙運動基本理論，結合河道實測資料分析而提出的經驗模型或概化模型，也能用于分析壩下游河流的演變過程(梁志勇等， 2005; 胡春宏等， 2006; Shin and Julien， 2010; Wu et al.， 2012; Xia et al.， 2014a， 2014b)。但常見的基于平衡態河流河床演變的分析方法，如各類水力幾何形態關系或河相關系等，僅能給出平衡或準平衡條件下河床形態與水沙條件之間的經驗或半經驗關系(陳緒堅和胡春宏， 2006; Lee and Julien， 2006)。盡管河床演變自動調整原理指出了非平衡態河床調整的方向和目標，但目前缺乏描述非平衡態河流演變過程的理論和方法，通常較多地采用指數或冪函數等非線性函數來描述壩下游河床形態的調整過程(Graf， 1977; 吳保生， 2008; Wu et al.， 2008b; Shin and Julien， 2010; Wu et al.， 2012)。與以往數學模型研究河床演變過程不同，基于河床演變自動調整原理及變率方程的滯后響應模型，已用于分析壩下游河流典型斷面的宏觀調整過程(吳保生， 2008)。另外由于壩下游河流的河床形態沿程變化較大，河段內某一特定斷面的調整過程難以反映整個河段的演變規律，因此需要采用河段平均的特征變量來描述河段整體的變化過程(梁志勇等， 2005; Harman et al.， 2008; Xia et al.， 2014a， 2014b)。 上述分析表明，常見的河床演變分析方法多適用于平衡態河流，不適用于預測壩下游河流大尺度及長時間的調整過程。基于自動調整原理的河床變形與相應水沙過程之間的滯后響應模型，通常僅適用于計算特定水文斷面的河床調整，不適用于預報整個河段的宏觀演變過程。因此需要提出基于河段尺度的河床演變分析方法，建立相應的河床演變概化模型，用于預測黃河下游河段的河床演變趨勢。 2. 灘區洪水模擬及風險評估的研究意義 開展灘區水沙演進模擬技術及洪水風險評估方法的研究，是當前黃河下游灘區治理中迫切需要解決的關鍵問題。漫灘洪水中群眾生命財產安全程度的計算需要解決兩個關鍵問題：復雜條件下主槽及灘區洪水演進過程的模擬技術(周孝德等， 1996; 程曉陶等， 1998; 劉樹坤等， 1999; 孫東坡等， 2007)；洪水中群眾生命財產安全程度的評估方法(Xia et al.， 2011)。水沙演進模擬既是開展灘區洪水風險評估的前提，也是河流動力學研究中的重要內容之一。洪水演進模擬的計算精度一般取決于阻力、挾沙力計算、合適的控制方程及數值求解方法等(謝鑒衡， 1990)。黃河下游復雜的河道形態特征與水沙過程表明主槽的動床阻力不易確定；灘區植被種類多及阻水建筑物分布復雜，故也不易確定灘地阻力(錢寧等， 1959; 程曉陶等， 1998)。現有半經驗、半理論的阻力公式都不能較好地描述黃河下游主槽及灘地阻力的變化規律。另外常用的水沙非耦合解法不能考慮床面沖淤對洪水演進的影響，僅適用于低含沙量水流且床面沖淤速率較小的情況(謝鑒衡， 1990)。因此為了精確地模擬黃河下游的洪水演進過程，必須完善現有河流動力學中的阻力及水流挾沙力計算方法，同時采用合適的控制方程及數值求解方法。漫灘洪水中群眾生命財產安全程度的評估主要涉及洪水中各類受淹對象(人體與財產)穩定性的計算方法。以往的洪水風險評估通常按**淹沒水深大小劃分洪泛區的危險程度，沒有考慮洪水中各類受淹對象的受力特點對其穩定性的影響(劉樹坤等， 1991; 姜付仁和向立云， 2002)。因此不能簡單地以水深大小作為洪水中群眾生命財產安全評估的標準。 上述分析表明，現有黃河下游洪水演進的模擬技術及洪水風險的評估方法相對落后，需要進一步完善及改進。故開展上述兩方面的研究，對拓展與豐富河流動力學的研究內容，具有重要的科學意義及實用價值。 1.2 研究現狀及存在問題 1.2.1 壩下游河床演變分析 1. 傳統的河床演變分析方法 目前預測壩下游河流的長期演變過程常采用河工模型試驗及水沙數學模型。尤其是一、二維數學模型，仍是研究壩下游河床演變的主要方法(謝鑒衡和魏良琰， 1987; 李義天等， 2011)。郭慶超等(2005)建立了基于非均勻沙不平衡輸移理論的一維水沙數學模型，研究了小浪底水庫單獨運用以及小浪底與古賢水庫聯合運用80年內黃河下游的沖淤過程。盡管一維水沙數學模型中研究范圍可覆蓋整個壩下游河段，但結果通常僅能提供斷面平均的水沙因子及沖淤厚度等有限信息，一般不能預測壩下游河流的河寬調整。針對一維水沙數學模型計算結果的局限性，二維水沙數學模型已用于計算壩下游典型河段的沖淤過程。如夏軍強等(2005)建立了平面二維河床縱向與橫向變形模型，較好地模擬出了黃河下游游蕩段非汛期槽淤灘沖與汛期槽沖灘淤的過程。由于對水沙運動及河床演變機理等方面認識上的不足，現有數學模型所用的基礎理論存在一定的局限性，如計算中仍采用一些假定或經驗系數，對于一些關鍵參數及計算模式的處理仍不夠完善。因此這些局限性使得模型預測結果的經驗性很強，由此可能帶來計算成果的不合理。
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