黄河水沙联合调度关键问题与实践

《黄河水沙联合调度关键问题与实践》在充分总结以往研究成果的基础上，采用理论和实测资料分析、数学模型计算等多种技术手段，分析了黄河中下游来水来沙特性，提出了水沙预测方法，分析了高含沙洪水的运动特征，研究了高含沙洪水的“揭河底”机理，建立了水库泥沙淤积神经网络快速预测模型，研究了水库排沙和异重流调度、水库汛期浑水发电与优化调度、水沙联合调度及其对下游河道的影响，给出了调水调沙试验与生产运行实践过程，形成了一套理论与实践紧密结合的成果。
《黄河水沙联合调度关键问题与实践》研究成果可供从事泥沙运动、水沙调控、水资源利用等方面研究、设计和管理的科技人员及高等院校的有关师生参考。

第1章 绪论 1
1.1 水库水沙调控的有关问题 1
1.1.1 黄河水沙特点 1
1.1.2 黄河中游水库概况 5
1.1.3 水沙联合调度所涉及的范畴 7
1.2 国内外水库水沙调控发展研究现状 10
1.2.1 水库泥沙发展研究现状 10
1.2.2 水库优化调度数学模型发展研究现状 14
1.2.3 水沙联合调度发展研究现状 18
1.3 主要研究工作与成果 22
第2章 黄河中下游来水来沙特性与预测 24
2.1 水库来水来沙历史情况特性分析 24
2.2 水文动力系统分析 28
2.2.1 水文动力系统分析方法 28
2.2.2 潼关站计算案例 36
2.3 中长期水沙预测分析 36
2.3.1 BP神经网络对水沙系列的预测 37
2.3.2 自相关—滑动平均模型ARMA（1，1）对水沙系列的预测 42
2.3.3 结果分析 43
2.4 汛期洪峰和沙峰的频率曲线的计算 44
2.4.1 汛期洪峰和沙峰的规律分析 44
2.4.2 汛期洪峰沙峰的频率曲线的建立 45
2.5 本章小结 48
第3章 高含沙洪水的运动特征分析与“揭河底”机理探讨 49
3.1 高含沙洪水的一般特性 49
3.1.1 水文特性 49
3.1.2 河床演变特性 50
3.2 “揭河底”现象概述与基本物理要素分析 52
3.2.1 “揭河底”现象概述 52
3.2.2 “揭河底”表象特征 52
3.2.3 “揭河底”现象基本物理要素分析 53
3.3 “揭河底”现象基本机理分析 54
3.3.1 随机脉动压力下河床成块淤积物起动机理 54
3.3.2 高含沙水流的紊动能量分布 56
3.3.3 低频大尺度紊动能量增加是发生“揭河底”现象的主要原因 57
3.4 “揭河底”厚度计算分析与验证 57
3.4.1 单次“揭河底”厚度计算分析 57
3.4.2 场次洪水“揭河底”深度分析判断 58
3.4.3 历史资料计算验证 59
3.5 2003年小北干流河段“揭河底”预测 60
3.5.1 实测各河段河床泥沙分层概况 60
3.5.2 各河段边界条件界定 62
3.5.3 不同量级洪水“揭河底”可能性分析 62
3.5.4 局部“揭河底”预测计算 65
3.5.5 预测结果分析 66
3.5.6 结论 68
3.6 本章小结 69
第4章 潼关高程的相关分析与库区泥沙淤积神经网络快速预测模型 70
4.1 汛期潼关高程与其相关因子的分析 70
4.1.1 汛期潼关高程下降物理成因分析 71
4.1.2 汛期潼关高程回归模型计算 72
4.1.3 结论 78
4.2 非汛期潼关高程与三门峡水库运用关系分析 79
4.2.1 非汛期潼关高程上升原因分析 79
4.2.2 水库非汛期运用对潼关高程的影响及相关分析 81
4.2.3 合理调整水库运用指标为降低潼关高程创造有利条件 84
4.2.4 结论 85
4.3 库区泥沙冲淤量的模糊神经网络的计算 85
4.3.1 模糊神经网络对三门峡水库泥沙冲淤量的计算 86
4.3.2 结论 92
4.4 本章小结 92
第5章 水库排沙和异重流调度研究 93
5.1 水库洪水期排沙特征分析 93
5.1.1 泥沙调节特点 93
5.1.2 汛期冲刷规律 93
5.1.3 洪水排沙特性 93
5.2 明流及异重流输沙特点 96
5.3 回水淤积与异重流淤积特点 98
5.3.1 三角洲淤积的特点 98
5.3.2 带状淤积的特点 99
5.3.3 锥体淤积的特点 99
5.4 水库异重流联合调度的实例分析 99
5.4.1 小浪底水库异重流传播运行时间分析 99
5.4.2 小浪底水库异重流淤积量分析与估算 100
5.4.3 小浪底水库异重流条件分析与方案设计 101
5.5 本章小结 108
第6章 水库汛期浑水发电与优化调度研究 109
6.1 汛期水库的运用方式 109
6.1.1 问题的提出 109
6.1.2 汛期发电试验水库运用的基本原则 109
6.1.3 汛期发电试验水库运用的主要指标 111
6.1.4 汛期发电试验水库的运用方式 112
6.2 汛期发电效益和影响分析 113
6.2.1 汛期发电效益分析 113
6.2.2 汛期发电的影响分析 119
6.3 基于遗传算法与神经网络的水库优化调度研究 120
6.3.1 遗传算法 121
6.3.2 基于遗传算法与神经网络的水库多目标优化调度研究 123
6.3.3 水沙联合多目标调度计算结果分析 127
6.4 本章小结 129
第7章 水沙联合调度及其对下游河道的影响研究 131
7.1 黄河调水调沙试验概述 131
7.1.1 调水调沙试验缘由 131
7.1.2 黄河调水调沙试验目标 132
7.1.3 调水调沙试验调度边界条件分析 133
7.1.4 调水调沙试验过程 135
7.2 水沙联合调度的关键技术分析 136
7.2.1 水沙联合调度的几种方式 136
7.2.2 水沙联合调度技术路线 137
7.2.3 四库水沙联合调度流程 139
7.2.4 流量对接 140
7.2.5 含沙量对接 140
7.3 洪水过程的模拟和预测 141
7.3.1 洪水特性分析 141
7.3.2 相关系数的计算 142
7.3.3 BP神经网络预测模型的建立 145
7.4 水沙联合调度对下游河道的影响分析 147
7.4.1 对下游河道河势调整、整治工程作用分析 147
7.4.2 下游河道冲淤效果分析 149
7.4.3 河道行洪能力变化分析 153
7.4.4 第二次调水调沙试验对下游河道的影响 160
7.5 水沙联合调度的综合评价分析 160
7.5.1 水沙调度结果达到预案要求 160
7.5.2 验证了调水调沙是治理黄河的有效措施 160
7.5.3 对小浪底水库异重流形成的影响 161
7.5.4 对下游河道的影响 161
7.5.5 存在问题及建议 161
7.6 本章小结 163
第8章 黄河调水调沙调度过程与效果总结 164
8.1 调水调沙调度过程 164
8.1.1 首次试验 164
8.1.2 第二次试验 166
8.1.3 第三次试验 167
8.1.4 2005年汛前调水调沙 168
8.1.5 2006年汛前调水调沙 169
8.1.6 2007年汛前调水调沙 170
8.1.7 2007年汛期调水调沙 172
8.1.8 2008年汛前调水调沙 173
8.1.9 2009年汛前调水调沙 174
8.1.10 2010年汛前调水调沙 176
8.1.11 2010年汛期第一次（7月）调水调沙 177
8.1.12 2010年汛期第二次（8月）调水调沙 178
8.1.13 2011年汛前调水调沙 180
8.1.14 2012年汛前万家寨、三门峡水库高水位对接调水调沙 181
8.1.15 2012年汛期第一次调水调沙（7月23日9 时至29日6时） 182
8.1.16 2012年汛期第二次调水调沙（7月29日6 时至8月6日12时） 182
8.1.17 2013年汛前调水调沙 183
8.1.18 2014年汛前调水调沙 184
8.1.19 2015年汛前调水调沙 186
8.2 调度效果总结 187
第9章 结论 191
参考文献 195
后记 203