关于黄河的数学手抄报Word格式.docx

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成立由李国英主任为组长的黄委“数字黄河”工程数学模拟系统研发工作领导小组，加强了对“数字黄河”工程数学模拟系统研发工作的领导和协调。

并明确提出近期数学模拟系统开发建设的重点是：

建设与完善黄土高原水土流失和水沙预报模型、中游水库群水沙联合调度模型、黄河下游河道水沙演进模型、河口模型、水质预警预报模型和宁蒙河段冰凌预报模型等六大模型系统。

六大数学模拟系统建设的意见

2.1黄河下游河道水沙演进模型

2.1.1河道情况

黄河自河南省孟津县白鹤镇至山东省垦利县入海口，河长878km，河道总面积为4647km2（含封丘倒灌区407km2），其中滩区面积为3956km2，占河道总面积的85%，滩区居住180万人，具有375万亩耕地。

河道一般为复式河槽，多数河段存在着不同程度的“二级悬河”。

河道上宽下窄，艾山以上河段堤距一般宽5～15km，最宽达20多km；

艾山以下河段堤距一般宽为0.5～5km，最窄处艾山断面为275m。

2.1.2模拟需求

（1）防汛调度：

需要预报沿程断面的洪峰流量、峰现时间、最高水位、洪水历时、洪水总量；

漫滩范围、社经损失、河势表现、工程险情；

泥沙含量、沙峰时间、泥沙总量、沿程冲淤及横向分布等。

（2）水量调度：

需要预报不同流量情况下的水流演进时间、各河段河道内的流量衰减、水位表现、最大泥沙含量等。

（3）调水调沙：

需要预报沿程断面的洪峰流量、峰现时间、最高水位、洪水历时、洪水总量、流量是否增值；

河势表现、工程险情；

泥沙含量、沙峰时间、泥沙总量、沿程冲淤等。

2.1.3模拟方法

2.1.4存在问题与难点

（2）黄河水沙性质异常，未知因素多。

由于黄河泥沙含量大小不同、粗细不同和河床为地上河、冲淤变化快等原因，黄河上有许多其他江河没有，还需要进一步作理论研究的问题。

一是流量沿程增值。

黄河多次出现无区间来水的情况下，下断面流量大于上断面流量情况；

二是“假潮”现象。

也就是在整个河道水流比较稳定的情况下，艾山等水文断面经常出现定时短时段高水位、大流量；

三是“浆河”现象。

当黄河下游出现高含沙洪水时，有时河道水流不流动；

四是在黄河其他河段还有“揭河底”现象。

当流量和含沙量达到某一量级时，河道不仅不淤积，反而发生严重的冲刷。

这些现象目前还没有很好的理论解释，更没有理想的模拟方法，需要进一步研究。

2.1.5建议

（2）加强基础性研究。

黄河水少沙多，关系复杂，洪水演进和泥沙输移规律异常。

很多通用的方法在黄河上不适用，其他江河上使用效果很好的方法黄河上不能用。

并且，很多现象是黄河上独有的，别人不了解，也不需要研究。

因此，我们必须加大科研力度，从机理研究入手，在理论上取得突破。

（3）多种模型并举。

水文学与水力学法在黄河下游水沙演进模拟中各有特点，应多种模型并用。

下一步应优化出一套较好的黄河下游水沙演进模拟模型，它包括水文学方法的水沙预报模型、一维非恒定流水沙动力学模型、基于GIS的二维水沙数学模型各一个。

然后，花大力气进行模型参数率定，使其能够适应黄河大水、中水、小水，高含沙水流、低含沙水流、漫滩和不漫滩等各种情况下的水沙过程的模拟，满足防洪减淤、水量调度、调水调沙的应用需要。

2.2水库水沙联合调度模型

2.2.1水库水沙调度现状

当前，黄委或黄河防总直接负责调度，并且具有较大调节作用的水库主要有龙羊峡、刘家峡、万家寨、三门峡、小浪底、故县、陆浑、西霞院等。

调度分为防洪调度、防凌调度、减淤调度和水量调度。

水库调度存在的主要技术问题是泥沙控制不准，对于给定的入库水沙过程，如何通过闸门开启组合和库水位控制，实现出库水沙的合理搭配和库区淤积的理想分布。

现在的水库调度计算是先按清水调洪，然后通过经验公式分析排沙和淤积比，再作库区铺沙。

计算时水库淤积及泥沙出库与开启闸门组合无关，明显不合理。

2.2.2存在问题与难点

（1）浑水调洪计算理论不成熟，调水容易调沙难。

对于水库清水调度，根据水量平衡和闸门泄流曲线推求出来的水库推流计算公式，进行水库调洪计算相当简单。

而对于浑水，尤其是对于高含沙水流，泥沙在水库中不同水沙边界条件下的冲淤和输移规律还不清楚，在近坝段的泥沙含量的空间分布没有实时数据。

2.2.3建议

（3）水文学模型和一维水动力学模型为主，配合局部三维水动力学模拟，开展水库立面二维水沙动力学模型的研究。

水文学法水库调洪计算，结合经验公式进行泥沙与出库含沙量分析，方法简单，具有一定精度，尤其对于多库水沙联合调度，目前是比较实用的方法，必须继续使用与完善。

一维水动力学模型可以进行水沙联合调度，提供通常水库泄流方式下的水库淤积量、纵向淤积形态和水面线，出库流量和含沙量过程等。

对于水库调度预案研究、单库水沙调度分析计算比较适应，要做好参数率定和模型完善。

三维水动力学模拟，能够模拟水沙的时空变化，是个四维仿真模拟，输出信息多。

但输入要求高，计算工作量大，应逐步研究，并试用于局部重点库区段。

同时，应开展水库立面二维水沙动力学模型的研究，模拟库区不同水流输沙流态，库区干支流淤积形态，以及不同闸门开启情况下的水库出库流量、含沙量和泥沙级配。

2.3黄土高原水土流失和水沙预报模型

2.3.1黄土高原水土流失及水沙研究情况

2.3.2存在问题和难点

（1）现有模型多用于小流域。

产流形成产沙，产流是降雨强度与土壤下渗强度对比计算的结果，土壤下渗强度又随土壤含水量变化而变化。

降雨强度时空分布不一，土壤下渗强度时空分布也不一。

所以，超渗产流机理虽然清晰，但计算条件要求苛刻。

而产沙不仅与产流有关，与土壤特性、地形地貌也关系密切，现有的水土流失机理模型还不十分成熟，难以直接用于黄土高原水土流失预测。

所以，基于机理的黄土高原水土流失模型多用于小流域研究。

（2）站网稀，难控制。

黄河中游测区内的水文站网密度为2630km2/站，雨量站网密度380km2/站。

河曲～龙门区间水文站未控区面积2.5万多km2，占区间总集水面积的25%以上，现有测站有时难以控制住暴雨和洪水。

2.3.3建议

对于水土流失和水沙预报模型的需求主要有产流产沙过程预报，水土保持效益评价、水土保持工程的规划与设计。

（1）继续加强黄土高原产流产沙机制的规律研究，试行开展小流域的径流输沙过程预报，做好典型区域的水土保持效益分析，为小流域水土保持工程规划和综合治理提供技术支撑。

2.4宁蒙河段冰凌预报模型

2.4.1基本情况

宁夏、内蒙古河段地处黄河流域北部，从低纬度流向高纬度，河流封冻时下段早于上段，解冻时下段晚于上段，而且冰盖厚度下厚上薄，封开河时容易形成冰凌卡塞和冰坝壅水引起堤防决口等凌汛灾害。

宁蒙河段长约1200km，其中凌情最严重的三盛公～万家寨库尾河段长约600km。

该河段由于河道淤积抬高，主河槽萎缩，排洪行凌能力下降；

堤防工程标准低，隐患多，质量差；

河道整治工程标准低，不配套，不完善；

可以调节调度的水库距离远，临时应急分滞洪工程不完善等。

每年前后，正直全国“两会”召开之际，黄河宁蒙河段常出现凌汛灾害或防凌紧张局面，造成较大的政治、经济和社会影响。

2.4.2问题与难点

（2）凌汛发展随机性大，难预测。

内蒙古河段河道宽浅散乱，受桥梁等因素影响，容易形成冰塞或冰坝。

但影响冰塞冰坝的因素多，其发生与发展的随机性很大，目前还没有成熟的预测预报方法。

（3）气温预报不满足防凌需要。

影响凌汛的因素有河道边界条件、水动力因素、热力因素。

当前要做出某一局部地区较长时间的准确的气温预报还比较困难。

特别是在封开河的发展期，气温对凌情的影响特别大，迫切需要加强宁蒙河段气温预报的研究，增长预见期，提高预报精度。

2.4.3建议

（2）建立冰凌数学模型。

以建立一维的水沙动力学模型为主，结合水文学模型及经验预报方法，尽快研发宁蒙河段冰凌预测预报模型。

对河段的气温变化、封开河时间、封河流量及水位、槽蓄水量、冰塞、冰坝、冰质、冰厚、开河时的桃汛洪峰流量及水量等做出预估或预报，为防凌决策和桃汛洪水利用提供技术支持。

2.5水质预警预报模型

2.5.1开展水质预警预报的迫切必要性

随着经济社会的发展和人民生活水平的提高，人们对水质的要求越来越高。

而实际上，由于工农业的高速发展，排污量增加，河道中的水质越来越差。

因此，需要开展黄河水环境承载能力研究，进行黄河的水环境评价、水质评价，特别是需要进行水污染事件的预警预报。

2006年1月伊洛河发生水污染事件，2004年6月内蒙古包头河段发生水污染事件。

急需作出污染体何时到达下游某些指定地点，污染物浓度值是多少，污染持续历时等指标的预警预报。

因此，研发黄河水质预警预报模型十分必要和迫切。

2.5.2存在问题与难点

（2）黄河泥沙问题。

黄河与其它河流不同，有时泥沙含量大，影响污染物的沉降和悬浮、吸附和解吸、挥发降解等过程。

特别是在黄河高含沙洪水期间，万一发生大范围的高浓度水污染事件，对做出准确的污染预警预报要求就更高，难度也更大。

2.5.3建议

2.6河口模型

2.6.1基本情况

近代黄河口，位于渤海湾与莱州湾之间，是1855年铜瓦厢决口改道夺大清河入渤海后形成的。

黄河河口地区指宁海（上距利津水文站约12km）以下，北至徒骇河口，南至支脉沟口，其面积5460km2，自1855年以来，改道9次，其中解放后3次，1953年7月改为神仙沟入海；

1964年1月改为钓口河入海；

1976年5月改为清水沟入海，1996年7月在清八上950m处改汊，使河道当年缩短16km。

1953～1996年，进入河口（利津站）泥沙392.9亿t，河口三角洲造陆面积为1081.3km2，平均每年造陆面积约25km2，平均每1亿t泥沙造陆2.75km2。

分析认为，年入海泥沙2.8亿t、入海水量75亿m3时，可保持黄河三角洲海岸冲淤平衡。

1992年～2007年，黄河现河口（1996年汛后开始行河）附近基本处于年年淤积延伸过程中，11年共造陆41.2km2，年均造陆3.75km2；

而除黄河现河口淤伸外，其余均为侵退，整个三角洲16年共侵退62.3km2，年均侵退3.89km2。

2.6.2需求分析

河口模型建设的目的主要是满足以下几个方面的需求，为其提供技术分析手段。

一是分析河口的淤积延伸变化对黄河河道形成的反馈影响，制定有效措施，谋求黄河长治久安；

二是做好河口流路规划和保护，为黄河顺畅入海预留出路；

三是分析黄河三角洲淤积与侵蚀规律，更好地保护和新生国土资源；

四是研究河口三角洲地区水沙及生态的演变规律，为河口地区经济社会发展提供技术支持。

3.6.3存在问题

2.6.3建议

（2）模型建设

几点认识

3.1正确认识数学模型

3.3建立灵活通用的方法库

新安江模型、陕北超渗产流模型、马斯京根流量演进、水库调洪计算、水动力学模型、伊洛河夹滩处理计算，等等，我们都称其为方法，它们有的是通用方法，有的是专用方法，要通过方法库管理。

只有方法用于某一区域或河段，赋给了相应的参数和数据才成为模型。

程序编制中，方法模块中不包括任何数据，对方法的输入和输出模块一定要统一设计，利用方法代码、区域代码、数据类型代码从数据库中获取。

这样对于三库、四库、五库的水库联合调度模型的搭建就非常方便，不需要重新开发。

还可以对不同方法进行模型组合，如某河段采用马斯京根算法、下一河段采用一维水动力学算法、另一河段采取二维水沙动力学方法计算，计算时间步长可调，等等。

根据河段特点和需要，搭建各种不同模型，形成黄河流域模型库，进行维护管理。

3.4做好黄河水沙预报实时校正

对于预报要求而言，希望预见期尽量长，预报精度尽量高，预报信息尽量多。

而实际上，预见期越长，预报误差越大，可预见的信息量越少。

况且，人们最为关注的是大洪水、高含沙，是异常现象是否发生！

为此，需要进行黄河水沙预报实时校正方法的研究，开展卡尔曼滤波、反馈模拟实时校正、基于时变遗忘因子的最小二乘法等实时校正技术在黄河水沙预报模型中应用的研究，丰富黄河水沙实时预报手段。

3.5高度重视模型的应用和参数率定

黄河数学模拟系统的开发目的是应用，是解决黄河实际问题，是推进黄河治理工作的现代化和科学化。

黄河各类模型系统的研发难，但系统的模型参数率定、系统（包括模型参数）的更新维护更难。

系统的更新维护工作繁重而不显成效，通常是重建设而不重管理，所以造成黄河模型系统的多头开发、重复开发。

不少模型平时还可以，关键时期不管用，计算精度差，没有预见期。

因此，黄河数学模拟系统建设是长期和复杂的过程，必须培养一批肯吃苦、乐于奉献、懂专业的数学模型研发与应用队伍。