取水工程对松花江悦来河段影响研究

为了研究引水工程的建设对松花江悦来河段水沙变化的影响,构建了松花江干流悦来河段的平面二维水沙数学模型,分析了引水工况对松花江悦来河段的流速、水位、分流比和冲淤分布的影响。研究结果表明:松北引渠引水入松花江致使入江处水位抬升为0.03~0.04 m,由于松南引渠引水,致使取水口附近的主河道水位下降约0.03 m;在天然条件下,松南下口引渠位置分流量为78 m~3/s,分流比为8.8%,在取水方案下,松南上口引渠分流量为104 m~3/s,分流比为8.5%,松南下口引渠分流量为323 m~3/s,分流比为28.9%;在天然条件下,悦来河段主河道呈现冲刷状态,冲刷深度为1.0 m左右,双口引渠导致取水口附近的泥沙淤积较天然条件有所增加,其中松南引渠下口淤积更为显著,引渠口门处淤积厚度可达1.0 m以上。

三峡水库运用后长江中游河漫滩演变趋势分析

长江中游历来是防洪重点,河漫滩的演变速率虽然相对缓慢,但新水沙条件下河漫滩的长期累积性变化值得关注。以三峡水库175 m运行期长江中游多处典型河漫滩淹没特征流量的统计分析作为基础,量化分析了三峡水库蓄水前后径流过程在河漫滩淹没特性方面的变化,结合滩面植物对季节性水文波动淹没耐受能力的分析,指出三峡水库蓄水前后径流过程变化造成的季节性淹没不足以阻断滩面植物的生长发育。由于一系列涉水工程的控制作用,长江中游河漫滩的横向变形受到了极大的抑制,但在滩面植被缓流滞沙效应下,长江中游河漫滩总体仍呈现缓慢淤高的长期趋势。

ANN模型与分段线性插值及回归模型的比较及应用

对ANN模型、分段线性插值模型和非线性回归模型从原理上进行了比较,ANN模型易于构建各影响因素与因变量间复杂关系,非线性回归模型和分段线性插值模型可以将自变量与因变量间的关系通过表达式直观表达。以荆江三口分流量与枝城流量的关系为应用算例,采用相关系数、纳什效率系数、均方根误差和平均绝对误差等4个评价指标对3个模型的拟合精度和误差大小进行了比较。结果表明:3个模型均可应用于模拟枝城流量与荆江三口分流量的关系,但3个模型的计算值与实际值间的误差大小存在差异,从4个评价指标综合来看,ANN模型计算值与实测值的误差最小,分段线性插值模型次之,回归模型计算精度相对较低。

金沙江向家坝水电站下游河道2020年淤积成因分析

向家坝下游河道泥沙冲淤变化对岸坡稳定及通航具有重要影响,向家坝水电站运行后坝下游河床一直呈冲刷状态,但2020年首次出现淤积。采用输沙法和断面法计算向家坝出库沙量和下游河段泥沙冲淤量,结合气象、水动力及实勘资料,分析向家坝下游2020年淤积成因。研究结果表明:向家坝蓄水后出库年径流量变化不大,出库沙量受上游电站拦沙作用大幅减少,但2020年向家坝下游支流降雨偏丰,支流输沙量大幅增加,产生区域强输沙过程;该年下游各控制站最高水位较历史平均水位均偏高,汛期比降变化不大,水流挟沙能力不足以输送显著增多的泥沙;加上采砂减少和采砂造成的下切幅度较大部位发生回淤。这些原因导致2020年向家坝下游河道产生淤积。

黄河下游典型河段滩岸崩退特性研究

黄河下游局部河段滩岸崩退频繁,严重危害堤防及滩区安全。通过对黄河下游开展现场观测,结合已有断面地形实测数据,描绘滩岸崩退全过程及特点,评估土体特性及近岸水沙条件对崩岸的影响。研究表明:滩岸崩退引起黄河下游河道展宽,且崩岸规模具有时空差异性,2006年和2018年汛期重点河段平滩河宽分别增加了57.03 m和7.83 m,代表性横断面单侧滩岸最大崩退宽度高达207.20 m。黄河下游土体压实程度低,抗冲能力差,加之土体抗剪强度随含水量增大呈反向变化,致使在汛期崩岸频发。“大流量-小含沙量”的水沙组合易于造成崩岸,而在大含沙量下因泥沙在近岸河床淤积而降低了崩岸发生规模。建议对重点区域滩岸进行长期监测,并加强生态友好型护岸系统建设。

长江中游荆江河段河道深泓纵剖面时空演变规律

深泓线的演变规律对于揭示冲积河流河床演变与河势调整具有重要意义。为探明三峡水库蓄水运用后荆江河段深泓纵剖面的变化规律,基于2002—2020年173个观测断面的深泓高程资料,对比分析18年内深泓线高程的时空变化,并结合来水来沙情况剖析其变化原因。结果表明,2002年以来荆江河段河道深泓纵剖面普遍冲刷下切,2008年之后深泓高程下切幅度进一步加大,但在来水来沙较多时会出现回淤现象。2002—2020年上荆江枝城至新厂河段平均冲刷深度达4.62 m,下荆江河道冲淤交替频繁,然而上荆江相对冲淤强度为10%,小于下荆江,其主要原因是枝江河段河床组成为粗沙和卵石,在一定程度上限制冲刷的发展,下段为沙质河床,较易受到冲刷。

近10年长江中游重点险工段近岸河床冲淤演变特点分析

险工段是河道岸坡易崩段,是长江防洪体系的薄弱环节,险工段近岸河床演变直接关乎沿江堤防稳定和防洪安全。根据近10 a来长江中游重点险工段观测成果,研究了险工段近岸河床冲淤演变特点及水沙条件、整治工程、土体组成等对险工段河床演变的影响。结果表明,整治工程实施对保障险工段近岸河床稳定具有显著作用,岸坡趋于稳定是长江中游重点险工段演变的总体规律。受局部河势调整影响,仍有1/3左右的险工段近岸河床存在冲刷趋陡的现象,需加强观测并采取相应守护措施。研究成果对研判长江中游重点险工段岸坡稳定发展趋势、优化险工段观测位置布设具有重要意义。

建库对库尾产卵场水动力适宜范围影响研究

水库修建后库区水面的抬升导致流速、水深及泥沙运动变化,也可能会影响原河段内鱼类及其他生物的生存环境。为论证建库对库尾产卵场区冲淤及适宜水动力条件影响,以LC流域某电站为例,建立一维及平面二维嵌套水沙数学模型,在推荐正常蓄水位和汛期运行控制水位的方案下,计算分析库尾鱼类产卵场区逐年淤积形态与部位、水库回水及水动力条件的变化。结果表明:推荐方案下产卵场区域河段冲淤分布和天然情况下基本相同,产卵场区含沙量没有突变区域,建库对该区淤积影响不大;建库后4-7月各月产卵场区“流速满足1.0~2.0 m/s、水深满足0.5~1.0 m”的面积升高,变化率在8.74%~386.43%。推荐正常蓄水位和汛期运行控制水位的方案下,建库对库尾产卵场区生境及适宜水动力条件影响不大,仍可满足鱼类需求;研究成果可为类似工程规划设计提供技术参考。

潜坝工程对山区河道河床变形影响分析

以格尔木河为例,利用HEC-RAS二维水沙模型对研究段进行模拟,探讨潜坝对山区河段河床变化的影响。计算成果表明:潜坝建设后上游流速减小,河床淤积主要在上游冲沟位置,最大淤积厚度达到5 m,有效遏制了现状冲沟发展;潜坝对河道上游影响范围为400~600 m;潜坝在不同河道宽度条件下的实施效果存在差异,河道越宽效果越好。

桥梁建设对菏泽黄河河势影响分析

黄河山东菏泽段已建成运行黄河浮桥14座、黄河公路大桥9座,为两岸人民交通出行和经济发展做出了较大贡献,但各种桥梁建设对黄河河势有着不同程度的影响。以黄河菏泽段桥梁建设为例,分析黄河浮桥、黄河公路大桥建设可能对河势造成的影响。结果表明:黄河浮桥会不同程度阻碍河道水流流动形成壅水,在壅水范围内流速减慢,使河道心滩逐渐增大;黄河公路大桥对河势的影响相对较小,河段主流摆动幅度小,主流线较为稳定。

基于防洪-通航协同的长江中游航道整治方法

针对长江中游河段面临的通航和防洪双重问题,分析了长江中游航道治理特点,基于水流连续性方程和运动方程,推导分析了调整型和守护型等传统航道治理措施对水深、水位的影响,提出守护型、调整型和疏浚措施相结合的航道整治方法,分析了其对通航和防洪的影响。结果表明,相对于仅采用传统整治措施,“守、调、疏”相结合的航道整治方法使得航槽水深明显增加、断面水位则明显降低,有利于防洪和通航双重目标的协同实现。

近期黄河下游河床调整过程及特点

利用黄河下游1999-2005年的实测水沙及断面资料,分析了近期下游(铁谢至利津河段)河床调整过程及特点,具体表现为:小浪底水库运行后,黄河下游河道出现持续冲刷。其中,游荡型河段的冲刷量占下游总冲刷量的77%,单位河长的冲刷量在高村以上河段最大,孙口以下河段次之,高村至孙口河段最小;各河段主槽横断面形态调整均表现为向窄深方向发展;河床在冲刷过程中,主槽纵比降变化不大,其纵剖面形态自1855年以来均为下凹曲线,其凹度值随河床冲刷而略有增大;汛期深泓摆动幅度在游荡段最大,在弯曲段较小;随河床冲刷,下游平滩流量增加,但断面平滩流量与河段平滩流量的增加程度不同;因床沙显著粗化,不同河型河段的河床纵向稳定程度随冲刷均增加,而河床横向稳定程度在游荡段变化不大,在过渡段及弯曲段有所增加。

三峡蓄水后典型河段分形维数的变化分析

针对三峡工程蓄水后下游河道河床表面形态的变化,采用分形维数对河床表面形态进行量化,并分析河道冲淤调整特点,对河床表面分形维数(BSD)的变化特点及物理意义进行探讨。结果表明,BSD与河床各个剖面形态之间的关系是整体与部分的关系,BSD能全面地反映床面形态的复杂程度。三峡蓄水后,宜昌-虎牙滩和宜都河段BSD明显增大,关洲河段增大幅度较小,而芦家河河段BSD值略有减小,同时,各河段BSD的变化可在一定程度上表征三峡蓄水后下游河道河床综合阻力的调整结果。可通过对各河段演变趋势的分析,来预测其BSD的变化,进而为分析其阻力和水位的变化趋势提供依据。

感潮河段丁坝局部冲刷三维数值模拟

针对局部冲刷和一般冲刷的不同,建立了考虑垂向水流作用的局部冲刷三维紊流泥沙数学模型,并对往复流和单向流作用下的丁坝局部冲刷进行了验证计算和数值模拟。结果表明,往复流作用下丁坝局部冲刷在冲刷过程和冲淤形态上与单向流有明显不同,若采用单向流作用下的局部冲刷模型试验结果来指导往复流作用下丁坝头防护工程的设计和施工是不利的。

三峡工程运用初期石首河弯河势演变三维数值模拟

采用考虑河岸坍塌的三维水沙数值模型，对三峡工程运用初期石首河弯的河势演变进行了模拟分析。数值模型中采用基于非正交网格的局部网格可动技术，将传统水沙模型与二元结构河岸坍塌力学模型相结合。利用三峡水库蓄水前后2002～2004年石首河段冲淤演变资料对模型进行了验证，模拟结果与实测结果吻合较好；模型不仅能模拟出河道的垂向冲淤过程，而且还可模拟出由河岸坍塌所引起的河道横向摆动过程。计算分析了三峡工程运行至2016年末河段的河势演变情况，结果可为河段的河道整治提供参考。

基于BSTEM模型的二元结构河岸崩塌过程模拟

针对上荆江典型二元结构河岸的崩塌问题,综合考虑近岸水流冲刷作用与河岸土体组成及力学特性,采用BSTEM模型分析了上荆江不同时期的岸坡稳定性,并对二元结构河岸的崩塌过程进行了模拟。结果表明:枯水期和汛前涨水期河岸稳定性较高,为崩岸较弱阶段;洪水期和落水期河岸稳定性较低,并伴随持续崩塌,属崩岸强烈阶段。此外分析还表明坡脚冲刷和潜水位变化对河岸稳定性有重要影响,两者分别是引起洪水期和落水期崩岸强度较大的重要原因。最后在综合考虑坡脚冲刷、潜水位变化和崩塌后土体在坡脚堆积等因素基础上,模拟了2009—2010年荆34断面右侧河岸的崩塌过程,河岸崩塌总宽度与崩塌后岸坡形态等模拟结果与实测结果符合较好。因此在模拟上荆江二元结构河岸崩塌过程时,必须同时考虑坡脚冲刷、潜水位变化和坡脚堆积等因素的影响。

水库拦沙期黄河下游洪水冲刷效率调整分析

分析了三门峡水库和小浪底水库拦沙期黄河下游低含沙量洪水的冲刷效率,结果显示:水库拦沙期黄河下游洪水的全沙冲刷效率在平均流量小于4 000 m3/s时随着洪水平均流量的增大而增大,当流量达到4 000 m3/s以后,冲刷效率随着流量的增大不再显著增加,基本保持在20 kg/m3。通过研究分组泥沙的冲刷效率,发现全沙冲刷效率在流量大于4 000 m3/s后细颗粒泥沙冲刷效率降低的幅度大于粗颗粒泥沙冲刷效率增加的幅度,河床细颗粒泥沙的补给能力对全沙冲刷效率具有决定性作用。建议在小浪底水库拦沙期,调控下泄流量使进入下游河道的洪水平均流量在4 000 m3/s左右,使黄河下游洪水的冲刷效率最大,从而实现利用有限的水资源产生最大的冲刷效益,增大下游河道的排洪能力。

水库下游河流再造床过程中的河岸侵蚀

根据实测河道地形资料,分析了水库下游河床演变中的河岸侵蚀现象,包括不同横向边界约束条件、不同床沙组成和不同河型河段的河岸侵蚀的特征及规律。结果表明:①水库下游均会有河岸侵蚀发生,但初期一般以下切为主,后期以展宽为主。②对于横向边界约束较强的河段,河岸侵蚀相对较弱;相反,则河岸坍塌严重,河岸侵蚀强烈;③对不同的河床组成和边滩组成的河段:河床较粗特别是形成抗冲粗化层,且边滩组成较细的河段,河岸侵蚀现象非常剧烈;河床组成较细的河段,如果边滩抗冲性较强,则河岸侵蚀现象相对较弱,如果滩地组成较细、容易坍塌,河岸侵蚀也会较强;④不同的河型有着不同的河岸侵蚀现象。分汊河段以主汊为主;游荡段的游荡特性在初期受到抑制;弯曲河段的撇弯切滩现象较普遍。

黄河调水调沙对下游河道的影响分析

2002年7月4日9时至7月15日9时黄河进行了首次调水调沙试验。2003年9月6日9时至9月18日18时30分结合防洪预泄又进行了第二次调水调沙试验。根据这两次黄河调水调沙试验成果,特别是首次调水调沙试验成果,对下游河道冲淤效果、河口拦门沙区泥沙冲淤量及其分布、河势调整、整治工程作用及河道过流能力变化进行了分析。分析结果表明,调水调沙不仅能够减少河道淤积,而且能够有效增大主槽的过流能力,改善下游河道排沙条件。所以,调水调沙是解决黄河泥沙问题的有效措施之一。

水库下游河流再造床过程的时空演替现象——以丹江口建库后汉江中下游为例

在实测资料和前人研究的基础上,引入“空代时”假说,分析研究了丹江口建库后汉江下游河流再造床过程的时空演替现象。分析表明,河流再造床过程在冲刷延展、河床粗化、含沙量及其特征、岸滩侵蚀以及河型变化等方面具有较典型的时空演替现象。产生时空演替现象的根源在于河流自调整作用在同一变源下空间和时间响应的一致性,是过程的相似。输入水沙条件的变化、水库下游河道支流入汇、河床边界条件的变化以及因此导致的不同调整方式是引起时空演替复杂响应的主要原因。如能排除干扰、建立时空演替现象的数学模式将有助于水库下游河流调整的分析和预测。