三峡工程变动回水区泥沙淤积的试验研究

为研究三峡工程变动回水区的泥沙淤积，建造了长达８００ｍ的全沙试验模型。模型范围包括长江和嘉陵江约２００ｋｍ的天然河段。进行了清水、浑水验证以及蓄水位高程为１７５、１８０和１５６ｍ的长系列模型试验。明确了各蓄水位方案下变动回水区河段的冲淤规律、泥沙淤积对该区航道和沿江港口的影响。为三峡工程的技术验证提供了科学依据。

水库泥沙淤积滞后响应的理论模型

河床演变中普遍存在着滞后响应现象,而以往的水库泥沙研究对滞后响应现象很少考虑。本文在作者近期关于水库泥沙淤积滞后现象研究的基础上,从河床演变学的自动调整原理出发,建立了水库泥沙淤积滞后响应的理论模型。并以三门峡水库泥沙淤积为例,利用提出的理论模型分析了库区累计淤积量对流量加权平均坝前水位的响应、潼关高程对年入库水量的响应及水库末端比降对年平均坝前水位的响应,结果表明所建理论模型能够描述泥沙淤积的特征,为水库泥沙淤积的研究提供了一种新的方法。

泥沙初始淤积高程对水库排沙效果的影响

西北部地区降水较少、水库河流含沙量较高,普遍存在泥沙淤积侵占水库有效库容的问题。鉴于该地区洪水期敞泄拉沙的调度运行方式难以满足水库前期的正常运行调度需求,以某水库为例,通过实体模型试验,研究了库区初始淤积高程对水库拦沙、排沙效果的影响。试验观测了不同初始淤积高程在不同的洪水频率下水库的拦、排沙效果,发现在库区泥沙达到冲淤平衡后进行拉沙才能达到良好的效果,且不会对泄水闸的运行产生不利影响,并在理论分析的基础上对西北多沙河流地区水库的调度运行提出建议。

均衡纵剖面形态的实验研究

均质地层和定流量条件下均衡纵剖面的形成过程与最速滑降问题类似。从最小耗能原理出发,用大量的室内实验成果验证了理想的均衡纵剖面应最接近于一条摆线,从而证实了理论推求的结论,并为均衡纵剖面理论的实践应用打下了坚实的基础。

三峡工程第一、二期围堰阶段坝区河床演变研究——径流水库输水输沙特性、平衡条件及河床演变机理

本文以三峡坝区一、二期围堰阶段河床演变为基础分析了其特性 ,特别是深入研究径流水库坝前区的水流和河床演变的一般规律 ,包括它的输水输沙特性、冲淤的机理、平衡面积与保留面积等。

河相层序地层研究进展述评

将河流平衡剖面看成是陆区基准面的观点已受到怀疑，有迹象表明地貌基准面有可能是陆区基准面。河相沉积记录不仅与基准面变化有关，也与源区和流域盆地的许多因素有关，而且河相地层对基准面的响应也比过去理解的复杂得多。上游区由不整合面界定的河相层序一般难以与海相层序对比。已有的河相层序模式仍以基准面为支撑理论，层序界面常按岩相向盆迁移、复合砂体、古流向偏转和无沉积作用面等识别，内部仍为三分。目前对河相层序发育的理解已有所进步，但模式的适用性仍受研究时空的很大限制。

强潮河口上游建库引水后的再造床过程

作者以鳌江河口为例,应用一、二维耦合潮流泥沙数学模型,研究了上游河道建库引水后河口的再造床过程。文中分析了该河口的水文、泥沙特性及河床演变规律;给出了数学模型的计算条件、关键问题的处理方法和验证计算结果;预测了建库引水后河口的水流和河床变化过程。研究表明:水库运用初期淤积发展很快,以后逐渐减小,直至建立新的平衡;淤积是自上而下发展的,且沿程分布不均匀,弯道段淤积厚度相对较小,位于两弯道的过渡段淤积厚度相对较大;淤积在断面上的分布也不均匀,泥沙淤积对河口地区的港口及航道水深有一定影响。

基于冲积系统趋衡响应模型的河床冲刷研究与预测

运用河流辩证法原理分析非平衡态河流的演变趋势,可见水沙或边界变化等扰动引发的系统偏差普遍表现出时空衰减的特性,在趋于新平衡态的过程中,水流与河床的相互作用总是使偏差朝减小的方向调整,遵循“趋衡性”或“趋衡响应原理”。据此假定扰动发生概率符合泊松分布及单个扰动响应强度满足指数衰减率,给出冲击系统趋衡响应模型的初步形式,基于美国多座水库下游河道实测数据的规律性检验表明,冲积系统对扰动的响应强度随时空推移呈非线性衰减趋势,体现了河流演变的时空趋衡性。在此基础上,选取泥沙起动难度与水流强度反映影响床面泥沙运动状态的两个矛盾方面,以两者之比作为定量描述趋衡衰减系数的动力学参量,率定相关系数后模型即有定量预测水库下游河道河床累计冲刷深度的功能。进而,运用基于三门峡水库下游实测资料率定后的模型对黄河中游古贤水库修建后下游河道的沿程冲刷及潼关高程下降引起的渭河下游河道溯源冲刷过程进行预测。结果表明,龙门和潼关的计算河床累计冲刷深度分别为1.84 m和1.43 m;潼关高程下降引起的渭河下游溯源冲刷河段长度约为250 km,华县、渭南溯源冲刷深度分别为0.54 m和0.25 m。研究成果为冲积河流非平衡态时空调整过程的预测提供了新思路,具有较大工程应用价值。

庆阳市农田灌溉渠道水力设计研究

为了利用庆阳市含沙量较大的地表水进行农业灌溉,采用了不冲不淤和冲淤平衡2种渠道设计思路。研究分析了在2种设计思路下渠道断面的设计流程,并举例分析了不同思路下断面的差异。结果表明,在不同的设计思路下,断面尺寸差异较大,对工程的投入影响较大。为了节约投资,建议在地势平缓地区采用不冲不淤的设计思路,在地势陡峭的地区采用冲淤平衡法进行断面设计。

城市河流形态及稳定性演变研究进展

人为干扰导致的城市河流退化在地理科学和水文学领域引发了广泛关注,针对城市河流形态及演变过程的研究成为退化河流生态修复的一项重要内容,然而,目前国内相关基础理论的系统梳理相对缺乏。本文回顾了半个多世纪以来城市河流形态及稳定性演变的研究成果,从研究内容和方法两方面对不同城市化阶段河流形态及稳定性变化的特征和原因进行总结,同时评述了不同研究方法的特点与局限。本文认为,城市化进程改变了河流自然演化过程,破坏了河流原有形态及稳定性,其中,沉积和径流体系变化是其根本原因。为了更好地运用河流演变机理进行河流修复,学者们发展了河流分类体系,主要包括形态导向法、过程导向法和综合分类法,重点从河流退化的地貌形态、沉积和径流变化过程、河流演变的时间周期等方面概述各分类体系的优缺点,阐述具有预测功能的河流分类体系不断完善的过程。本文通过梳理城市河流演变的研究成果,以期为中国城市河流修复与管理提供科学依据和现实借鉴。

长江中下游的河床纵剖面演变分析及预测

为预测长江中下游河床纵剖面的演变趋势,利用最小能耗率理论计算了该江段的平衡河床纵剖面,研究了这些河段河床演变规律及其未来的变化。分析了长江水库拦沙、河道采砂、近期水沙变化、未来引水及需水量增长等因素。结果表明,长江中下游河床纵剖面还未达到动态平衡,大部分江段以淤积为主。在没有人类活动影响下,达到动态平衡还需要很长一段时间。由于引水和需水量的增长,未来长江中下游达到动态平衡需要淤积更多的泥沙。

基于浑液面变化的水库异重流不平衡输沙规律探讨

水库异重流是一种特殊的水流现象,在多沙河流水库上利用异重流排沙可提高水资源的利用效率。本文对韩其为推导的水库异重流不平衡输沙规律公式进行新的推导,探讨了该公式在浑液面变化条件下的规律,并利用小浪底水库实测资料进行了验证。结果表明,采用公式计算可提高预测精度。