河流分类分级分段及河流形态学研究进展

河流分类、河流分级及干流河道分段合称为河流三分(分类·分级·分段);基于河流三要素(流域-水系-干流河道)和河流三分-河流形态学-河流学体系,开展了河流三分理论研究及实践应用、河流形态学再构建以及河流形态定性特性与定量因子指标辨识。主要成果结论包括:①优化了独立与非独立河流分类、河流分级Horton法改进、河流5区分段等方法,完善了河流界定拓展、河流平等与分级、干流河道“层次分段”等新理论,总结了世界大江大河及长江河流三分实践应用;②河流形态学研究河流现状及恒常形态,包括以河流三分为基石的河流三要素特性研究和以干流河道平面-剖面-断面形态为核心的河谷-河床-河道形态研究;③定性辨识了河流形态15项殊相特性与共相原则(包括复合流域水系、复杂干流河道等形态特性,干流河道优先、河流湖泊统一、干流河道唯一、侵蚀基面统一等新增原则);④定量辨识了河流形态4类因子指标,双指标3种相关关系(并行-从属-或然)与3类组合模式(物理-化学-生物)以及三因子4类及9种相关模式(均衡线型-瓶颈线型-三角形-金字塔-均分圆-同心圆-同切圆-交叉圆-三角圆)。倡导“河流学-长江学-水科学”学科范式,积极践行“治河·治江·治水”理念。

引江补汉工程运行后汉江黄家港—王甫洲段水质响应

随着汉江流域经济社会的发展,水环境水生态压力加大,引江补汉工程的实施可能导致汉江水质水量发生进一步变化。因此开展引江补汉工程调水前后汉江中下游水体水质水量模拟分析与预测,对控制该流域水体污染具有重要意义。采用分段马斯京根法及一、二维水质模型,预测了引江补汉工程引水后黄家港—王甫洲段水量水质响应。结果表明:①引江补汉工程采用全年无间断引水方式引水后,黄家港—王甫洲河段的流量有所增加,夏汛流量增加高于秋汛,王甫洲断面流量增加略高于沈湾断面;②调水前后沈湾断面月均总磷浓度都达到Ⅱ类水质标准,月均总氮浓度处于Ⅳ类~Ⅴ类标准。各项水质指标在情景二下的增长率是情景一的2~3倍,相较于调水前,情景一总磷浓度最大增长为4.68%,情景二总磷浓度最大增长为13.45%。其次为总氮,情景一总氮浓度最大增长为1.15%,情景二总磷浓度最大增长为3.44%;③调水前后王甫洲断面汛期月均总磷浓度均达到Ⅱ类水质标准,引水后枯水年总磷浓度有所增加,丰水年浓度略有降低。整体上枯水年较丰水年的水质变幅更大,各项水质指标在两种情景下的变幅相差不大。

基于GF-3卫星的海河“23·7”流域性特大洪水水体变化监测

2023年7月27日,海河发生流域性特大洪水,人民群众生命财产受到严重威胁。基于GF-3卫星在8月5—11日期间的4期SAR影像,采用双极化水体指数(SDWI)阈值分割的水体提取方法,以东淀蓄滞洪区天津段为例,分析在此次洪涝灾害中的洪水演变过程。结果表明,8月5日研究区洪水初至,7日洪水东进,发展迅猛;8月10日蓄滞洪区北部水位与大清河持平,大清河南岸发生险情;8月11日水势减弱,水体扩张减缓。SDWI阈值分割水体提取方法能够快速有效地提取洪水轮廓,不仅能够从宏观角度分析当前洪水水势水情,还可以通过多期影像对比预判洪水发展趋势,及时发现险情,为洪涝灾害应急处置及灾情评估提供借鉴思路和决策辅助。

河流5区分段方法与长江干流分段实践

基于Schumm河流分区理论与笔者"最大5河段分段法",优化提出了"河流5区分段法",即:以流域分区为主导("体"),以干流河道分段为目标("用"),先按照河源、上游、中游、下游和河口5区进行流域分区,后选取河势和(或)汇流控制节点进行干流河道分段,综合确定合适的河流分段数;基于10大江河分段实践,检验了"河流5区分段法"。长江干流分段实践可总结为兼顾流域与河道特性、流域特性主导和河道特性主导3类分段方法;基于"河流5区分段法",长江干流推荐划分为5段(长江源—直门达/巴塘河口—宜昌—湖口—徐六泾—长江口)、3段(长江源—宜昌—湖口—长江口)和2段(长江源—宜昌—长江口);长江干流其他分段方法分别基于河流名称、水系划分、行政区界、河流指标和专业管理等。

长江口及其邻近海域生态环境综合评价

基于1984-2015年监测数据,给出长江口及其邻近海域无机氮和活性磷酸盐长时间序列的变化趋势,确定了营养盐的基准年是1987年,基准值分别是0.0705 mg/L和0.000751 mg/L。结合频数分析方法,无机氮的分区阈值为0.339 mg/L和1.15 mg/L,活性磷酸盐的分区阈值为0.0289 mg/L和0.0530 mg/L,研究区域可划分为三大分区:口内区、过渡区和口外区;结合生态红线、污染源等具有开发管理属性的分布,最终将研究区域分为8个评价单元。提出了水质环境、沉积物环境、生物生态三类三级评价指标体系,建立了海洋生态环境综合评价方法。水质环境的区域分布与生物生态相似:口内区域较差,口外区域向海逐渐趋好;沉积物环境特征:南支、北支和北港的沉积物质量略好于口外区域,口外区域好于南北槽分区和杭州湾北部。生态环境综合状况由差向好的区域变化为:Ⅳ区<Ⅴ区<Ⅲ区<Ⅰ区<Ⅱ区<Ⅵ区<Ⅷ区<Ⅶ区;随时间有向好趋势。

1961-2015年雅鲁藏布江流域径流演变规律分析

基于雅鲁藏布江流域奴下水文站1961-2015年逐月径流量资料,采用启发式分割算法识别径流突变年份,继而采用Mann-Kendall非参数检验分析径流的长期变化趋势,应用集中度和集中期研究径流的年内变化规律。结果表明:(1)年径流量呈现先减少后增加的变化趋势,且转折点为1992年,即年径流量在转折点前以2.715 mm/a的速率呈现显著的下降趋势,但在转折点后呈现不显著的上升趋势;(2)湿润季径流量占全年径流量的71.6%±4.4%,主导着雅鲁藏布江流域的年径流量变化过程,而在转折点后干旱季径流的变化是年径流呈现增加趋势的另一个重要原因;(3)雅鲁藏布江流域的径流年内分配规律呈“坦化现象”,即径流量最大值出现时间推迟且年内分配更加均匀,这可能归因于该地区植被覆盖状况的恢复和改善。研究结果可以进一步识别气候变化和下垫面在径流变化过程中的作用奠定良好的基础,为区域生态环境可持续发展提供建议和指导。

大江大河河流分段方法探讨

河流分段方法研究属于河流动力学与河流地貌学的交叉研究领域,其研究成果是流域规划、河流管理与河道治理等的重要基础与依据。基于Schumm河流分区理论,总结了"三河段分段法";基于地貌临界条件,提出了"控制节点分段法";综合提出并推荐了"最大五河段分段法"。根据十大江河河流分段实践,检验了"最大五河段分段法"的适用性与有效性。分析结果表明,该方法与十大江河的分段实践吻合一致,值得推荐。

量质结合的举水新洲段生态流量

研究满足水质和水量需求的生态流量对于河湖水环境治理保护很有必要。以水质性缺水的河流举水新洲段为例,基于实测河道断面数据和污染源调查结果,运用MIKE11软件建立了河道水量水质模型,并根据实测资料对模型进行了率定。利用率定后的模型,以COD、NH_(3)-N、TN、TP作为主要污染物指标,通过试算法计算了现状排污条件下,各月份中控制断面水质达标的生态流量,同时运用Tennant法和流量频率曲线法计算了满足河流生态系统基本水量需求的生态流量。对3类方法计算结果综合比较讨论,得出了统筹水质水量的举水新洲段各月份生态流量。

气候变化对石羊河流域水资源影响分析

本文研究了石羊河流域气候变化对水资源和干旱的影响,旨在为将来的水资源配置提供了决策依据。研究采用了Mann-Kendall秩序检测方法对石羊河流域气候变化趋势进行了分析。在变化趋势的分析中,同时引入一种适合非线性和非平稳时间序列突变检测的新方法—B-G分割算法来检测其趋势的突变性。研究结果表明:石羊河流域上游降水存在突变;而整个流域的气温均存在突变;上游和中游潜在蒸发量(PET)均存在突变;而整个流域的有效降雨不存在突变。特别是进入20世纪90年代后期以后,年平均温度增加幅度更为明显,潜在蒸发量(PET)也在增加,而降雨增加却不明显。

用倒拆修正法计算拱桥施工扣索索力与预抬量

以在建的大宁河大桥为工程背景,开展拱肋吊装过程扣索索力和预抬量的优化分析。提出了引入索力罚系数的修正倒拆法,推导了罚系数的计算公式,利用ANSYS建立了相应的倒拆分析模型。计算结果表明,该方法具有计算精度高的优点,与实测结果吻合良好。

城市河网洪水过程的一维数值模拟

基于邻接矩阵和邻接表概念,提出了新的拓扑结构,即利用net、edge和node对象实现河网拓扑信息及河道断面和结点信息的储存;基于虚设河段法,推导出城市河网内边界即集中入流(雨水管出口)、闸堰的追赶系数,从而实现了基于GIS平台的城市河网非恒定流一维数值模拟程序的通用性和可移植性.最后,将温州市区“9.4”暴雨期间的河网洪水过程的计算值与实测值进行了对比,结果表明本模型可较好地模拟城市河网的洪水过程.

上海长江大桥60m跨预制拼装主梁设计

根据堡镇沙浅水区河床特征,确定上海长江大桥中60 m跨连续梁采用预制节段悬臂拼装法施工。介绍该连续梁的结构布置及主要构造、预应力体系、结构计算分析和主要施工方法等,并对短线法预制曲线梁的尺寸修正、节段预制精度和节段拼装精度的控制、体外预应力计算方法的简化处理、体外预应力损失的计算以及体外束的耐久性设计等关键技术进行详细的说明。

采用分段法研究新洋港入河污染物总量控制目标

将新洋港分为3段,分别对各段的生活、农业、工业污染源进行调查,分析了污染特征。根据社会经济发展情况预测了2012年和2015年的入河污染物总量。综合考虑水文水质和功能区等因素,采用模型计算了2012年和2015年的水环境容量,根据结果制定了新洋港入河污染物总量控制目标。

喀什河断裂中更新世以来的活动速率

地貌和新近系位错测量的方法是获得活动断裂在新近纪晚期以来可靠和准确的运动学数据的正确方法,本文结合遥感、地貌、变形测量与新近纪测年等手段,重点研究了伊犁盆地喀什河断裂中更新世以来的垂直活动速率。喀什河断裂在中更新世以来的新活动主要表现在河流阶地和地层的位错,综合研究了这些位错数据,分析了断裂各段在中更新世以来的活动速率,讨论了1812年尼勒克地震的平均位错反映断裂现今最新的活动速率,提供了喀什河断裂中更新世以来不同时期活动的定量数据,填补了天山内部新近纪晚期研究的部分空白,对现今地壳运动与地球动力学研究及减轻地质灾害有重要意义。

基于水文分割法的流溪河干流典型断面非点源污染负荷估算

针对流溪河非点源污染防治较严峻局面,对流溪河非点源负荷进行了研究。2013—2014年,对流溪河干流温泉、牛心岭、人和、河口断面进行了203 d的水质及水量监测。根据监测结果结合水文分割法和平均浓度法对各断面的非点源污染负荷进行了计算,并分析了非点源污染的特点。结果表明:流溪河干流典型断面污染物以NH3-N、TN和TP为主;越往下游,监测断面各指标平均浓度越大,水质越差;上游断面洪水期各主要指标浓度大于枯水期,下游断面则是枯水期各主要指标浓度大于洪水期;监测断面各指标非点源污染负荷占总负荷的比例为44.22%~96.17%,平均为76.99%;从上游往下游,非点源污染物负荷占总负荷的比例在减小;各断面年污染负荷基本上是以洪水期负荷为主,洪水期污染负荷则以非点源污染负荷为主;河口断面污染物年总负荷中,58.74%的TN、67.22%的TP和65.45%的COD来源于非点源污染。非点源污染在流溪河水体污染中占较大比重,对水质影响不容忽视。

无定河流域风沙滩区河道基流变化规律与驱动因素分析

为探究风沙滩区河道基流变化规律与主要驱动因素,以1954—2018年无定河流域赵石窑水文站实测水文数据和多站点的降水量数据等资料为基础,分析比较3类方法(时间步长法、数字滤波法和平滑最小值法)对无定河流域风沙滩区河道基流分割的适用性,揭示河道基流量的变化特征,量化分析引起基流量变化的驱动因素(降水、植被覆盖度和农业灌溉等)。结果表明:时间步长法中的局部最小值法对风沙滩区河道基流分割结果较其他方法更为合理,其中多年(1954—2018年)平均基流量为3.29×108 m^(3),基流指数均值为0.71;基流量总体呈极显著下降趋势,且在1972年和2000年发生突变,其周期性变化主要由第1主周期(32年)控制;无定河流域风沙滩区河道基流变化是降水、植被覆盖度和农业灌溉等因素综合影响的结果,其中水文序列第2阶段(1973—2000年)和第3阶段(2001—2018年)与第1阶段(1954—1972年)相比,降水对基流量变化的贡献率分别为29.35%和4.52%,人类活动(植被覆盖度和农业灌溉)的贡献率分别为70.65%和95.48%,说明人类活动是其变化的主要驱动因素。研究结果可为无定河流域风沙滩区水资源合理开发利用提供基础依据。

基于马斯京根法的嫩江江桥-大赉段洪水演算

针对嫩江江桥-大赉河段洪水演进不平衡问题,首先分析了1998年前后江桥和大赉两个水文站的径流变化规律;然后引入河道洪水演进损失系数,建立了基于分段马斯京根方法的江桥-大赉河段的洪水演算模型;最后利用1998年后洪水资料,采用粒子群优化算法率定了河道洪水演进参数和洪水演进损失系数,并分析了参数和损失系数的合理性。结果表明,由于受1998年大洪水的冲刷以及河道两岸冲毁的影响,嫩江江桥-大赉段河道洪水传播速度加快,同时在演进过程中洪水向河道外满溢,导致上下游水量不平衡。

融合空间距离测度市场分割指数的方法设计与应用

市场分割是具有空间属性的概念,但是已有市场分割指数的测度方法普遍忽略了关键的空间因素。鉴于此,基于广泛使用的相对价格法,融合地理空间距离、经济空间距离和产业空间距离三个因素,提出了空间距离法测度市场分割指数。为检验空间距离法的测度效果,以扩容后的长三角城市群作为应用示例研究对象,采用地理空间分异可视化、箱线图离群点侦测和散点拟合曲线等方法,分析了长三角城市群的市场分割动态以及区域一体化发展水平等,并与价格法的结果进行对比分析。研究结果表明,空间距离法能够较好地测度市场分割程度及其动态特征,相较于价格法更具准确性和稳定性。长三角地区的市场分割程度总体在下降,一体化水平在上升,但同时区域市场的中心—外围结构特征愈发显著,需要引起重视。

河西走廊内陆河上游山区基流分割方法适用性与基流特征分析

基流是河西走廊内陆河流域径流的重要补给来源,对维持径流稳定具有重要作用。基流分割方法众多,其中数字滤波法在实际操作中具有简单易用和可重复性强的特点,因而被广泛应用于基流分割研究。本文以河西走廊三大内陆河流域(黑河、石羊河、疏勒河)山区为研究区域,选取4种数字滤波方法(Lyne-Hollick法、Chapman法、Chapman-Maxwell法和Eckhardt法)对研究区内14条河流的最佳基流分割参数进行评价,并对基流特征进行分析。结果表明:Eckhardt法在四种滤波方法中评价最好,是河西走廊内陆河流域基流分割的一种有效方法。在1965—2018年,河西走廊内陆河流域年基流量与径流量呈现相似的线性趋势特征,但径流变化幅度较基流更大。2000年后,黑河流域山区各支流多年平均基流量较2000年以前增加1.5%~20.7%,疏勒河流域山区各支流基流量增加1.9%~54.0%,石羊河流域山区各支流多年平均值变化幅度为-14.1%~5.9%。各流域枯水年基流指数(BFI)比丰水年略高(0.003~0.027),年内枯水季基流指数(BFI一般达到0.6以上)是丰水季的2.3~5.7倍。本文采用的Eckhardt滤波法和最佳滤波参数确定方法可为河西走廊内陆河流域基流分割提供参考。

分段型内河浮船坞连接装置设计及结构强度计算

船级社目前还未对分段型浮船坞连接装置制定相应的规范准则.本文研究对象为一艘24m内河浮船坞,在整体式的基础上对结构进行了一定的改造.使用有限元软件对连接装置及其附近区域的浮船坞部分主体结构建模,采用直接计算的方法对该部分进行强度校核,提出了连接装置设置安全和合理的结论,为类似的设计方案提供参考.