现行黄河口分汊河道的分流特征及其影响机制

自2013年黄河尾闾河道出汊形成双槽入海的河口汊道,控制了河口流量的分配,但其分流特征及其影响机制尚不清楚。本文基于Delft3D构建了黄河口汊道的水动力三维数值模型,模拟了不同工况下河口汊道的分流特征,揭示了其影响机制。结果表明:河口汊道的分流不对称性随流量的增加而减小,流量增加加大了东汊与北汊河道的水位梯度差,使得从东汊河道的流量增量较北汊河道大,河流流量的分配更加均匀。潮汐作用增强了河口汊道的流量不对称性,而随着径流量的增加,潮汐的增强作用逐渐减弱。这主要由于在半日潮的作用下,东汊和北汊河道水位梯度的差异,形成河口潮汐的“东阻北促”效应,增强了河口汊道的分流不对称性。

长江上游分汊河段不同深度水流的紊动特性研究

分汊河段水流的紊动特性对河床冲淤变化和鱼类生境有重要影响,而关于分汊河段水流紊动特性的水平分布的研究较少。为了厘清分汊河段水流的紊动特性,以长江上游部分河段为原型,开展概化模型试验,并对不同深度水流的3个方向(纵向、横向和垂向)的时均流速、紊动强度及紊动能的水平分布特征进行研究。结果表明:分汊水流在分流和汇流区域有低流速区,该区域的水流紊动较强。不同深度水流的紊动强弱与滩体水平剖面面积呈正相关关系,与河床的距离呈负相关关系;近底水流的强紊动区域较为分散;上层水流的强紊动区域较为集中。

复式分汊河段航道整治工程方案探讨

文章以长江安庆复式分汊河段为研究对象,在对河道特性分析的基础上,运用定床模型试验研究的方法,分析了安庆河段水流运动及河床演变的基本规律,并依据定床模型试验结果,分析了安庆河段水流运动及河道演变的内在机理,推测本河段河床演变趋势,为安庆河段整治方案的确定提供了依据。

基于一二维耦合模型下S型分汊河道的防洪安全影响分析

柳江流域河道水系发达,下游洛清江与江口小学汇入柳江,冲击形成S型河道。近些年由于不同工程的建设,加速了下游河床的演变。如何准确分析分叉河道下河床演变以及工程建设对柳江防洪的影响,是迫切需要解决的问题。以青洲柳江特大桥为例,采用一二维耦合的水动力学模型,对3个年份的地形整理,计算分析不同年份下的水位与流场,得出桥梁建设前后对河道行洪安全的影响。通过柳江特大桥方案分析,该方法可行,可作为分叉河道下防洪安全影响分析的方法。

长江中游典型顺直分汊河段冲刷调整的特性与机理

与单一分汊河段相比,连续分汊河段的上游和下游汊道段相互影响,主支汊冲刷调整更加复杂。基于实测资料分析了长江中游武汉河段白沙洲-潜洲连续顺直分汊段冲刷调整的特性与机理。分析结果表明:三峡水库蓄水后两汊道河段的主支汊深泓纵剖面均冲刷下降,断面向窄深发展,江心洲的洲体冲刷萎缩;白沙洲主汊冲刷快于支汊。潜洲支汊冲刷快于主汊,支汊分流比增加。两汊道段的相关性导致白沙洲主汊深泓的右摆增强了潜洲支汊的分流比和冲刷动力,减小了潜洲主汊的分流比和冲刷动力,同时潜洲支汊河床的抗冲性弱于主汊,白沙洲主汊的抗冲性弱于支汊,两方面因素共同导致了两汊道段主支汊不同的冲刷发展过程。

弯曲分汊河道典型险段成因分析及治理思路

西江下游沙口河段近年来出现多次较大岸坡塌方险情,在实施塌岸修复工程后,险段出险隐患仍未得到有效缓解。结合沙口河段1999~2016年水下地形数据开展了河床演变分析,并通过建立一、二维水动力数学模型开展典型频率洪水工况下险段河道水流特性分析。研究结果表明:沙口河段2010年后河床已趋于稳定,但在较大洪水条件下仍可能发生0.3~0.5 m幅度的冲刷;险段所在的左汊河道为主要泄洪通道,险段近岸流速较大;险段成因及发展主要受河势及堤基地质条件的影响,土体自重和坡内渗流是出险的主要因素,水流冲刷则有助推效应。结合实地调研成果,提出了河势调整和岸坡防护相结合的治理思路,可为后续险段综合整治工作的开展提供参考。

长江中下游分汊河道洪枯期主支汊易位机制探讨

分汊河段广泛存在于自然界的河流中,其主支汊易位关系到河势、防洪、供水及航运等诸多方面。本文以长江中下游分汊河道为对象,采用水文变异与河道演变分析等方法,分析了主支汊洪枯期交替分类与区域特征,剖析了主支汊洪枯易位主导因素,探讨了洪枯转换下分汊河道主支汊易位机制。研究表明:长江中下游主支汊洪枯交替型河段主要集中在中游宜都至黄石河段,洪枯非交替型河段主要集中在苇源口河段以下,中游河段流量、含沙量、水位、水面比降等条件有利于洪枯期主支汊易位的形成;驱动因素分析表明,主支汊洪枯易位类型主要有主支汊分流比差异小、洪枯期汊道来流条件差异大和洪枯期主支汊过流能力差异大三种;洪水主汊上游有高水位下吸纳主流的阶梯式边滩、洪枯水流惯性差异明显和“大水趋直、小水坐弯”等情况,易导致主支汊易位。

长江下游典型分汊河道演变规律与影响因素分析

长江下游江心洲广泛发育分布,分汊河段较多,河道演变规律复杂。利用原型资料分析了鹅眉洲、世业洲典型汊道段深泓、断面和汊道分流比等变化特征,对比分析了分汊河道演变的主要影响因素。结果表明:三峡蓄水后鹅眉洲汊道段左汊持续发展,左汊分流比最高接近60%;世业洲汊道段具有类似的发展趋势,左汊分流比最高达到40.3%;鹅眉洲汊道段的演变具有周期性,潜洲向右淤展并靠鹅眉洲;世业洲汊道段左汊呈单向发展,左汊口门冲刷严重;各典型分汊河段的演变主要受到水文动力条件的变化、气候变化和人类活动的影响,其中潮汐作用是感潮河段冲淤演变较径流河段更剧烈的原因。

径流变化下长江口多分汊系统冲淤分布差异及动力机制

为探究水库调平径流过程下长江口多分汊系统冲淤规律,根据1950—2021年水沙、地形和工程资料,拟定径流强度指标(Da,60 000 m^(3)/s以上流量多年平均持续天数)、追踪滞流点位置和按航道疏浚还原北槽冲淤量辨析长江口冲淤分布差异和动力机制。结果表明:Da越大,越利于北部和南部汊道落潮分流比增大和减小,促进北部汊道冲刷加剧、淤积减缓和南部汊道淤积加剧、冲刷减缓,且利于北部和南部汊道淤积重心向下游和上游移动;冲淤差异受水流惯性和南岸节点挑流驱动,径流流量变化使得落潮主流北偏或南偏,形成南北汊道横向和纵向冲淤的联动机制;随着径流过程持续坦化,长江口北部汊道整体和上段将维持淤积加剧或冲刷减缓趋势、下段将维持冲刷加剧或淤积减缓趋势,南部汊道冲淤趋势相反;北槽滞流点在上下段间迁移的临界径流流量为35 000 m^(3)/s,未来上段淤积可能增强,建议适时调整航道维护区段。

复式分汊河道流速分布及河床冲淤特性

为探究不同水流条件下复式分汊河道的流速分布和冲淤特性,文章设计了复式分汊河道模型,并开展了相应的定床和动床试验。定床试验结果表明不同流量下垂线平均流速的高、低值区范围基本一致。随着边滩宽度的增大,滩槽动量交换增强,水流流速分布更加均匀、水动力轴线摆动也减弱。动床试验表明上游冲刷的泥沙大部分淤积到分流段主汊入口位置,并在水流作用下向下游输移。河床在水流冲刷下不断调整形态最终达到平衡。断面形态的调整主要表现为主槽淤积、岸坡侵蚀及坡度变缓、过流断面的敞口加大。研究成果对河道治理和建设提供了理论支撑。

分汊河道闸前流态优化水工模型试验研究

分汊河道汇流区流态复杂,当水闸距离汇流区较近时,应通过整体水工模型试验来验证整流优化措施能否满足水闸工程的功能要求。以武障河闸工程为例,开展了武障河闸上下游河道定床水工模型试验,依据试验结果,确定了流态优化最佳方案。结果表明:采用方案3导水堤加闸上游布置镂空式整流底坎的方案,可使上游流场得到明显改善,水流到闸前段时偏流现象已不明显,可满足工程安全运行要求。

河网型分汊河口分流比影响因素探究——以珠江蕉门口为例

珠江蕉门河口是典型的河网型分汊河口,是珠江口重要的泄洪排沙通道,其分流比变化对珠江三角洲地貌演变、防洪与航运等至关重要。本文基于蕉门近期地貌形态,以凫洲水道落潮分流比为研究对象,设计系列水槽实验,选取分汊河道断面形态与分汊角两个影响因素进行敏感性分析,探究河网型分汊河口分流比随上述因子的演变规律。结果表明:在分汊河道断面形态稳定的基础上,凫洲水道分流比与虎门、蕉门相对流速有较好的相关关系,受两口门绝对流速的影响较小;分流比与蕉门南水道水深呈负相关,与凫洲水道水深呈正相关;分汊角在30°~65°区间内,分流比与分汊角呈负相关,分汊角在65°~75°时,分流比与分汊角的正负相关关系在流速比V=0.7前后转换;通过量化各变量敏感性,分别得到凫洲水道分流比增大或减小对上述因子的敏感性大小。研究成果可为蕉门整治工程提供参考依据。

复式分汊水槽分汊口水流运动特性

分汊型河道是一种广泛存在的河流平面形态。当河道宽广时,河道行洪断面极有可能形成复式断面形态。存在江心洲的河道在演变过程中,洲头分流段水流运动往往起到了极其重要的作用。江心洲分流作用叠加复式断面滩槽交互作用,将共同对分流分沙产生影响,最终影响到整个河道形态的演变。为探究江心洲洲头水流运动特性对复式分汊河道演变的影响,设计了复式分汊河道的水槽试验。试验结果表明,复式分汊河道中,江心洲前的单一复式段,垂线流速分布基本满足对数分布;分流段流速主要受分汊形态的影响;复式断面形态是分汊口主槽和滩地流速变化的主要影响因素;在复式分汊河道的整治防护中,要着重关注江心洲洲头以及两侧的冲刷和两汊流速差异导致的淤积与冲刷;当流量增大到某一特定值时,复式分汊河道的断面形态可简化为简单的矩形河道进行研究。

三峡水库运行后长江中下游分汊河段航道治理

三峡水库蓄水运行后,长江中下游分汊河段出现冲淤不平衡,汊道分流关系显著调整,从而导致航道浅滩碍航特性存在差异。在长江中下游分汊河段河床演变、浅滩碍航特性等研究基础上,探讨分汊河段航道治理思路,主要结论为:1)分汊河道浅滩段以冲刷为主,逐渐显现洲滩冲刷萎缩、滩槽形态不利调整等特征;2)分汊段的洪水主流汊道分流比减小,顺直分汊与弯曲分汊的洪水分流比下降幅度小于中枯水时期,而鹅头形分汊河型洪水分流比降幅大于中枯水;3)三峡水库蓄水后通航主汊道对分流的控制力度减弱,进口处出现交错或散乱的不良浅滩形态,航道条件趋于恶化而浅滩出浅碍航;4)分汊河段治理可采取分步控制,实施洲滩控导、边心滩塑造或支汊调控技术等整治措施,达到维持或提高航道尺度的目的。

山区河流弯曲分汊型河段航道整治方案

岷江下游沙卵石弯曲分汊河段较多,不同分汊河段的河势特征与碍航特征迥异,山区河流弯曲分汊型河段不同的航道整治措施将导致整治点位水文条件、底质组成和河道结构产生明显不同的变化,对航道整治点位通航功能的影响也有明显差异。采用1:100正态河工物理模型试验和自航船模试验相结合的技术手段,针对岷江下游霸王滩滩群弯曲分汊型航道整治措施进行研究,对山区河流弯曲分汊型河段航线选线、整治建筑物尺寸和间距等平面设计参数进行优化设计,提出岷江下游霸王滩群弯曲分汊型河段III级航道整治方案。结果表明,通过优化航线布置并结合坝体调整、复式航槽开挖、下游布设潜坝或填槽等工程措施,可以实现增加水深、改善水流条件的整治目的。

长江中游荆江河段不同类型分汊河段演变趋势预测研究

本文针对长江中游荆江河段出现的三种分汊河型,选取藕池口、瓦口子、窑监河段共三个典型河段,分别代表顺直分汊型、微弯分汊型和弯曲分汊型,通过计算各典型河段的演变趋势研究不同分汊河型演变趋势符合的一般规律,主要结论如下:对于顺直分汊河段,演变趋势主要表现为边滩冲刷后退、主流摆动加大、河床宽浅化、航槽冲刷移位;对于微弯分汊河段,该类型河道态势不稳定,深泓摆动频繁、心滩头部和左右缘冲刷、尾部淤积下延,由于含沙量减少,主支汊均处于冲刷发展的态势;对于弯曲分汊河段,由于受护岸工程的影响,该类河段河势一般较为稳定,只要不出现大幅度的凸岸边滩切割现象,航道条件一般较其它河型要好。

HEC-RAS模型在分汊河道设计最低通航水位推求中的应用

HEC-RAS一维数学模型可用于恒定流和非恒定流计算,常被应用于降雨径流、河流水动力、洪水过程分析等领域。以岷江航道(乐山段)灾后重建为例,根据河道实测地形,实测分流比以及实测水边线,采用HEC-RAS模型对该段河道水面线进行率定与分析计算,研究HEC-RAS模型在分汊河段设计最低通航水位推求中的适用性。结果表明:HEC-RAS模型在研究区率定结果良好,有较好的适用性,且能为分汊河道的航道整治提供经济有效的技术支撑。

基于MIKE21的信江八字嘴顺直分汊河道水动力特性及河床演变分析

为阐明信江八字嘴航运段分汊河道岸堤水力特征及河床演变趋势,利用MIKE21水动力模块构建研究水域二维数学模型,并运用梅港站水文数据对模型进行率定和精度验证。在此基础上,开展信江顺直分汊河道不同水文时期的水动力特性分析,阐明分汊河道各段的发育演变趋势。计算结果表明:左汊是主要的过水汊道,该分汊河道的分流比随着流量的增大而下降。流速呈不规则分布,区域间流速变化显著,分流段左汊出现主流,收窄处出现最大流速,水位从分流区到汇流区均匀下降。河势发育演变整体稳定性较好,河道发育演变主要体现在分汊河道中河床冲淤的局部变化。所建模型能有效模拟分汊河道分流比及水位变化情况,可为河道安全防护及通航稳定研究提供科学依据。

长江中下游不同分汊河段中国鲤鱼栖息地模拟与评估

水流条件改变以及河床变形会影响鱼类栖息地适宜性水平。为了定量评估和预测长江中下游不同分汊河段对鱼类栖息地的影响,我们选取中国鲤鱼作为目标鱼类构建相应的生态水力模型。通过模型模拟,得到该种鱼成鱼和幼鱼不同流量条件下的生境指标。结果表明:两段河流的成鱼栖息地适宜度随着流量的增加而增加,幼鱼栖息地适宜度随着流量的增加则先增加后减小。此外,从长期来看,鱼类栖息地适宜度会随着时间的延长而降低。在20年以后,由于河床变形而导致的水动力条件变化,使得两段河流可能不再适合中国鲤鱼生存。

分汊河道不同治理方案的数值模拟

为模拟分汊河道水动力,以增江下游分汊河道为例,利用MIKE 21FM建立二维水动力数学模型,研究不同治理方案的效果。研究结果表明,对建筑物较多、水系复杂区域的河道分流计算,二维水动力数学模型具有较好的适用性。