尾闾河道形态演变特征的模拟试验研究

尾闾河道是河流与海洋交互的关键地带,对其形态演变研究具有生态环境意义。采用物理试验方法对常见的喇叭状和蜿蜒状(河口左偏与右偏)尾闾河道演变过程进行模拟,研究不同水沙条件下河道演变规律,并以河相系数和相对粗糙度为基准对不同河型稳定性进行评估。试验发现:河道平面形态会经历一个“稳定—微变—强变”阶段;河床平均高程和比降随时间的增加而增大,模型河道上游和河口段变化最大,中游段变化最小;加沙时上游河岸侵蚀、河床淤积,加沙停止后下游与河口段河岸侵蚀大于河床侵蚀,河口分汊、摆动。平面形态不稳定区域:蜿蜒状为下游段,最大与最小河相系数相差6.51倍以上;喇叭状为河口段,最大与最小河相系数相差3.32倍以上。断面形态不稳定区域:左偏蜿蜒状为下游段,最大与最小相对粗糙度相差3倍以上;右偏蜿蜒状为上游段,最大与最小相对粗糙度相差2.03倍以上;喇叭状为下游段,最大与最小相对粗糙度相差4.09倍以上。

柴达木盆地那棱格勒河及其尾闾盐湖铷、铯物源和富集过程研究

铷、铯作为关键金属矿产,在诸多高新科技领域具有举足轻重的地位,其需求量逐年增加。柴达木盆地那棱格勒河及其尾闾盐湖中铷、铯含量较高,查明其物质来源和迁移富集过程,对柴达木盆地铷、铯关键金属成矿作用研究和资源增储具有重要意义。本研究以那棱格勒河流域的河水、地下水、沉积物、盐湖卤水和岩浆岩为研究对象,通过开展铷、铯元素含量分析,结合前人研究成果,探讨了那棱格勒河及其尾闾盐湖的铷、铯成矿作用。研究结果表明,湖区铷、铯元素含量表现为晶间卤水明显高于湖表卤水,且晶间卤水中铷、铯含量按照东台、西台、一里坪、涩聂湖的顺序逐渐降低。尾闾盐湖中高度富集的铷、铯与布喀达坂区域深部岩浆流体和高温水-岩反应有关,其以热泉的形式将铷、铯由深部携带至地表并通过洪水河-那河体系对湖区进行补给。补给过程中河水铷、铯的浓度受地下水输入、蒸发作用和沉积物吸附作用的共同影响,而湖区强烈的蒸发浓缩作用是盐湖卤水铷、铯发生富集的关键,沉积物对盐湖卤水长时间的吸附作用致使该区域具有形成沉积型铷、铯矿床的潜力。

大型水库运用对河口尾闾河道出汊的影响研究

为定量研究大型水库运用对河口尾闾河道出汊的影响,以黄河口尾闾段为研究对象提出了一种基于改进熵权法的河道出汊阈值确定方法,根据实测水沙资料确定了尾闾河道出汊指标计算公式及相应的河道出汊阈值,在还原无小浪底工程时尾闾段水沙及河槽形态调整过程的基础上,结合出汊阈值对比分析了有、无小浪底工程时尾闾段发生河道出汊概率的差异。结果表明:河段河相系数和汛期平均水流冲刷强度分别为边界和水沙条件中对河道出汊贡献最大的两个指标;黄河口尾闾段河道出汊阈值为38.16,当出汊指标大于38.16时尾闾段发生河道出汊;小浪底工程运用约束了进入尾闾段的沙量,河道出汊概率明显减小。

赣江下游尾闾综合整治工程船闸通过能力与耗水量设计分析

赣江下游尾闾综合整治工程以全面保护和修复区域枯水期水生态环境,提升水资源、水环境承载能力为主要任务,以现有主要河渠为主线,以主要湖泊为节点,统筹规划、系统治理,整体谋划构建连通互济、水资源统筹调配的骨干水系框架。其中主支枢纽和南支枢纽的建设内容含有船闸工程,本文以赣江下游尾闾综合整治工程主支枢纽船闸为例,主要对船闸通过能力与耗水量进行设计分析,对可研阶段船闸规模的确定、初设和施工图阶段进一步复核工程规模提供一定的参考。

黑河尾闾东居延海实现连续20年不干涸

黑河(古称弱水)是我国第二大内陆河,也是西北地区重要的生态屏障,被誉为“河西走廊的母亲河”。2000年以来,在水利部、黄委的坚强领导下,黑河流域管理局切实履行流域管理职责,团结流域各方,扎实开展水资源统一管理与调度工作,缓解了地区间的水事矛盾,初步改善和恢复了当地生态环境,取得了显著的生态、经济和社会效益。历史上黑河中下游地区用水矛盾就十分突出,清雍正年间,川陕总督年羹尧曾采取“均水制”并施行军管来平息地区间用水纷争。进入20世纪60—90年代,随着黑河中游人口的增多和经济社会发展,用水量迅速增加,流域内水事矛盾突出,进入下游水量锐减,造成了尾闾河道断流、湖泊干涸、林木死亡、草场退化,土地荒漠化和沙漠化日趋严重;西居延海、东居延海先后于1961年和1992年干涸,造成沙尘暴频发,波及西北和华北地区,成为我国沙尘暴的重要策源地之一。

从塔里木河河岸地下水与植被覆盖看尾闾湖维持面积

实施塔里木河下游生态输水工程(简称生态输水工程)是塔里木河下游“绿色走廊”保护的重要举措。以塔里木河下游(含湖区)为研究对象,采用密集时序遥感技术对自2000年生态输水工程实施以来的生态输水过程中河岸带与湖区植被面积和植被覆盖度的变化特征进行定量分析,结果表明:生态输水对河道两岸地下水水位的影响范围局限在1~2 km内,越往尾闾方向影响范围越窄;植被面积与植被覆盖度增长趋势显著的区域中,湖区占比较大,主要体现在尾闾湖区。为提高生态水利用效率,建议优化目前的生态输水方式。

2016-2020年黄河三角洲尾闾河道悬浮泥沙时空分布

三角洲河道悬浮泥沙的时空分布与河口流路稳定性及水下三角洲发育密切相关。基于Sentinel-2高分辨率卫星影像反演悬沙浓度,结合河道形态和水动力数值模拟,分析了近年来黄河尾闾河道悬沙的时空分布特征和影响因素。结果表明:2016-2020年,黄河尾闾河道平均悬沙浓度具有显著的洪枯季差异和不同的沿程分布;洪季悬沙浓度受上游来沙和底沙起动共同控制,王家庄和清加2断面是底沙起动再悬浮的主要断面;径流流速的增大对不同河段悬沙浓度的影响不尽相同,河口段悬沙浓度更易受径流流速的影响;以王家庄断面为界,上下游悬沙浓度分别呈现“深泓低两岸高”和“深泓高两岸低”两种截然不同的分布模式;尾闾河道悬沙浓度对调水调沙响应敏感,2018年调水调沙期间悬沙浓度达到10.75 g/L,但随着河床底沙粗化,尾闾河道悬沙浓度对调水调沙的响应敏感性下降。

黄河口尾闾段河道出汊机理中的河床边界条件

黄河口尾闾段河道出汊机理研究涉及出汊类型、出汊特征、水沙与河床边界条件等问题,河床边界条件是河道出汊的关键影响因素之一。研究在探明近期黄河口尾闾段河道出汊摆动特点的基础上,揭示了黄河口尾闾段河道出汊机理,并基于黄河口尾闾段实测地形资料,探析了河床边界条件的时空变化特征及其对河道出汊的影响。结果表明:河相系数是决定黄河口尾闾段河道出汊位置的主要影响因素,滩地横比降变化特征和深泓线位置变化决定河道出汊的摆动方向。

赣江尾闾河段近30年汛期水位变化

赣江尾闾河段汛期受上游来水与鄱阳湖顶托的双重影响,研究其汛期水位变化对河道防洪和航运有重要的指导意义。为此,根据赣江尾闾控制性水文站1990~2019年的实测水文资料,采用Mann-Kendall趋势检验和Pettitt检验方法对赣江尾闾河段汛期(河洪及湖洪)特征水位的趋势性及突变性进行分析。结果表明,赣江尾闾河段河洪期和湖洪期特征水位均呈显著下降趋势,河洪期水位年际变化较为均匀,湖洪期水位年际变化呈现出波动状,两者的突变年份均为2002年左右。河洪期特征水位下降的主要原因是河床下切,其下切趋势于2013年后明显减缓,故河洪期水位在2016年之后趋于稳定。湖洪期特征水位主要受河床下切影响,下游水位变化也会产生一定的影响。

赣江尾闾主支泄水闸工作闸门选型及水力学模型试验

赣江尾闾综合整治工程为大(2)型水利工程,主支枢纽常规孔泄水闸孔口尺寸大且泄水工况复杂,经比选采用下卧式弧门及液压启闭机方案。在此基础上建立水力学模型,模拟分析了不同工况下闸门运行情况,为闸门安全运行提供了理论基础。此研究成果可为大型弧形闸门的选型设计提供一定的借鉴与参考。

赣江尾闾河段水沙特性及河床演变

为了解赣江尾闾河段的水沙特性与河床演变规律,通过对该河段水文、泥沙和地形演变资料的整理与分析,探讨了该河段的径流、输沙、水沙关系、分流比、冲淤变化、河床稳定性、演变影响因素及演变趋势。结果表明:近年来,赣江尾闾河段输沙量明显减小;河段分流比呈西河增大、东河减小的趋势;全河段演变以冲刷为主,且河道上段的冲刷量远大于中下游河段;东、西河纵横向稳定系数呈上游往下游递减趋势;万安水库的运用、河道采砂、鄱阳湖水位的降低是赣江尾闾河段冲刷的主要因素;万安水库运用时间的增长及河道采砂管理的规范化,将有利于赣江尾闾河段的稳定发展。

黄河清水沟流路河口尾闾段河床形态萎缩特征

在简述黄河河口尾闾河段相关特征的基础上,从河槽横断面形态、河床纵剖面形态包括主槽河底平均高程、河床纵比降、平滩流量变化等方面分析了黄河河口尾闾河段河床形态萎缩特征。清水沟流路在1976—2000年期间,黄河口尾闾河段的发育大致可分为4个阶段,即初期发育阶段、中期成型阶段、后期萎缩阶段、末期人工干预发展阶段。相应的发育时期分别为20世纪80年代中期以后,尾闾河段主槽宽深比上升、横比降升高、河段纵比降下降、河床平均高程抬升,其相应时期内河道平滩流量相对偏低。这一现象可能与黄河来水来沙偏枯相关。河道疏浚、人工出汊、调水调沙等措施对尾闾河段河床形态的萎缩有一定的抑制作用,但其影响是暂时的,不能改变河道萎缩的总体趋势。

黄河口尾闾河道平滩流量与水沙过程响应关系

采用实测资料分析和理论探讨的方法,研究了黄河口尾闾河道平滩流量与水沙过程的响应关系。研究结果表明：清水沟流路行河以来,尾闾河道平滩流量由1976年的6 000 m^3/s左右减少至21世纪初的3 000 m^3/s左右。尾闾河道平滩流量具有双重记忆效应,从短期而言,对近2年水沙过程记忆最强,从长期而言,对近6年水沙过程记忆深刻。黄河口来水量越大,汛期来沙系数越小,尾闾河道平滩流量就越大,反之,尾闾河道平滩流量就越小。尾闾河道平滩流量维持在4 000 m^3/s,黄河口年来水量必须大于223亿m^3,汛期来水量大于141亿m^3,汛期来沙系数控制在0.03左右;小浪底水库调水调沙需要连续运用且运行年限大于5-6年,才能起到较好的效果;水量统一调度管理中应确定汛期利津站日均流量的最小值,以维持尾闾河道一定的平滩流量。

尾闾河段的数值模拟研究

尾闾河段是否畅通 ,直接关系到河流能否安全泄洪、排沥 ,是水利部门十分关注的问题 .本文阐述了采用一、二维耦合数学模型进行尾闾河段洪水与潮波的模拟的基本理论 ,对耦合模型的交界面条件及耦合方式进行了详细说明 ,并以某河尾闾段为例建立一、二维耦合模型 .一维数学模型研究计算的范围为河口区上游的河段 ,平面二维数学模型研究计算的范围为近挡潮闸河段以及至河口外近海区域 .模型以历史洪水和实测潮波分别进行了验证 ,计算结果与观测结果吻合良好 ,表明耦合模型可以较好地反映模拟河段及近海区的洪水与潮汐特性 ,解决河流尾闾段的水力模拟计算 .

黄河口尾闾河道断面形态的萎缩调整规律研究

采用实测资料分析和理论探讨相结合的方法,研究了水沙过程变异条件下,黄河口尾闾河道断面形态萎缩调整规律。研究结果表明,1986年后,黄河口水沙过程发生显著变异,尾闾河道断面形态萎缩十分明显,平滩面积大幅度减小,平滩宽深比有所增大;2002年后,小浪底水库实施调水调沙运用,黄河口水沙过程变异有所缓解,尾闾河道断面形态萎缩有所恢复,平滩面积明显增大,平滩宽深比大幅度减小,断面形态朝着窄深方向调整。通过引入尾闾河道断面形态萎缩的判别指标,可解决治理尾闾河道萎缩缺乏控制标准的问题。

黄河口尾闾河道横断面形态调整及其与水沙过程的响应关系

为治理尾闾河道萎缩提供技术支撑,采用实测资料分析与理论探讨相结合的方法,研究了尾闾河道断面形态变化及其与水沙过程的响应关系.结果表明,1986年后,黄河口水沙过程变异,尾闾河道平滩流量和平滩面积大幅度减小,平滩宽深比有所增大,断面形态变的宽浅;2002年后,小浪底水库调水调沙运用,尾闾河道萎缩有所恢复,平滩流量和平滩面积增大,平滩宽深比减小,断面形态朝着窄深方向调整.通过引入水沙过程参数,建立了尾闾河道断面形态与来水量、来沙系数和来水过程等参数的单因素响应关系以及多因素综合关系,在此基础上提出了尾闾河道满足一定输水输沙规模的断面形态所对应的水沙过程临界指标,如当黄河口汛期来水量大于141.2×108m3、汛期来沙系数小于0.03、汛期来水过程参数大于2.3时,利津断面平滩流量可达4000m3/s,相应的平滩面积为1648m2、平滩宽深比为6.3.

赣江尾闾区农田沟渠径流中氮磷负荷与迁移特征

为定量研究农田径流中氮磷负荷,通过野外采样和室内分析相结合的方法,研究了赣江尾闾区休耕期农田沟渠径流中氮、磷含量水平及其迁移特征。结果表明,农田沟渠径流中总氮(TN)、总磷(TP)含量均值分别为1.177mg/L、0.044mg/L,与同时期下游河渠水体中氮、磷含量(TN为0.936mg/L,TP为0.032mg/L)相比,农田沟渠径流中氮、磷含量较高,对河渠水体中氮、磷含量水平具有重要贡献;在沿程变化上,其含量虽然有起伏变化,但总的趋势为沿程下降。农田沟渠系统对氮磷均有一定的截留去除效果。

黄河尾闾及近岸沉积物中重金属的含量分布及生态风险评价

为了解黄河尾闾及近岸沉积物中重金属的污染特征,采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定了黄河河道和河口48个样品中Cr、Cu、Zn、Cd、Pb和As等6种重金属的含量,并对其分布和生态风险进行了评价。结果表明,黄河尾闾及近岸重金属的总含量沿河道至河口方向呈现先增加后降低再增加的趋势,至近岸B断面,As、Pb、Cd和Zn含量呈明显增加趋势,Cu和Cr含量增加幅度较小;黄河河口沉积物中重金属浓度明显高于河道沉积物中重金属的浓度。与我国其他流域相比,研究区域重金属含量处于较低水平。潜在生态风险评价结果表明,黄河尾闾及近岸沉积物6种重金属潜在生态风险系数从高到低依次为:Cd>As>Pb>Zn>Cu>Cr,黄河尾闾及近岸沉积物的潜在生态风险主要由Cd和As引起,两者的贡献率分别为55.90%和29.54%,研究区域生态风险低,污染轻。研究结果将为黄河尾闾及近岸生态保护、环境管理和污染治理提供一定基础数据。

黄河口水沙变异及尾闾河道的萎缩响应

1986年以来,进入黄河口的水沙过程发生了变异,尾闾河道逐渐萎缩,河道泄洪能力降低,对黄河防洪安全构成了极大的威胁。本文依据清水沟流路实测资料,采用对比分析、理论探讨等方法,揭示了黄河口水沙过程的变异特征,分析了尾闾河道萎缩的演变过程,概化了尾闾河道的萎缩模式,探求了尾闾河道的萎缩机理,引入了尾闾河道萎缩的判别指标。

赣江尾闾河网地形变化对洪季水动力的影响

为探明在新水沙条件和人类活动的影响下赣江尾闾河网地形变化与洪季水动力特征变化的关系,以1998—2020年为研究时段,基于1998、2013、2020年河道地形,分别建立一维河网数学模型,复演赣江98特大洪水,研究不同时期地形变化对洪季水动力特征的影响。结果表明:赣江尾闾河网的整体下切使水位流量关系右移,洪期各支洪峰流量整体增加,相同水位下,外洲站来流增幅超过50%。1998—2020年期间,南支地形下切幅度大于其他各支,地形不均匀下切导致尾闾河网节点分流比改变,整体上主支与南支分流增多、中支与北支分流减少。各支流速变化剧烈,主支下游流速增幅超过1 m/s。本研究可为河道整治规划、堤坝防护和灾害预防提供一些技术参考。