三门峡水库时空冲淤与滞后响应

基于三门峡水库1960-2016年水沙和冲淤资料,本文分析了水库纵向与横向、年内与年际、时间与空间上的冲淤演变规律。结果表明:三门峡水库的冲淤过程可大致分为1960-1969年快速淤积、1970-1973年快速冲刷、1974-2002年缓慢淤积和2003-2016缓慢冲刷4个阶段;库区冲淤是上游来水来沙与下游水库运用协同作用的结果,1974年水库蓄清排浑运用前,主要受水库运用引起的溯源冲淤的影响,之后水沙作用增强。溯源冲淤向上游传播过程中冲淤幅度逐渐减小,溯源冲刷的影响时间相对较短,而溯源淤积的影响时长向上游不断延长,上游回水区河道溯源淤积累计量达到最大值的时间明显滞后于库区河道,当库水位开始下降及库区河道开始冲刷时,上游回水区仍可处于溯源淤积的影响之下。改进了河床演变的滞后响应模型,得到了权重归一化的滞后响应模型,克服了原有模型中特征量平衡值的权重之和小于1而可能对平衡值进行偏大估计的缺点。采用改进后的模型建立了三门峡水库累计淤积量的计算方法,该方法可较好模拟三门峡水库蓄清排浑运用以来的冲淤演变过程,计算精度较高。

黄河清水沟废弃河口冲淤时空变化特征

黄河于1996年人工改汊至清8入海是导致清水沟废弃河口岸线蚀退和海底侵蚀冲刷的主要诱因。但目前有关清水沟废弃河口海底冲淤演化对黄河人工改道的响应的认识尚有不足。因此,利用现代黄河三角洲毗邻海域多年的水深资料和Landsat卫星遥感影像,综合分析了清水沟(废弃)河口在1996—2015年的岸线变化及冲淤时空变化。结果表明:黄河清水沟废弃河口沙嘴两侧蚀退速率的变化存在明显的时空差异性。黄河改道初期(1996—2002年),研究区海底冲刷速率较快,年均冲刷速率约为0.03~0.05 km^(3)/a;2002—2007年,研究区海底冲刷速率大幅降低至约0.02 km^(3)/a;2007—2010年,随着黄河口位置再次向北迁移,研究区海底年均冲刷速率增大至约0.026 km^(3)/a;2010—2015年,研究区海底年均冲刷速率减缓至约0.01 km^(3)/a,远小于1996—2002年黄河改道初期时的水平。同时,基于Delft3D模式构建了黄河三角洲高分辨率三维水动力模型,定量研究了清水沟废弃河口潮流与冬季波浪变化对海底冲淤变化的影响,结果表明波浪和潮流在河口侵蚀过程中扮演着不同的角色。一方面,潮流与波浪在三角洲前缘斜坡处形成的高底剪切应力区是使得该区域形成侵蚀中心的主要原因。清水沟废弃河口岸线不断向陆方向蚀退以及侵蚀冲刷所造成的研究区整体水深增加使得潮流与波浪对海底的侵蚀冲刷作用逐渐减弱,最终使得近年来研究区海底冲刷速率不断减缓。另外,波浪在河口近岸区形成的高底剪切应力是造成河嘴两侧叶瓣差异侵蚀和近岸区形成侵蚀中心的主要动力机制。同时,潮流、波浪与海底冲淤变化间的相互作用对于该区域冲淤演化模式有着重要影响。

三峡建库后下荆江连续急弯河段冲淤时空分布及其影响因素

利用熊家洲-城陵矶河段2002~2018年5个年份的实测地形、监利站水沙数据分4个时段研究了下荆江连续急弯河段整体冲淤特征、弯道段与顺直过渡段等不同区域冲淤变化时空差异及其影响因素.结果表明:三峡建库后熊家洲-城陵矶河段年均冲刷厚度0.1m/a, 2002~2006年为滩冲槽淤,2006~2013年为滩淤槽冲,2013年以来为滩槽均冲.从空间变化看,八姓洲西侧顺直过渡段冲刷最大,为0.21m/a.顺直过渡段年均冲刷厚度大于弯道段,且弯道段及顺直过渡段冲刷强度均沿程减弱.来沙量减小和年内流量过程变化是冲淤时间差异的主因,流量过程变化的作用在2013年后增强.河道初始滩槽格局是冲淤空间差异性的关键因素,八姓洲西侧顺直过渡段较长且断面宽深比较大为深泓线摆动提供了较充足空间,而七弓岭、观音洲等弯道和江湖汇流区出口段深槽的长期稳定存在有助于归顺上游河段主流变化.研究成果将加深对冲刷条件下天然连续急弯河道演变规律的认识,为下荆江尾闾段河势控制以及保障防洪、通航安全提供科学依据.

河床演变阶段模型及其在三门峡水库和渭河下游的应用

基于河床冲淤和横断面面积变化,提出描述河道冲淤及垂向和横向调整的河床演变阶段模型,将该模型应用于1960-2017年三门峡库区和渭河下游河道的演变过程,结果表明,该模型可反映河道冲淤的时空变化特征,在溯源冲刷阶段,库区及渭河下游下段由下游向上游依次呈现“河床冲刷下切”、“河道冲刷展宽”、“河道淤积展宽”三个演变阶段,这一空间分布与河道沿程冲刷的演变阶段分布相反,反映了沿程与溯源冲刷特征的差异及河道横向可动性的影响。