水土保持生态建设下的黄土高原典型流域水沙响应

为探讨黄土高原多沙粗沙区流域水沙关系演变特征及其对水土流失治理的响应,以黄河中游无定河流域为研究对象,综合采用水沙关系曲线、数理统计等多种方法,系统分析1956—2019年间无定河流域水沙关系多时间尺度演变特征及其与水土流失治理的协同响应。研究结果表明:1)研究时段内,无定河流域年径流及年输沙量呈锐减趋势(P<0.05),且均在1970年左右发生减少突变;2)流域水沙关系在年际和场次洪水尺度上均发生深刻变化。2010年以后,暴雨频发导致流域内侵蚀物源头供应明显增加,流域河道泥沙输送能力小幅提高;3)水土保持措施实施对流域水沙锐减影响较大。2000年前后在相似降雨条件下,单位降雨量径流量和单位降雨量输沙量较20世纪70年代减少47%和62%。水土保持措施面积增加与流域径流输沙减少呈现较好的一致性,流域水土流失治理在提高黄河多沙粗沙区流域下垫面抗侵蚀能力等方面发挥重要作用。研究结果可为科学认知区域水土流失治理成效及入黄泥沙锐减成因提供参考。

罗玉沟流域水沙变化趋势及影响因素

[目的]探讨小流域水沙变化趋势及影响因素,为黄土高原丘陵沟壑区水土流失治理和水土保持措施布设提供参考依据。[方法]采取Spearman秩次相关检验方法、累积距平法和双累积曲线法等对黄土丘陵沟壑区罗玉沟流域1986—2016年降水量、径流量和输沙量变化趋势和演变过程进行分析。[结果](1) 1986—2016年罗玉沟流域年降水量趋势性变化不显著;流域年径流量和年输沙量变化具有明显的阶段性,以1993年为界,年径流量和年输沙量呈显著降低趋势。(2)降水和水土保持措施影响罗玉沟流域年径流量和输沙量,不同降水水平年,降水和水土保持措施对流域水沙变化的影响不同,水土保持措施使流域枯水年份径流量和输沙量减少最为显著。(3)水土保持措施对年径流量和年输沙量的减少贡献率分别为83.50%和80.97%。[结论]降水量变化不显著的情况下,水土保持措施对罗玉沟流域年径流量和年输沙量的减少起主导作用,水土保持综合治理对枯水年径流量和输沙量的影响幅度最大。

水流作用下桩基局部水沙动力特征数值模拟

基于VOF方法追踪水气界面,利用不可压缩流体连续方程和运动方程对流体进行描述,通过嵌套网格技术建立三维数值水槽,湍流采用RNG k–ε模型,泥沙运动基于Van Rijn方法。基于验证后的数值水槽模型,开展水流作用下高桩承台结构局部水动力和冲刷规律研究,讨论不同来流条件下桩基桩周流场分布、泥沙输运和床面局部冲刷特征。结果表明,桩基冲刷特征受冲刷时间、流速、水位、水流攻角等来流条件的影响,同时也受桩间距的影响。当流速较小时,高桩承台桩基各桩之间相互作用较小,泥沙冲淤形态彼此独立,与单桩冲刷特征相似。流速较大时,前桩对后桩出现较为明显的遮蔽作用,前桩水流涡旋影响后桩,后桩周围流速明显降低,此时泥沙冲刷坑彼此相连构成群桩整体冲刷坑,且在最后排桩桩间形成条状冲刷坑,冲刷深度最大。

横断山区典型流域次降水事件水沙特征分析

横断山区干热河谷高温低湿,植被稀疏,水土流失现象较为严重,是金沙江、澜沧江和怒江等大江大河泥沙的主要源区。干热河谷地区水土流失多由次强降水事件造成,因此在该区域基于次降水事件尺度开展水沙特征研究,对于评价降雨和下垫面对流域产流产沙的相对贡献、指导未来水土保持实践具有重要意义。基于金沙江一级支流龙川江流域小黄瓜园水文站1966—2018年实测水沙数据,运用Mann-Kendall方法划分基准期和变化期,并基于2期次降水事件,对比分析降雨等级相同、暴雨覆盖面积比例等级相同、降雨量和降雨空间分布相似等3种情况下,2期水沙特征及变化原因。结果表明:1)小黄瓜园1966—2018年径流量和输沙量呈现明显下降趋势,其中2008年为突变年份;2)水土保持措施主导下的下垫面变化是变化期径流输沙减少的主要原因。长期以来龙川江流域实施的水土保持工程有效地改变下垫面的情况,减流减沙效果明显。应进一步加强横断山区等地形复杂地区次降水事件尺度水沙变化研究,更好地指导水土保持优化配置与管理。

内河水沙冲蚀条件下港口钢构件涂层损伤劣化的图像识别方法

为探究内河港口码头钢构件在水沙冲蚀条件下防腐涂层的损伤劣化规律,通过自制的水沙加速冲蚀磨损装置开展不同冲蚀条件下涂层材料损伤劣化的试验研究,基于图像识别技术对冲蚀损伤后的涂层表面形貌进行数字化和二值化特征提取,设定区分像素孔隙的灰度阈值,用以定量分析涂层表面破坏形式和损伤劣化面积。结果表明:当来流角度呈45°时,涂层损伤劣化最严重且表面凹坑比和划痕比大致相同,涂层损伤劣化面积随来流速度的增大呈指数扩大趋势;当含沙量低于45 kg/m^(3)时,含沙量的增大对涂层损伤劣化有促进作用,但当超过45 kg/m^(3)后反而降低了涂层损伤劣化速率,实现了在无损情况下对内河水沙冲蚀条件下钢构件涂层的损伤劣化规律分析。

1955-2021年期间长江中游枝城至螺山河段与三口洪道水沙输移变化规律

长江与洞庭湖之间存在复杂的江湖水沙交换关系,水沙变化引起江湖冲淤变化,从而对长江中游区域防洪、水资源利用、航运及水生态环境等产生较大影响。本文利用实测资料较为系统地分析了荆江与洞庭湖水沙输移变化规律,结果表明:1955-2021年期间枝城、沙市、螺山站年径流量变化趋势不明显,监利站年径流量增幅为17.4%,三口分流洪道与七里山站均以减少为主;1955-1989年期间枝城与沙市站年输沙量变化趋势不明显,监利站明显增加,三口分流洪道与七里山站明显减少,1990-2021年期间各站均显著减少,其中三峡工程运用后荆江河段(枝城站)、三口分流洪道、洞庭湖出湖及城螺河段年输沙量分别减少90.1%、90.2%、22.5%及76.6%;受水库下泄径流过程改变的影响,荆江河段、荆江三口分流洪道、洞庭湖出湖与城螺河段年内径流过程均呈不同程度的坦化,枯水期平均流量均显著增加,消落期平均流量稍有增加,汛期出现一定程度的减少,蓄水期稍有减少,下泄径流过程坦化以及2006、2011年特枯水年分别引起荆江三口年均分流量减少41.2亿和32.4亿m~3。随着三峡上游水库群陆续建成运用,荆江河段、三口分流洪道、洞庭湖出湖及城螺河段径流量将进一步坦化,由于干流河床泥沙补给逐渐减少,输沙量将进一步减少,预计长江与洞庭湖水沙输移变化规律将基本保持现有变化格局。

黄河水沙变化:历史、现状与未来

在现状防洪工程格局下,实现长治久安,核心在于黄河下游能否长期“河床不抬高”,而决定河床淤积抬高的关键因素是水沙条件。本文分析了2200多年来黄河下游决溢频次、黄土高原气候和社会环境变化,利用史料、前人研究成果和实测数据等,对不同历史时期黄河水沙的变化情况进行了分析。研究表明,从西汉时期至1970年代,黄河水沙量总体呈现为“水量越来越少、沙量越来越多”的趋势:在东汉故道行河的前837年(公元70—907年),黄河沙量只有4亿~5.5亿t/a、下游水量超600亿m^(3)/a,随后的127年黄河沙量增至7亿t/a左右、下游水量减至580亿m^(3)/a;1579—1918年黄河沙量增加到15亿t/a、下游水量减至570亿m^(3)/a;1933—1979年是黄土高原产沙最丰的时期,黄河潼关站实测输沙量为16.2亿t/a,若还原坝库拦沙后“天然”输沙量达19.2亿t/a。1980年代至今,黄河水沙呈现出“水沙均减”的趋势,其中,2000—2023年潼关站实测输沙量为2.34亿t/a,还原坝库拦沙后“天然”输沙量为5.5亿t/a,与唐代持平,下游实测径流量290亿m^(3)/a,是唐末的46%。未来,依靠持之以恒的水土保持,黄河沙量或许可以长期控制在4亿~5亿t/a,达到东汉故道行河前期的来沙水平,但因下游来水量难超270亿m^(3)/a,黄河下游现行河道的行河寿命难以比肩东汉故道。

海滩冲流带水沙运动综述

简述了冲流带水沙运动的基本特征,综述了入渗或出渗、段波紊动、泥沙平流、沉降或冲刷延后以及沿岸流、波浪-冲流相互作用和波群作用对冲流带水沙运动影响的最新研究进展;介绍了冲流带水沙运动物理实验的实现方式以及物理实验中冲流带泥沙运动观测技术的最新进展,论述了用于冲流带水沙运动研究的2类数学模型,并讨论了各自的优缺点。最后,探讨了现有研究成果和研究方法的局限性,并给出了未来的研究展望。

漓江上游水沙对降水、土地利用变化的响应

为了探究漓江流域上游水沙对气候和土地利用变化的响应特征,基于气温、降水量、径流量、输沙量,结合土地利用数据和归一化植被指数(NDVI)数据,应用Mann-Kendall检验法、双累积曲线法分析漓江上游水文气象要素变化趋势,利用累积量斜率变化率比较法定量揭示气候因子对上游径流变化的贡献率,结合植被覆盖变化特征探讨土地利用类型变化对河流水沙的影响。结果表明:1965—2019年漓江流域上游气温呈显著增加趋势,降水量、径流量、输沙量未呈现显著增加或减少趋势,同时期NDVI呈上升趋势,但土地利用结构未发生明显变化,仍以林地、耕地为主。漓江上游气温未出现突变点,降水量与径流量于1991年发生突变,1992—2019年漓江上游NDVI平均值显著高于突变前的1981—1991年,耕地面积平均值与林地面积平均值显著低于突变前的1981—1991年;输沙量于2003年发生突变,2004—2019年漓江上游NDVI平均值与建设用地面积平均值显著高于1981—2003年。降水对径流改变的贡献率为56.30%,降水量-径流量关系并未在突变点前后发生改变。降水量对输沙量改变的贡献率为-12.67%,降水量-输沙量关系在突变后发生改变。

水利工程硕士水沙动力学课程思政建设实践探索

如今,课程思政的教育理念不断深入到各大高校的教学中,该文从课程大纲修订、思政育人元素挖掘、思政教学实践等方面对水利工程硕士的水沙动力学课程思政实践进行研究,探索如何把思政元素融入到课程教学中;创新性地将“课程思政=知识目标+案例讲解+思政目标”的课程思政教学模式融入到教学实践,有意识地结合学院优秀学者的最新研究成果、专业技能在重大工程上的运用,从实际出发培养学生的职业认同感及提高学生的职业责任感。工程学科作为直接作用在社会民生和经济层面的学科,专业课程教学和实践教学与思政教学衔接更加重要,因此,教师在作为教学主体时,应该遵循“育人为本、德育为先、能力为重、全面发展”的育人理念,引导学生能够自主学习,具有适应社会经济发展的能力,拓展国际视野,并能够跟踪本专业及相关领域的前沿技术,具有持续职业竞争力。

福建长乐海域水沙环境及海岸演变研究

依托实测水下地形和水文泥沙资料,研究了福建长乐海域水沙环境及海床冲淤演变特征。研究结果表明:福建长乐海域为基岩岬角控制的沙质海岸,波浪较强、潮流流速小、水体含沙量低、海岸线及海床地形长期保持基本稳定状态;研究海域的常风向和常浪向均为NNE向,强风和强浪主要受台风及寒潮大风影响;研究海域属强潮海区,最大潮差为6.92 m,平均潮差为4.45 m;研究海域潮流属正规半日潮流,往复流特征明显;研究海域底质分布在横向上呈现近岸粗、深水区细的分布特点,近岸存在南北连续的砂质沉积带,波浪作用下自北向南输移的泥沙对海岸演变有一定影响。

南方主要河流水沙变化及人类活动的影响

为了解我国南方河流的水沙变化及主要成因,利用Mann-Kendall检验法和水文量累积曲线法,分析了南方主要河流代表站径流量和输沙量的变化特征,探讨了影响南方河流水沙变化的主要因素。结果表明,长江、珠江、钱塘江和闽江等南方河流代表站年径流量都没有显著的变化态势;除钱塘江代表站外年输沙量都有显著减少趋势;钱塘江2016—2020年为平水平沙期,2011—2020年为平水多沙期,其他河流2016—2020年和2011—2020年均为平水少沙期;影响南方河流水沙变化的人类活动包括水库拦沙、水土保持措施、河道采砂、流域过度建设等,其中水库拦沙是南方河流减沙的主要措施,水土保持措施在南方河流减沙过程中发挥了重要作用,河道采砂对河道减沙也发挥了一定的作用。

正态漏斗附近水沙数值模拟

针对水库淤积问题,设计了一种正态漏斗排沙装置,在水槽中开展水流试验。对正态漏斗附近水流-泥沙进行欧拉两相流模拟,用水流试验数据对数值模型进行验证,进而分析了不同边界条件下流速、涡量和相浓度场。结果表明,漏斗内部流速梯度较大,泥沙相浓度等值线呈V型不对称分布,漏斗前缘、左后侧和右后侧出现大涡量区。与锥形漏斗对比,正态漏斗近壁面流速大,水流阻力小,3种边界条件下平均涡量减小25.8%~27.2%,出口泥沙相浓度增大15.2%~16.5%,具有降低能量耗散、显著提高排沙效率的作用。

体型参数对旋流排沙渠道水沙特性的影响

为明确关键体型参数对渠道和排沙洞内水沙特性的影响,在模型试验研究的基础上开展了旋流排沙渠道的水沙两相流数值模拟。结果表明:起旋室高度对截沙率影响较为显著,最大相差5.41%;排沙洞直径、倾角和起旋室出口宽度对分流比影响显著,最大相差8.13%,增大倾角后改善了原排沙洞封闭端因壁面条件影响而产生的泥沙淤积;起旋室出口宽度对渠道内水沙特性基本无影响;不同体型下旋流排沙渠道均可高效、持续排沙,截沙率均大于90%,经过起旋室后,高含沙水流从排沙洞流出,下游渠道含沙量急剧减小。

北方主要河流水沙变异及其成因

为研究我国北方河流的水沙变异及主要成因,本文利用M-K检验法和水文量累积曲线法,分析了1950—2020年我国北方河流代表站径流量和输沙量的变化特征,探讨了影响北方河流水沙变化的主要因素。结果表明,淮河代表站年径流量没有明显的变化趋势,其他北方河流的年径流量具有减小或显著减小趋势;松花江代表站年输沙量无趋势变化,其他北方河流代表站年输沙量都有显著减少趋势;影响北方河流水沙变化的主要因素包括水土保持、水库拦沙、流域降水变化、引水引沙与泥沙综合利用、工程建设等,其中水土保持是北方河流流域保水减沙的主要措施,水库拦沙在江河水沙态势变异中发挥重要作用,流域降水变化也是北方河流水沙变异的影响因素,引水引沙与泥沙综合利用也对北方平原河流水沙变化发挥一定的作用。

黄河水沙监测数据分析与模型构建

对黄河水沙监测数据进行分析研究,使用相关性分析、回归分析、Mann-Kendall非参数检验、奇异谱分析等方法构建数学模型.分析含沙量与各因素的关系、水沙通量变化规律、水沙通量趋势预测、河底高程变化规律预测等问题,并提出水沙通量监测的优化策略.在环境治理、调水调沙、防洪减灾等方面具有一定的现实意义.

粤东大亚湾水沙环境及岸滩演变分析

根据现场实测水文泥沙及地形资料,对大亚湾海域的自然条件、水沙环境特征及岸滩演变特征进行分析,研究结果表明:大亚湾潮差较小,波浪和潮流动力弱,水体含沙量较低,泥沙来源有限,主要来自近岸附近滩面就地搬运的少量泥沙。湾内底质多为黏土质粉砂,呈现淤积质海岸的沉积特点。因此大亚湾海域水清沙少,自然状态下海床长期保持稳定。近期受港口航道建设、围填海等人类活动的影响,部分海床地形出现较大幅度的冲淤变化。湾内港池、航道疏浚开挖后航槽稳定,回淤强度较小。正确认识该海域的水动力条件、泥沙运移及海床冲淤变化,不仅是开展海岸工程开发建设的关键技术问题,也有利于近岸海洋环境保护及资源开发利用。

黄河流域水沙变化的文献计量分析

随着气候变化和人类活动影响的加剧,我国水沙情形所面临的挑战更加严峻。为研究我国黄河流域水沙变化情形的热点及发展趋势,借助CiteSpace可视化分析方法,对中国知网上1966—2022年间的1 907篇相关文献进行可视化分析,绘制出作者、机构及关键词等图谱,并对其展开分析,结果表明:(1)自2000年开始,水沙变化的研究量逐渐呈上升趋势,形成了较为密切的学术团队,且有着良好的合作关系;(2)中国科学院水利部水土保持研究所、河海大学水文水资源学院和中国科学院大学是该领域发文较多的机构;(3)水文模拟、黄土高原、土壤侵蚀及径流是出现次数较多的关键词,这表明当前的研究侧重于这4个方面;(4)当前的研究热点主要聚焦在黄河流域水沙变化的归因性分析及驱动机制的研究两个方面。

黄河上游近60年水沙变化特征及其影响因素

由于受人类活动及气候变化影响,黄河上游干流水沙特征发生显著变化。为探究黄河上游水沙变化情况,基于黄河上游5个水文站19642019年水沙、遥感影像等数据,利用Mann-Kendall检验法、滑动t检验法、累积距平曲线和双累积曲线等突变检验方法和小波分析法,对黄河上游水沙变化特征进行研究。利用水沙关系曲线及线性回归法等方法估算人类活动和气候对水沙变化的贡献率,并着重讨论梯级水库建设及土地利用变化对水沙的影响。结果表明:1)黄河上游玛曲-小川段流域内降雨量和径流量变化幅度不明显,贵德站、循化站、小川站19862019年年均输沙量分别减至19641985年的9.8%、24.6%、38.8%,输沙量大大减少。黄河上游玛曲-小川段径流量突变多在1986年,输沙量突变多在1969、1986、2004年,径流量存在8、16、22 a周期,输沙量存在4~8、18~21、27 a周期。2)1969年后,河流输沙能力增强,水沙关系显著改变。在不同时段内,人类活动对径流量变化在19872019年贡献率为66.3%,对输沙量变化在19701986、19872004、20052019年的贡献率为72.96%、70.73%、69.7%。人类活动对黄河上游干流水沙影响占据主导因素。3)刘家峡水库淤积最为严重,单库运行期水库淤积量为2.39亿t,排沙比变化范围为1.39%~10.7%。梯级水库联调使得径流量在19642004年间减少47.8%,19642019年间梯级水库减沙94.8%,梯级水库对输沙量影响远大于对径流量的影响。4)19802020年间,草地面积增加了1880.03 km 2,增幅3.1%,有利于减少输沙量,草地拦沙效益大于截流效益。

基于SARIMA模型的黄河水沙通量规律的研究分析

为了研究黄河水沙通量的变化规律对黄河流域的影响,保障黄河流域可持续发展,本文选用统计学分析方法和时间序列模型相结合,综合利用MATLAB、SPSS和Python等软件分析黄河水的变化规律,并制订出未来两年最优的采样监测方案。本文所用案例为2023年全国大学生数学建模竞赛E题-黄河水沙监测数据分析的题目进行研究分析,所得结果与实际查阅资料结果非常吻合。