伊河拦河坝群建设与水沙演变特征关系研究

针对伊河上游拦河坝群建成后,河道水沙演变特征演变,引入三维水沙动力模型,并借助Flow 3D平台开展了河道冲淤计算。研究表明,洪峰流量对河道水动力特征参数影响效应高于拦河坝群。拦河坝群的存在,会改变河道泥沙悬浮、沉降分布区域。各级拦河坝群之间河床高程差异性较小,但河道中、下游差异较大,改变洪峰流量,上游拦河坝群断面的河床高程会受显著影响。对水沙动力模型的实际工程应用以及河道水沙演变研究有所参考意义。

人类活动对颍河阜阳闸站水沙演变影响分析

根据颍河阜阳闸水文站建站以来近60年的径流和输沙资料,采用水文学方法分析了水沙历年变化规律。以受人类活动影响较小的20世纪60、70年代水沙关系为基准期,建立降水、径流、输沙回归方程,定量分析人类活动对水沙变化的影响程度。结果表明:从20世纪80年代开始水沙平均减少率分别为-19.6%和-59.6%。各年代人类活动对水沙的影响比例均值达40.6%,为水沙锐减变化的主要原因。

砚瓦川流域水沙演变特征及其驱动因素分析

为了探究降水变化和水土保持措施对黄土高原地区产流产沙的影响,选择我国水土流失最为严重的区域——甘肃省庆阳市的砚瓦川流域为研究区,对该流域1981—2012年的年降水量、年径流量和年输沙量进行趋势分析及突变检验,分析黄土高原沟壑区水土流失治理背景下流域水沙的演变规律,定量评价降水和水土保持措施对流域水沙变化的贡献程度。结果表明:在1981—2012年期间年降水量和年径流量均没有发生显著变化,而年输沙量呈现显著减少趋势,年径流量和年输沙量的突变时间分别在1996和1997年,具有很好的同步性。与基准期(1981—1996年)相比,变化期(1997—2012年)的年径流量和年输沙量分别减少了17.0%和76.0%,分析径流和输沙历时曲线发现流域丰水期和平水期的径流量逐时段减少,而枯水期径流量却持续增加,输沙量在整个时段则大幅度减少。该流域降水和水土保持措施对年径流减少的贡献率分别为-37.9%和137.9%,而对年输沙量减少的贡献率为-35.0%和135.0%,因此,水土保持措施的实施是该流域年径流量和年输沙量减少的主要原因。其中,植被措施(林地和草地)对径流影响显著,占径流减少总量的61.04%;工程措施(梯田和坝地)对产沙影响显著,占产沙减少总量的102.84%。研究结果表明,黄土高原地区水土流失治理已在区域尺度上表现出一定程度上削洪补枯和减少侵蚀产沙的水文效应特征。同时在水土保持措施建设过程中,合理配置植被措施和工程措施比例,充分发挥各项水土保持措施的优势,是开展适应性流域管理的关键。

1951—2015年洞庭湖水沙演变及人类活动对径流影响的定量评估

运用线性趋势法、M-K非参数检验法、滑动T检验法、小波分析法等对1951—2015年洞庭湖水沙演变特征进行了分析,并通过构建降水-径流经验模型,定量估算了气候变化和人类活动对洞庭湖入出湖径流量的影响率。结果表明:(1)洞庭湖入出湖水沙时间序列均呈现出下降趋势,其中以入湖输沙量的下降趋势最为显著,以404.46万t/a的速度减少,在研究时段内入出湖水沙均发生了突变并表现出不同尺度的周期性变化规律;(2)洞庭湖入湖水沙的Pearson相关系数为0.800,出湖水沙为0.696,表明洞庭湖水沙序列之间呈现出极显著的正相关关系;(3)在整个变异期,降水对入湖径流量变化的影响率为-1.03%、人类活动为101.03%,降水对出湖径流量变化的影响率为-7.67%、人类活动为107.67%,洞庭湖入出湖径流量减少主要是受人类活动的影响。

鄱阳湖流域降水量变化对水沙演变影响研究

利用鄱阳湖流域"五大"入湖河流控制水文站实测水沙资料,探讨了鄱阳湖流域1961—2006年水沙变化特征及其演变趋势,在此基础上应用线性回归分析方法揭示了鄱阳湖流域水沙演变过程对流域降水的响应。研究结果表明,1961—2006年鄱阳湖流域降水量和入湖径流量总体略呈上升趋势,降水日数呈下降趋势,表明降水强度增加、降水时间分布不均匀更加明显。鄱阳湖流域降水和径流基本符合幂函数关系。相关分析结果显示,鄱阳湖入湖泥沙总量和径流量、降水量、降水强度均具有很好的正相关关系,水体中的泥沙含量和径流系数具有很好的负相关性,说明流域降水量和降水强度均对流域产沙量和输沙量有促进作用;流域月降水量与月输沙量基本符合幂函数关系,进一步说明了流域产沙量是降水量和降水强度综合作用的结果。

西江马口水文站水沙演变规律分析

马口水文站是西江进入珠江三角洲网河区的一个重要控制站,位于珠江三角洲河口区西江干流水道,上游来水来沙情况对马口站水沙特性影响显著。采用马口站与上游控制站多年实测资料,通过上下游对照分析、单站分析等方法,初步探讨了西江泥沙的主要来源、年内变化、粒径变化等时空演变的规律及影响要素等,揭示了西江流域各河流控制站的水沙演变特性。

窟野河流域水沙演变的尺度效应驱动因素研究

流域下垫面的变化影响着流域的水文水沙特性,不同尺度及流域下垫面的变化特性也会对窟野河输沙率及径流量产生不同程度的影响,通过对已有数据和研究资料的分析比对,从1980-2013年以窟野河三个不同尺度的流域作为研究对象,研究在不同尺度情况下下垫面变化对水沙演变影响,用灰色分析法计算影响其变化的驱动因素的关联度。

郭城驿流域水沙演变对降水和水保措施的响应

为了解半干旱黄土区降水量、径流量和输沙量的演变规律,给当地水利水土保持工作提供理论支持和技术指导,以郭城驿流域为研究对象,采用泰森多边形法计算流域面平均降水量,采用Mann-Kendall检验法分析年降水量、年径流量、年输沙量的变化趋势,采用Morlet小波分析年降水量、年径流量和年输沙量的变化周期,采用多元功效函数(幂函数)模型对年径流量、年输沙量与年降水量、流域治理程度的关系进行回归分析。结果表明:1957—2016年郭城驿流域年降水量存在16~32 a、6~16 a和3~6 a等3种时间尺度的周期性变化,研究时段内整体上呈不显著减少趋势;年径流量和输沙量均存在16~32 a、6~12 a和3~6 a等3种时间尺度的周期性变化,研究时段内整体上均呈显著减少趋势,年输沙量减幅大于年径流量减幅;年径流量、年输沙量随年降水量的增加而增加,随治理程度的提高而减小,年径流量、年输沙量与年降水量、流域治理程度成较好的幂函数关系,在年降水量减少趋势不显著的情况下年径流量和输沙量显著减少的主要原因是流域治理程度大幅度提高,尤其与连台化梯田建设、造林种草密切相关。

东江沙卵石河床浅滩-深潭序列水沙演变特征

东江是珠三角网河区入汇河流之一,属少沙河流,其上游浅滩-深潭序列密集分布,河床结构的演变特性尚不清晰。选取东江浅滩-深潭序列河段进行现场河床质与推移质测量,结合试验得到不同流量和坡降中水流与河床在无上游来沙补给中的互馈机理。试验结果表明:浅滩与深潭交替造成沿程平均流速不连续变化,浅滩中部在洪水流量的塑造下容易产生紊动能峰值。无上游来沙条件下,序列中粗化层的形成、破坏过程交替与循环发生,其中静态分选是主导因素且导致沿程级配不连续。流量与坡降的增大促进浅滩-深潭序列发育,同时使得深潭与浅滩的纵向长度缩短;有上游来沙条件下推移质输沙率增大,无来沙条件下输沙率减小。

黄河宁夏段水沙演变规律及冲淤空间分布特征研究

黄河宁夏段部分河段河势仍未得到有效控制,河势摆动致使局部已建工程出现脱溜失效现象,洪凌安全隐患依然存在。以黄河宁夏段下河沿—石嘴山河段为研究对象,系统研究1950—2019年不同时期、不同河段干支流水沙年内与年际变化特征、河势演变过程以及河道与水库泥沙冲淤分布,以期为《黄河宁夏段清淤疏浚(采砂)规划》编制提供科学支撑。结果表明:①1950年11月—2019年10月,宁夏段下河沿站多年平均水沙量分别为298.6亿m^(3)、1.13亿t,汛期水沙量分别占全年的51.7%、84.1%。②1958—2019年,清水河泉眼山站、苦水河郭家桥站水沙量年内、年际变化较大,丰枯悬殊;清水河泉眼山站多年平均水沙量分别为1.14亿m^(3)、0.246亿t,苦水河郭家桥站多年平均水沙量分别为0.97亿m^(3)、0.045亿t。③沙坡头坝下—仁存渡河段经多年微弯型整治,河势已趋于稳定;仁存渡—头道墩河段为过渡型河段,河势大多依地形下行变化不定,局部河段河势摆幅得到了控制;头道墩—石嘴山河段为游荡型河道,河床宽浅,主流摆动不定,河势变化剧烈。④1993年5月—2018年11月,断面法计算沙坡头坝下—石嘴山河段共淤积泥沙2.150亿t,其中主槽淤积0.375亿t、滩地淤积1.775亿t;截至2018年10月,青铜峡水库淤积泥沙5.59亿m^(3),库容淤损92.2%。

近60多年洞庭湖水沙演变特征及其与人类活动的关系

基于1955—2018年洞庭湖水沙数据,运用Mann-Kendall检验法、双累积曲线等方法分析了洞庭湖近60多年水沙演变特征及其与人类活动的关系。研究结果表明:①受长江荆江段河道变化以及水利枢纽建设等的影响,三口、四水入洞庭湖水沙呈显著下降趋势,其中以三口输沙量的变化最为显著,且受三口水沙变化的影响,城陵矶年径流量与输沙量均呈下降趋势;②1955—2018年,洞庭湖湖盆泥沙淤积量呈显著下降趋势,泥沙淤积量的减小主要与由水利工程建设等人类活动引起的三口输沙量的减小有关;③水利工程建设等人类活动降低了水体中的泥沙浓度,使得径流-输沙双累积曲线发生偏折,通过建立偏折前后累积径流-输沙关系,可定量评价人类活动对洞庭湖水沙的影响。水利工程建设等人类活动使得三口、四水以及城陵矶输沙量平均每年分别减少0.69×10^(8) t(2003—2018年)、0.22×10^(8) t(1986—2018年)和0.21×10^(8) t(1981—2018年)。

北方典型多沙大凌河水沙演变特征及其影响因素分析

为分析北方典型多沙河流大凌河的水沙演变特征及其影响因素,结合M-K趋势检验法及水文学方法分析了大凌河干流4个主要控制水文站1956～2016年的水沙演变特征,并定量分离和剖析其水沙演变影响因素。结果表明,大凌河干流各站年径流量及输沙量急剧下降,M-K检验值均通过99%的显著性检验,尤其在2000年以后,年水沙递减率更为显著,与1970年代相比,2000～2016年各站年径流递减率在71.38%～80.93%之间,年输沙量递减率在96.02%～99.52%之间,且从上游到下游,水沙递减率呈递增变化;各站水沙累积双曲线突变点均发生在1980年;与基准期(1979年以前)相比,变化期(1980～2016年),人类活动对水沙演变影响要素的贡献率约为75%,降雨影响贡献率约为25%,2000年以后,大规模流域水保措施(退耕还林(草),淤地坝、梯田建设)是大凌河水沙锐减变化的主因。

北洛河流域水沙演变情势分析

北洛河是典型的多沙河流,是渭河泥沙的主要来源之一。通过对北洛河流域干支流主要控制水文站径流泥沙资料的统计分析,论述了北洛河流域泥沙的来源和沿程分配、输沙量的年内分配和年际变化、径流量和输沙量的关系以及泥沙形成原因等。对研究北洛河流域的水土流失和泥沙输移规律、合理地开发和利用提供了科学依据。

辽河干流水沙演变特征分析

根据辽河干流福德店站、铁岭站、辽中站长序列水沙观测资料,运用趋势检验法和突变特征法分析其近60a水沙演变特征。研究表明:辽河干流水沙演变整体呈下降趋势,人类活动为引起水沙变化的主要原因;为维持河流生态功能,可以适时降低橡胶坝的拦蓄作用和加大水库放水量。

引水枢纽工程闸前水沙演变模型试验研究

为研究鲁东北引水枢纽工程水沙演变特征,利用水工模型试验开展河床水沙演变与闸前冲砂分析。结果表明,泥沙淤积厚度与累计运营时间具有三阶函数关系,但运营累计80 d后泥沙淤积厚度放缓,且淤积速率为先快后慢;断面与排沙闸距离愈远,则泥沙淤积厚度愈大,排沙闸可使泥沙悬浮沉降具有分层性,进而减少闸前泥沙淤积,相同断面上的泥沙淤积受横断面距离比参数影响较小;冲砂试验前100 min仅出渠流量受之影响,冲砂试验150 min时出、入渠流量达一致性,而该节点渠内水位降幅减小;出渠含沙量高于入渠含沙量,但差幅随冲砂进程减小,最终稳定在6.8%。论文研究认为引水枢纽工程并不一定需要人工泄降冲淤,可借助排沙闸的存在利用汛期上游河道泄流完成这一目标,节省引水成本。

辽宁省典型河流近60年水沙演变特征分析研究

结合辽河、浑河、太子河3河8站水沙数据,对其近60年的水沙演变特征进行分析。结果表明:辽河干流三站整体水沙均呈现下降变化,但变化趋势性较弱,浑河干流3站水沙递减趋势性明显,太子河水沙变化较为平稳。各河水沙变化的主因为人类活动。

某工程渠首增设排沙闸后水沙演变特征分析

为研究引黄济青工程渠首增设排沙闸后水沙演变特征,设计开展引水期水渠泥沙模型试验。研究了随水深增大,测点流速增大;测点间流速差幅随相对水深增大而减小。闸前悬板泥沙沉降受限较大;随闸前距离愈远,含沙量愈大,但增长速率为先慢后快。论文认为增设排沙闸有助于降淤,且多孔式排沙模型工作效率高于单孔。

基于MIKE21的社岗流域水动力学及水沙演变特征影响研究

为研究北江飞来峡水库社岗流域内水土流失特性,采用MIKE21平台模拟分析降雨、植被因素对流域水动力学与水沙演变特征影响。研究得到泥沙淤积厚度与降雨强度为正相关关系,但降雨强度愈大,不仅淤积厚度峰、谷值发生变化,且淤积厚度增幅也减小,受运营期时序增长效应影响,中等降雨强度下更为敏感。每阶次植被NDVI0.06的变化,运营100d时断面淤积厚度平均降幅为12.5%;1500m~1800m、1090m~1500m区间断面水动力特征受运营时序效应最为敏感。降雨150mm/d的阶次增长,断面平均含沙量增幅为13.2%,但降雨强度增大到一定界限,会改变河道上下游泥沙迁移、悬浮特征。植被NDVI值愈大,则河道含沙量愈低,且NDVI参数值对断面含沙量影响具有恒定性。结果可为研究河道固土护沙及水土保持提供参考。

北方旱区典型多沙河流水沙演变规律探究及成因分析

以北方旱区典型多沙河流柳河为研究区域,基于柳河彰武水文站1968~2016年实测水沙数据,采用多尺度分析方法对柳河近49年的水沙演变特征及成因进行探讨。研究成果对于北方旱区典型多沙河流的综合治理提供重要的参考依据。

白龙江北峪河小流域水沙演变规律分析

根据白龙江北峪河典型小流域实测水文资料,分析了流域水文要素的年内和年际变化规律,流域降水、径流和泥沙主要集中在汛期,5-10月降水量、径流量、输沙量分别占全年的87.3%、90.9%和99.1%。降水量年际变化较为稳定,径流量、最大流量、输沙量年际变化不稳定,总体均呈剧烈减少趋势。马街站历年最大暴雨量随时段而变化,2 h以内的短历时暴雨量变化较大,超过2 h后暴雨量变化较为平稳。建立拟合了小流域年降水量与年径流深、次降水量与径流深相关公式,相关系数达0.884、0.869;建立拟合了小流域年和次不同时段的输沙与降水、输沙与径流的水沙相关公式,相关系数在0.686~0.849之间。通过定性定量分析流域降水、径流、泥沙的演变规律及其相关关系,对区域抗旱防洪减灾、水资源管理、小流域治理及生态环境保护具有重要意义。