上游来水来沙与洞庭湖入汇顶托对荆江河段冲淤的影响

三峡工程运用后荆江河段处于持续冲刷状态,分析上游来水来沙与洞庭湖入汇顶托对荆江河段冲淤的影响,对掌握坝下游河道演变规律具有重要意义。本研究基于2003—2020年荆江河段实测水沙及冲淤量资料,建立河段累计冲淤量与河段上下游边界条件之间的函数关系,并重点分析顶托作用对荆江河段冲淤的影响。结果表明:(1)荆江河段累计冲淤量与河段进口水流冲刷强度呈正相关,与进出口水位落差呈负相关,河段冲淤过程是二者共同作用的结果;(2)建立进口水流冲刷强度、进出口水位落差与荆江河段累计冲淤量的函数关系,能较好反映上下游边界条件对河段冲淤过程的影响(R^(2)>0.92);(3) 2003—2020年荆江河段累计冲刷量为12.3亿m^(3),在假设无洞庭湖入汇顶托的情况下比实测值增加0.67亿m^(3),即入汇顶托能使荆江河段冲刷量减少约5%;同期上、下荆江累计冲刷量分别为7.3亿和5.0亿m^(3),入汇顶托能使冲刷量分别减少约1%和16%。洞庭湖入汇顶托会导致荆江河段的冲刷量减少,对下荆江冲淤影响更显著。

垂直入汇流量控制及航道水流条件综合研究

针对垂直入汇干支流交汇区的平面布置难题,采用正态物理模型对支流的流量控制及交汇区航道水流条件进行模拟研究。试验遵循分流、导流、扩散的思路对支流的入汇路径进行优化,推荐方案试验结果表明:干流无流量时,枢纽能将支流来流按设计分流比分向干流上下游;干流有来流时,枢纽自动将支流来流调整至通过下游引渠汇入干流;各工况下交汇区航道水流条件均满足规范要求。通过增设隔板、流线型分流岛、导流板等综合优化措施能实现流量控制、改善垂直入汇交汇区的航道水流条件的目标。

泥石流入汇的危险性判别指标

通过对比单沟和区域泥石流危险性的评估方法 ,提出了利用影响度、危险度和危害度 3项指标判别汇流区泥石流入汇危险性的设想 ,分析了泥石流入汇可能引起堵江的影响因子。作为尝试 ,给出了判别指标的计算公式 ,经实例验证具有较好的实用性 ,可作为规划设计的技术依据。

90°支流入汇区域时均流速分布特征试验研究

通过多组次水槽试验,应用声速多普勒测速仪研究入汇角为90°时,不同汇流比水流条件下支流入汇区域及其附近的水面比降变化和时均流速分布特征。试验表明,入汇口上游的干支流水面坡降取决于干支流相互顶托影响,而入汇口处及其下游合流掺混区水面坡降随干流流量增大而增大,随汇流比增大而有所减小。不同位置垂线时均流速分布主要受主支汇流比和水流流态的双重影响,随着汇流比的增大,入汇口上游断面时均流速逐渐减小,而入汇口下游断面产生了明显的高、低流速带,形成回流分离区。

泥石流入汇对河流影响的实验研究

本文对泥石流与主河水流交汇机理及其河床响应特征进行了实验研究 ,模拟了汇流角分别为 90°、6 0°和30°时在各种汇流比条件下泥石流与主河交汇及河床响应过程 ;归纳出了泥石流与主河交汇的二种模式 ,提出了堵河判别式。考虑不同汇流比对交汇时泥石流沉积地形的影响 ,定义了“脊线”、“轴线”和“冲刷角”三个概念 。

入汇角为30°时交汇区水流结构试验研究

通过水槽试验,应用声速多普勒测速仪(ADV),研究了入汇角为30°时,支流斜接主流交汇区及其附近的三维水流结构,获得了不同主支汇流比下的三维流场及其脉动特性。试验表明:在交汇区三维流场中,产生了回流分离区,其中并伴随环流结构,大大改变了单一明渠中的流速分布及脉动特性。在入汇口下游主流右侧(入汇口一侧)水流脉动强度在z/h=0.2处易出现极大值,其形成机理还有待验证。

入汇角60°时入汇口泥沙淤积试验研究

通过水槽试验研究了山区大比降河流入汇口淤积情况,探讨了入汇角为60°时泥沙淤积的形态及泥沙淤积与水流、输沙率的关系。试验结果表明,泥沙的淤积位置与淤积体高点随汇流比的变化而变化,泥沙淤积抬高入汇口上游的水位且随汇流比增大抬升越明显,亦增加了河道推移质输沙率。

蒋家沟入汇河段泥石流堆积与输移特征分析

泥石流堆积及其对主河河床演变和输沙特征影响的研究已有不少成果问世,但基于实地观测数据的具体演化过程的分析研究还不多见,以2008年至2010年蒋家沟入汇段小江河床地形断面监测和采样分析为基础数据,结合泥石流活动的观测资料,对蒋家沟入汇后泥沙物质的堆积及其再起动输沙特征进行了分析。蒋家沟入汇的泥石流固体物质主要堆积于入汇口以下500 m(主河宽10倍以内)的范围内,堆积量的多少与原堆积物被小江冲刷输移的量有关。泥石流物质在被小江输移的过程中沿途落淤而堵塞河道,常常引起主河小江的改道。泥石流物质的堆积使小江在入汇处形成节点,尽管近年来入汇口附近小江河床总体表现为冲刷的趋势,但下游冲刷速度较上游快,导致下游河床比降增大而上游减小,入汇口的节点特征更为突出。

孔兑入汇角度对黄河内蒙古段河道冲淤的影响

选取黄河内蒙古河段典型支流毛不拉孔兑为研究对象,对其来水来沙特性进行了讨论。选取典型水沙过程,采用模型试验手段,在同样水沙条件下,分别模拟了孔兑水沙在现状条件和切滩导流条件下对干流河道冲淤变化的影响。结果表明:改变支流入汇角度能有效改善黄河下游干流河段局部淤堵的状况,但同时对下游河道的淤积影响范围也相应增大。

淮河入汇对口岸直水道深水航道整治效果影响的数值计算

口岸直水道是长江南京以下12.5 m深水航道二期工程重点整治河段之一,该水道上段为多分汊河型,下段为长顺直型,且上段又处于弯道和淮河入汇,河段内滩槽变化剧烈,航道条件影响因素复杂,其中,淮河大流量入汇是落成洲浅滩形成的重要原因。采用数学模型手段计算分析淮河入汇对口岸直水道深水航道整治效果的影响。计算表明:淮河大流量入汇,使淮河入江口以上三益桥边滩、左汊12.5 m设计航槽内淤积幅度和范围均有所增加,受其影响,落成洲左汊设计航槽内不满足12.5 m等深线的最小宽度较不考虑淮河入汇时有所增加,高港边滩设计航槽内浅区不满足12.5 m水深的航道宽度略有减小,鳗鱼沙右槽下段12.5 m设计航槽内不满足12.5 m水深的航道宽度较无淮河影响时略有增加。

粘性泥石流入汇区河床堆积动力学研究的问题与展望

粘性泥石流入汇主河极大地改变了入汇区的河床堆积地貌,其动力学实质是非牛顿流体与牛顿流体的交互作用,合理描述粘性泥石流入汇区河床堆积动力过程对于划定粘性泥石流风险区范围和认知流域地貌演化具有重大意义。粘性泥石流入汇区河床堆积体时空演化过程有别于粘性泥石流在地表的纯堆积过程,通过回顾国内外学者在泥石流入汇区堆积动力学方面的研究成果,可以发现在粘性泥石流入汇区内堆积现象复杂,存在"阵性"输移、"元堆积"和龙头"水滑"等特殊现象。但目前的研究对泥石流和水流交互机制都进行了简化,一是将粘性泥石流视为挟沙水流,直接采用异重流方法;二是将粘性泥石流视为"半固态",只考虑水流的输沙特征,研究认为基于这样的简化不足以描述粘性泥石流入汇的物理过程和特殊现象,也低估了粘性泥石流交汇区冲击速度和堆积范围。同时,根据粘性泥石流入汇区河床堆积动力过程的研究现状,结合粘性泥石流入汇的特殊运动过程,提出未来可开展的工作:一是粘性泥石流入汇的物理过程和其交互机制的合理简化;二是普适性高的粘性泥石流-水流堆积动力学模型的建立。

洞庭湖入汇对荆江河段水位的顶托程度与范围

洞庭湖入汇对长江干流水位的顶托作用影响着荆江河段的水文情势变化,分析其变化特征对研究长江中下游防洪安全问题具有重要意义。为揭示汇流顶托作用的程度与影响范围,本文基于1990—2020年荆江河段水位流量关系与洞庭湖汇流比,提出洞庭湖入汇顶托程度的量化方法,构建计算顶托程度的随机森林回归模型,分析顶托程度主要影响因素的重要性。结果表明:①洞庭湖入汇顶托程度与汇流比呈显著正相关关系;顶托程度随干流流量增大而增加,2003—2020年枯水、中水和洪水流量级监利站水位受顶托程度平均为0.59、1.33和1.60 m;顶托最大影响范围随干流流量与汇流比增大向上游延伸。②随汇流比增大,在2020年干流枯水、中水和洪水流量级下,顶托最大影响范围的延伸区间分别为石首—沙市、石首—陈家湾和陈家湾—枝城;汇流比、荆江段累计冲刷深度、螺山水位及干流流量对顶托程度变化的重要性占比分别为28%、27%、25%和20%。③构建的顶托程度计算模型在不同流量级都能够较好地计算荆江河段水位的顶托程度并确定顶托影响范围。

二维水沙数学模型及其在汉江入汇河段的应用

运用有限分析法的基本思想,自主开发了适用于汉江入汇段的平面二维数学模型。该模型采用了曲线四边形9点等参单元法,任意剖分计算区域,构造出形函数,并实行坐标变换,在划分网格技术中使用了适体河流边界将计算区域任意划分成多个曲线四边形的有限单元技术,在模型前后期处理技术如计算网格的任意划分技术,地形高程的插值技术上进行了改进,吸取了有限元法对河道不规则岸线有较好适应性的优点,发挥了有限差分方法成熟的数值方法技术。运用该模型对长江与汉江交汇处3组不同来流的情况下的流场进行了计算和分析验证,效果较好。

导流洞不同入汇比对出口区水流特性影响研究

水流交汇现象十分普遍,且交汇区常形成复杂的水流结构。文章采用数值模拟的方法建立概化模型,对导流洞入汇角为45°时,不同入汇比对导流洞出口区的水流特性影响展开研究。分析了出口区水面线、平面流场及剖面流场的变化规律。

河流交汇分离区特性研究

该文采用k-ε双方程模型模拟流场,选用VOF模型模拟自由面,依据物理实验条件对交汇式河流进行了三维数值模拟,成功模拟出了分离区的出现、分离区的几何尺度、交汇区域的水位变化等现象。数值模拟结果与应用声速多普勒流速仪(ADV)测量的试验结果吻合较好。研究表明:在汇口下游主流右侧出现分离区,分离区流速较小甚至出现回流现象,分离区的形状随着入汇角的减小而变得狭长,分离区的尺寸随着入汇角度和汇流比的增大而增大。本模型不仅对排污口的设计、河道治理等具有重要指导作用,还可进一步用于研究交汇区域的污染物扩散。

明渠交汇水流阻力对平面二维数值模拟的影响

与顺直明渠水流相比,明渠交汇水流由于存在分离区和自由剪切面,其紊动特性引起的阻力较为复杂,交汇水流除床面阻力外还受到较强的阻力。基于数值模拟与实验比较分析表明,分离流与自由剪切流所产生的阻力(紊动粘性阻力)对于交汇水流数值模拟具有重要影响。同时,由于平面二维模型对二次流影响的忽略,断面环流较强时数值模拟会产生较大的阻力(环流阻力),而断面环流较弱时,交汇水流的三维特性相对较弱,采用平面二维模型和k-ε紊流模型能达到较好的模拟效果。因此,紊动及环流阻力的计算对交汇水流数值模拟的精度至关重要。

我国省际边界效应的再检验——基于空间计量交互模型

现有对省际边界效应的实证研究大都忽略了空间相关性。选取区域贸易为视角,结合双边贸易流的空间相关性构建贸易来源地相关性、汇入地相关性以及来源地到目的地相关性三类空间计量交互模型,借助于中国铁路贸易相关数据对省际边界效应情况进行再检验,并与既往研究加以比较分析。通过比较发现:省际贸易流存在显著的空间依赖性,这种空间依赖性会影响到边界效应的估计结果,而且空间计量交互模型对边界效应的度量要比以往实证模型具有稳健性和合理性。

黄河内蒙河段水流数值模拟研究

针对黄河内蒙河段孔兑较多、洪水变幅较大、水文监测站点较少的实际情况,采用数值模拟方法,建立了内蒙河段水流数学模型,通过对模型的验证及孔兑入汇计算结果的分析,表明该模型可以真实反映内蒙河段孔兑入汇的流态及相关水力要素变化,可以作为该河段河道规划整治的研究手段之一。黄河内蒙河段孔兑的大流量入汇会对干流区的流态以及水位产生明显影响,使流向改变、水流上滩、水位壅高,因此区域防洪规划和河道整治中应予以高度重视。考虑到内蒙河段孔兑入汇干流带来的影响,不仅体现在水流形态上,而且泥沙淤积是河床演变的关键所在,加之短时段内又难以模拟水流的高含沙量过程,所以下一步工作将是在现有水流模拟基础上模拟计算含沙水流过程。

满足通航标准条件下电站最小下泄流量计算与分析

金沙江最下游梯级向家坝水电站已蓄水至正常蓄水位,但相关航运参数仍存在较大争议。为保障长江上游干线基本维护尺度,用保证频率法、保障航道基本维护尺度反推流量法、天然入汇比分配法等对金沙江向家坝水电站最小下泄流量进行研究分析,认为:在干支流均建电站的条件下,按照天然入汇比分配法较为合适;在不考虑非恒定流及河床冲刷影响的情况下,向家坝水电站最小下泄流量不应小于1 296 m3s。

沮漳河洪水与出口改道对长江干流影响分析

经广泛调研与深入论证，发现长江左岸小支流沮漳河汛期洪水和出口改道对长江干流造成了不可忽视的影响。首先介绍了沮漳河概况；论述了沮漳河洪水入汇对长江产生的影响；继而明确指出了沮漳河出口改道带来的问题，主要是导致长江沙市河弯发生系列重大河势变化。最后建议，在长江干流河道上，特别是河势不顺、水流复杂、演变剧烈等敏感性很高的河段上，实施河工措施，必须慎之又慎。