疏勒河流域径流量和输沙量变化规律

[目的]探索疏勒河流域水沙变化特性,可为国家实施西部生态安全战略提供科学支撑。[方法]基于疏勒河流域昌马堡、潘家庄、党城湾3个水文站的实测径流量和输沙量序列资料,运用滑动平均、Mann-Kendall突变趋势检验和小波分析法等方法,分析了疏勒河流域径流量和输沙量变化规律。[结果]疏勒河流域年径流量和年输沙量均呈递增趋势,且输沙量增大趋势大于径流量,昌马堡、潘家庄、党城湾3个水文站径流量分别在1999年、2016年、1982年发生突变,昌马堡和潘家庄年输沙量突变均发生在1998年,党城湾输沙量没有突变;疏勒河流域3个代表站的径流量和输沙量都呈现出多时间尺度的演化特征,昌马堡径流量主周期为58 a,31 a,14 a,9 a和5 a,输沙量主周期为48 a,23 a,14 a,7 a和5 a,潘家庄径流量主周期为59 a,32 a,14 a,输沙量主周期为37 a,14 a,8 a和5 a,党城湾径流量主周期为42 a和5 a,输沙量主周期为16 a和8 a。[结论]疏勒河流域水沙总体呈递增趋势,且存在明显的周期变化,除党城湾的输沙量没有突变发生以外,其余站点水沙均有突变发生,同一水文站输沙量的突变的发生滞后于径流量的突变。

汶川震区山洪灾害场次洪水最大携沙量预测模型

汶川地震后,震区产生了大量松散堆积体,受强降水影响产生了破坏性更强的山洪灾害,加剧了灾害的危险性,增加了灾害防治的困难度,研究震区山洪灾害可为评估灾害的风险性及后续的管理提供依据。本研究以66处历史山洪灾害作为样本数据,进行可量算影响因子的相关性分析,揭示山洪灾害的携沙量影响机制,确定流域面积、主沟长度、相对高差、物源量四个影响因子作为主控因子,基于SPSS进行非线性回归分析,建立了基于场次洪水最大携沙量及最大携沙距离的估算模型,并选取了汶川县和都江堰市的共23处山洪水沙灾害数据进行了模型的验证且与其他模型对比。结果表明,本研究建立的模型可靠性好,精度更高。研究成果有助于预测汶川震区潜在的山洪水沙灾害区域,为山洪水沙灾害的风险评估提供依据。

2023年黄河含沙量调度探索与实践

2023年汛前,黄河水利委员会联合调度干流万家寨、三门峡、小浪底,支流陆浑、故县、河口村水库实施了黄河汛前调水调沙。此次调水调沙在调度过程中着力细化优化三门峡、小浪底水库调度,精细控制小浪底水库水位和入出库流量、含沙量,采取支流水库加大清水汇入等方式,控制下游河道含沙量在合理范围内,减少了调水调沙高含沙洪水对水生生物及其栖息地的影响,避免了发生洪峰增值过大,保证了调水调沙安全可控,完成了预案设定的各项目标。

放牧干扰下荒漠草原植物功能群数量特征与输沙量的关系

[目的]分析放牧干扰下草地群落及功能群数量特征变化与草地土壤风蚀间的关系,阐明草地不同功能群对草地侵蚀过程的影响,为荒漠草原合理放牧利用及保护提供理论依据。[方法]以内蒙古短花针茅荒漠草原为研究对象,采取完全随机试验设计设置对照、中度和重度3个不同的放牧处理,对不同处理下的草地输沙量和功能群特征进行研究。[结果]①随放牧强度增加,各功能群内物种高度、盖度和地上生物量基本呈下降态势。适当放牧能显著提高Simpson优势度指数和Shannon-Wiener多样性指数。②各放牧处理间的草地输沙量差异显著,不同输沙高度处的草地输沙量变化规律均为HG>MG>CK,同一放牧处理下,随输沙高度上升输沙率显著降低。③各功能群高度、盖度与输沙量均存在指数负相关关系,其中多年生禾草和多年生杂类草的高度变化对输沙量的影响更显著。各功能群的地上生物量与输沙量存在负相关指数关系,其中多年生禾草的生物量与输沙量的拟合程度最高。[结论]过度放牧会显著影响功能群特征并降低草地的防风固沙能力,建议放牧强度控制在中度及以下。

长江口徐六泾站垂线含沙量代表层研究

在水深大、交通繁忙而无法开展传统六层采样测量的情况下,如何获取更为准确的垂线平均含沙量进而提升入海泥沙通量的测量精度是当前学者关注的重点。以长江口入海观测关键节点——徐六泾水文断面为例,采用多种分层组合的方法计算垂线平均含沙量,运用置信区间、平均相对误差以及Lilliefors假设检验等统计方法进行计算与分析;同时,结合观测节点上下游水文断面数据,分析了垂线平均含沙量代表层的表征规律。研究结果表明:虽然徐六泾水文断面受到径-潮流相互作用,但0.6 H层被证实是最佳的垂线平均含沙量代表层,其平均相对误差均值在(0±5)%范围内;然而在下游南支河段,白茆沙水文断面受潮汐动力的影响显著增大,从而导致0.6 H单层代表性较差。研究成果对未来水文综合浮标改造和准确获取长江入海泥沙通量具有重要指导意义。

石头河水库含沙量模拟及分层取水方案研究

石头河水库对于保障关中城市群高质量发展具有重要意义。为解决汛期水库浊度较高的问题,在分析石头河水库分层取水必要性的基础上,采用MIKE3软件对某次洪水过程中库区和坝前不同高度的含沙量进行模拟研究,初步提出叠梁门式、活动式及新建放水塔三种分层取水方案,以最大化综合效益,进一步提升供水质量,并为同类项目提供理论和实践指导。

钱塘江河口段含沙量变化特征模拟分析

钱塘江为强涌潮、高含沙、强冲淤的冲积性河口,认识潮流作用下含沙量变异特征对河口防灾减灾、资源利用保护和治理具有重要意义。结合水沙实测资料分析和二维数值模拟的方法,研究了钱塘江河口段含沙量时变特性和空间分布规律,探讨了其纵向分布对潮流动力、尖山河段河势的响应。结果表明,在潮周期内含沙量呈强烈的时变特征,半月潮周期内含沙量与潮差呈明显的正相关;含沙量纵向分布表现为“仓前至曹娥江口含沙量高、两头低”的最大浑浊带分布特征,横向分布的随潮变化与断面形态密切相关。研究结果对丰富河口输沙规律和治理与管理具有参考价值。

生产建设项目含沙量智慧监测设备研究与应用

针对生产建设项目沉沙池排水口含沙量传统监测方式覆盖范围小、方式单一、不及时、数据滞后的问题,通过耦合试验自主研发了一种可应用于沉沙池、市政雨水管网、河道等多种场景的含沙量自动监测设备,通过场地试验得出,监测数据的有效性在不同应用场景下分别为河道79.6%、雨水井70.2%及沉沙池100%,设备对生产建设项目沉沙池排水口的监测有更好的适应性、即时性及连续性。设备还通过物联网打造智慧平台,为生产建设项目黄泥水监测“发现不了,发现不准,监管不了”行业痛点的解决提供帮助。

祖厉河干流输沙量演变特征及归因分析

为探讨祖厉河流域输沙演变规律,文章选取祖厉河干流会宁、郭城驿、靖远3站1957—2021年实测月输沙量数据资料,采用线性倾向估计、小波分析、累积量斜率变化率比较等方法,分析祖厉河干流近65年输沙量变化规律和影响因素。结果表明:1957—2021年祖厉河干流输沙量呈减少趋势,近20年入黄输沙量锐减80%左右;祖厉河干流3个水文站输沙量突变年份均在2006年左右;人类活动是影响祖厉河干流输沙减少的主因。该结论对防治祖厉河流域水土流失,改善流域生态环境具有重要的科学支撑作用。

抚河流域极端降水变化及其对输沙量的影响

本文基于抚河流域1960—2018年逐日降水和输沙量的历史数据,分析极端降水变化规律及其对输沙量的影响。结果表明:抚河流域8种极端降水指数均呈增长趋势;8种极端降水指数空间上总体呈现“北高南低”“东高西低”和“南高北低”三种格局;抚河输沙量呈不显著减小趋势(Z=-1.48),人类活动是流域输沙量减小的主导因素;极端降水指数和输沙量呈正相关,总体上存在1年、4年、16年的周期性显著共振关系。

基于回归分析的径流小区产流产沙量与降雨强度关系研究分析

以丽水石牛站为例,基于回归分析方法,研究径流小区产流产沙量与降雨强度之间的关系。通过收集丽水石牛站5个径流小区2022年的降雨、产流、产沙量数据,通过回归分析建立产流产沙量与降雨强度关系,并得出结论:随着降雨强度的增加,径流小区的产流量和产沙量也随之增加,呈现出明显的正相关关系,此外各径流小区的产流产沙量大小为裸地>桃树>杨梅>茶叶>茶花,说明种植均能对径流泥沙进行有效拦蓄,可作为防治水土流失的有效措施。

浅谈白龙江含沙量对宝珠寺及碧口水电站的影响

水电站兴利库容与河流年径流量对电站发电效益起决定性作用,由于暴雨形成的产流、汇流对上游地表冲刷产生的泥沙经过库区时,水流速度骤降,水体夹沙能力减弱,泥沙在重力作用下淤积在电站库区,影响水电站兴利库容和发电效益。文章通过三磊坝水文站1958-2021年实测输沙量数据对比分析,找出宝珠寺电站与碧口电站运行前后含沙量的变化规律,估算出了宝珠寺与碧口电站库区淤积泥沙体积,形成了是否对兴利库容有影响,是否对发电、灌溉效益有影响的初步判断,对电站的健康运行提出了参考意见及建议。

人类活动对长江输沙量的影响研究

为了研究人类活动对长江输沙量的影响,基于水利部长江水利委员会提拱的数据,对人类活动的影响、泥沙流量减少的因素及数量、悬浮泥沙浓度(SSC)的下降及空间格局变化以及河道和三角洲的侵蚀进行分析。研究结果表明:(1)长江流域大坝建设和实行水土保持措施后,相应的累积库容增加量约为20世纪50年代的52倍,各子流域的总输沙量减少了92.2%;(2)大坝的运行和土壤保护工作有助于在不同阶段减少悬浮泥沙浓度(SSC),其中汛期SSC的下降幅度比旱季更大,在7月和8月的汛期大同的SSC下降了81.6%以上;(3)从2013年持续到2019年,河床侵蚀已成为长江泥沙输移的主要来源,该三角洲的侵蚀很可能会持续并加剧。

卡群水文站1960—2020年输沙量变化特征分析

结合叶尔羌河卡群水文站1960—2020年实测含沙量数据,采用Mann-Kendall方法对其年尺度和季节尺度输沙量进行趋势检验,分析其变化特征。分析表明:卡群水文站年输沙量呈现递减变化,但趋势检验未通过90%的显著性检验,90年代后其输沙量有所递增。夏季卡群水文站输沙量递减趋势最为明显,趋势检验值可通过90%的显著性检验。降水量变化是其河道输沙量递减的主因。

水库蓄水对流域输沙量特征研究

为了研究三峡水库蓄水后长江流域输沙量特征,基于流域水沙流量资料,对长江主干流水沙流量变化、三峡水库(TGR)上游水沙变化、三峡水库内泥沙淤积变化以及下游河道侵蚀变化进行分析。结果表明:①自1990年后,宜昌和大同两个站点的输沙量均急剧下降,宜昌的泥沙减少幅度大于大同;三峡水库蓄水前,两个站点的累积水沙流量呈增长趋势;水库蓄水后,累积水沙流量趋于平稳。②三峡水库蓄水前,清溪场和宜昌间的河道基本没有净侵蚀或沉积;水库蓄水后,从2003-2019年截留泥沙平均每年为118Mt;③在2001-2002年,河道由沉积逆转为净侵蚀,在此转变过程中,人类活动为主要原因。

长丰河流域径流量和输沙量相关性及变化规律分析

依据成县水文站1959-2021年实测径流泥沙数据,计算分析径流量和输沙量的年内年际变化规律。结果显示,输沙量和径流量的年际变化都比年内变化稳定,而且都有减小的趋势,但年输沙量减小趋势更加显著,用Pearson、Correl、Rsq相关系数分析二者的相关性,用累积距平值法分析突变点并用Yamamoto法对突变点进行检验,得出1968年、1993年、2009年是径流量的突变点,2009年是输沙量的突变点。

基于WPT-ARO-DBN/WPT-EPO-DBN模型的月含沙量多步预测

准确的含沙量多步预测对于区域水土流失治理、防洪减灾等具有重要意义。为提高含沙量多步预测精度,改进深度信念网络(DBN)的预测性能,基于小波包变换(WPT),分别提出人工兔优化(ARO)算法、鹰栖息优化(EPO)算法与DBN组合的月含沙量多步预测模型,通过云南省龙潭站月含沙量时序数据对模型进行验证。首先利用WPT对实例月含沙量时序数据进行3层分解处理,得到8个更具规律的子序列分量;其次介绍ARO、EPO算法原理,利用ARO、EPO对DBN隐藏层神经元数等超参数进行寻优,建立WPT-ARO-DBN、WPT-EPO-DBN预测模型,并构建WPT-PSO(粒子群算法)-DBN、WPT-DBN作对比分析模型;最后利用4种模型对各子序列分量进行预测,将预测值叠加得到最终月含沙量多步预测结果。结果表明:(1)WPT-ARO-DBN、WPT-EPO-DBN模型对实例超前1步—超前4步月含沙量具有满意的预测效果,对超前5步具有较好的预测结果,对超前6步、超前7步的预测效果一般,对超前8步的预测精度较差,已不能满足预测精度需求;(2)WPT-ARO-DBN、WPT-EPO-DBN模型的多步预测效果要优于WPT-PSO-DBN模型,远优于WPT-DBN模型,具有更高的预测精度、更好的泛化能力和更大的预测步长;(3)ARO、EPO能有效优化DBN超参数,提高DBN预测性能,优化效果优于PSO,WPT-ARO-DBN、WPT-EPO-DBN模型能充分发挥WPT、新型群体智能算法和DBN网络优势,提高月含沙量多步预测精度,且预测精度随着预测步数的增加而降低。

鄱阳湖入江水道输沙能力与出湖沙量关系及冲淤调整规律

鄱阳湖是长江流域生态系统的重要组成部分,近年来鄱阳湖枯水水位下降、枯水时间提前呈常态化和趋势性变化引起了广泛研究。鄱阳湖入江水道作为江湖联系的纽带,在江湖关系演变中起着重要作用。特别是2001年以来,入江水道演变和出湖沙量出现了显著和复杂的变化过程,其原因存在明显争议。本文采用水文泥沙观测资料结合机理研究,分析阐明了鄱阳湖入、出湖水沙变化与入江水道挟沙能力变化关系及冲淤调整规律。研究结果表明:入江水道代表断面月流速与湖口月出湖含沙量成正比,鄱阳湖出湖沙量与入江水道输沙能力直接相关;入湖泥沙对入江水道演变的影响是缓慢的,入湖沙量集中的4—6月,1985年前后各月出湖沙量减少量和减小比率都小于入湖沙量减少量和减小比率,都大于输沙能力减小比率;1998—2010年与1955—1998年比,月出湖含沙量变化比率与入江水道月挟沙能力变化比率具有较好关系;从出湖含沙量与代表断面流速关系看,1999—2010年出湖含沙量在不考虑断面变化情况下总体低于1955—1998年相关线,考虑断面扩大后则高于1955—1998年相关系,说明1999—2010年出湖含沙量增大和入湖水道断面扩大是冲刷和采砂共同影响的结果;入江水道下段代表断面2011—2020年同流速下顺出湖含沙量与1955—1998年关系线基本一致,而上段代表断面则明显低于1955—1998年关系线,说明入江水道下段已趋于稳定,上段仍可能会有一定的冲刷调整,引起湖区枯水位继续有所下降。本文研究结果对明晰鄱阳湖入江水道冲淤变化、长江与鄱阳湖相互影响复杂关系和指导鄱阳湖保护与治理具有重要意义。

黄河上游黄土高原入黄沙量变化分析

早在20世纪70年代黄河上游实测输沙量就开始大幅减少,其中黄河下河沿站1970—1999年和2000—2022年年均输沙量分别较天然时期减少50%、76%,但迄今有关该区沙量锐减的研究极少。以黄河李家峡大坝至青铜峡区间的黄土高原为重点,分析了该区水沙和有效降雨变化情况、水库和淤地坝在不同时期的拦沙作用,还原了1960年以来流域实际产沙量,研究了梯田和植被变化情况,计算了现状下垫面在设计降雨情景下的产沙量。研究结果表明:20世纪后期水库拦沙是研究区输沙量大幅减少的主要原因,2000年以来梯田建设和植被改善逐渐成为主要减沙因素、水库拦沙次之;基于2021年下垫面推算的下河沿以上产沙能力为5800万~6600万t/a、较天然时期降低约62%,清水河流域产沙能力为1920万~2743万t/a、较天然时期降低约53%;未来植被改善潜力很小,新建梯田仅可弥补老旧梯田田埂损毁的负面影响,因此产沙能力进一步降低的潜力极小。

黏性泥沙含沙量对高速水流空化空蚀的影响

为探究黏性泥沙含沙量对高速水流空化空蚀影响的机理,在小型循环式水洞中配制了不同含沙量的挟沙水流,用红外测沙仪测定了挟沙水流的含沙量,用压力数据采集系统量测了空化区及空蚀区各测点的压强,并求出空化数以分析空化发生的条件。为研究不同含沙量和不同流速情况下砼试件的空蚀情况,制作了7 d龄期、配合比为水灰比W/C=0.4,灰砂比C/S=1.5的砼试件,进行4 h的空蚀试验,空蚀量以砼试件每小时重量损失表示。试验结果表明:在黏性泥沙含沙量S=0~50 kg/m^(3)情况下,含沙量对空化空蚀的影响存在一个临界含沙量S=30 kg/m^(3),当含沙量S<30 kg/m^(3)时,砼试件的空蚀量随含沙量的增加而增大,表明含沙量对空蚀具有促进作用;当含沙量S>30 kg/m3时,砼试件的空蚀量则随含沙量的进一步增加而减小,表明含沙量对空蚀具有抑制作用。当流速增大时,空蚀程度也随之增大。