长江中游武汉河段江心洲的差异化冲刷规律

近20 a长江中游分汊河段的江心洲经历了冲刷并发生蚀退,但对微弯河段和顺直河段的江心洲差异化冲刷尚未有清晰认识。选取长江中游武汉河段的白沙洲和天兴洲作为研究对象,采用遥感影像、水文资料及野外调查,分析了白沙洲与天兴洲形态变化及差异化冲刷的原因。结果表明:1989—2020年,白沙洲洲体萎缩将近43.83%,天兴洲洲头浅滩变化较大,整体出露面积相对稳定;白沙洲与天兴洲的归一化植被指数(NDVI)整体较小,洲体植被覆盖空间差异性减小;这2个江心洲枯水期出露面积的变化主要体现在洲头浅滩;位于顺直河段的白沙洲洲头及侧向洲体遭遇冲刷,左侧洲体出现窝崩现象,其主要原因是白沙洲大桥桥墩的壅水与阻流作用;位于微弯河段的天兴洲自三峡工程蓄水后洲头遭受冲刷,2004年洲头守护工程实施和人工抛石有效地抑制了冲刷并实现了促淤作用。因此,江心洲的冲刷差异性主要体现在河段形态、主支汊相对位置和有无守护工程。

水闸运行对丹河不同形态河段典型污染物降解系数的影响

水闸对河流的阻隔作用改变了河流流速、流量,引起河流形态变化,使得污染物输运也随之发生改变,直接影响河流的水环境容量。以小水闸控制下的丹河为例,通过水闸运行控制河流水量,探究河流流速对污染物降解系数的影响。结果表明,除TN外,COD、BOD5、TP的降解系数与河段流速有非常显著的线性回归关系(p<0.01),不同污染物的降解系数随河流流速的增大而增大,且顺直河段的污染物降解系数高于弯曲河段污染物降解系数;开闸放水后顺直河段COD、BOD5、TN、TP降解系数增加,弯曲河段COD、BOD5、TP降解系数减小,仅TN降解系数增加;开闸放水后顺直河段流速增加0.14 m/s,COD、BOD5、TN、TP降解系数分别增加0.94、0.30、0.72、1.93 d^(-1);弯曲河段流速增加0.01 m/s,COD、BOD5、TP的降解系数分别降低0.44、0.28、0.38 d^(-1),TN降解系数增加0.87 d^(-1)。

黄河内蒙古河段水文情势变化及生态效应初探

选择月均流量、日均流量变幅、极端流量和脉冲延时4个水文情势指标,采用IHA-RVA(水文情势变化指标-变化范围法)分析黄河干流内蒙古河段水文情势的时空变化特征,辨析黄河鱼类生态习性与径流组分的响应关系,探讨内蒙古河段流量过程、极端流量变化的生态效应。黄河干流上游河段水利工程运行后,内蒙古河段的水文情势明显改变,进而改变该河段的生态水文联系过程。黄河内蒙古河段枯水期月均流量增加(1、2月份月均流量增幅超过70%)、最小日均流量增加(石嘴山断面最小日流量增幅超过50%),保障了河道流水栖息生境,有利于鱼类越冬。该河段日均流量变幅降低,有利于粘性卵孵化。但是内蒙古河段汛期月均流量减小(7-10月份月均流量降幅接近50%),大、小洪水持续时间缩短,不利于扩展横向栖息地;最大流量出现时间在上游河段延迟超过2个月、在中下游河段提前约1个月,洪水脉冲刺激时间紊乱可能影响鱼类繁殖行为。研究可为黄河内蒙古河段鱼类栖息地保护以及上游水库生态调度提供技术支持。

取水工程对松花江悦来河段影响研究

为了研究引水工程的建设对松花江悦来河段水沙变化的影响,构建了松花江干流悦来河段的平面二维水沙数学模型,分析了引水工况对松花江悦来河段的流速、水位、分流比和冲淤分布的影响。研究结果表明:松北引渠引水入松花江致使入江处水位抬升为0.03~0.04 m,由于松南引渠引水,致使取水口附近的主河道水位下降约0.03 m;在天然条件下,松南下口引渠位置分流量为78 m~3/s,分流比为8.8%,在取水方案下,松南上口引渠分流量为104 m~3/s,分流比为8.5%,松南下口引渠分流量为323 m~3/s,分流比为28.9%;在天然条件下,悦来河段主河道呈现冲刷状态,冲刷深度为1.0 m左右,双口引渠导致取水口附近的泥沙淤积较天然条件有所增加,其中松南引渠下口淤积更为显著,引渠口门处淤积厚度可达1.0 m以上。

流凌封河预报指标法及其在黄河内蒙古河段的应用

把流凌封河累积负气温作为黄河内蒙古河段封河预报关键指标,明确累积负气温与封河流量、降温强度、河槽形态等的关系,确定现有河槽形态以及海勃湾水库运用影响下不同流量和降温强度封河所需的累积负气温,并建立了流凌封河累积负气温预估公式。指标法可以在很大程度上提高黄河内蒙古河段封河预报的预见期与精度。

黄河下游水库河段整治对河道演变的影响研究

为了研究黄河下游水库河段整治对河道演变的影响,通过黄河下游河段的河流模式判别,对河段的弯度、主流游荡范围和宽深比以及水条件对河道演变的影响进行了分析,结果表明:河段的弯曲度在1970—2019年间总体呈上升趋势,游荡范围减小,河道整治工程改变了河道的边界条件,在水沙条件相同的情况下,有利于河道的稳定,相较于未整治的河段,整治过的河段接触主流的概率较高。

长江铜陵河段河床形态及分流格局变化分析

铜陵河段是长江下游典型的鹅头型分汊河段,主流摆动、洲槽冲淤变化剧烈,对防洪安全、沿江经济产业布局有重要影响。结合三峡水库蓄水以来,特别是2020年长江大水后水沙变化情况,从河道冲淤、断面形态变化、河道纵剖面变化以及分流比变化等方面,系统分析铜陵河段近期河势变化情况。结果表明,三峡工程蓄水后铜陵河段总体呈冲刷态势,特别是2016~2020年,冲刷强度及范围大幅增加;2020年洪水后,成德洲主汊再次易位,左汊恢复为主汊,近期内主汊可能仍会在左、右汊中摆动,河势处于动态调整状态;受河道冲刷、河势调整影响,成德洲右缘崩岸、南夹江胥坝西凤埂崩岸段仍未稳定。研究成果为下阶段铜陵河段河道治理、崩岸守护提供技术支撑,也为分析长江中下游其他分汊河段河势变化奠定基础。

复式分汊河段航道整治工程方案探讨

文章以长江安庆复式分汊河段为研究对象,在对河道特性分析的基础上,运用定床模型试验研究的方法,分析了安庆河段水流运动及河床演变的基本规律,并依据定床模型试验结果,分析了安庆河段水流运动及河道演变的内在机理,推测本河段河床演变趋势,为安庆河段整治方案的确定提供了依据。

洞庭湖出流对荆江河段洪水位顶托影响分析

荆江河段洪水位受洞庭湖出流顶托的影响,研究顶托影响的幅度和范围有助于深入认识长江干流荆江河段的防洪形势。基于实测水文资料设计了长江干流与洞庭湖不同的洪水遭遇组合,通过建立长江干流宜昌—大通的一维河网数学模型,分析了不同洪水遭遇组合下洞庭湖出流对荆江河段洪水位顶托壅高幅度及壅高影响范围。结果表明:荆江河段洪水位顶托壅高幅度与城陵矶出流强度呈正相关,顶托影响随着上游距离的增大而逐渐减小;荆江河段洪水位顶托影响范围与城陵矶出流强度呈正相关,考虑最不利的遭遇情况,对上游河段的影响范围至少到沙市。

新水沙新边界下长江扬中河段演变分析及思考

为掌握新水沙新边界条件下扬中河段近期河道演变规律,依据大通站和长江扬中河段的水文泥沙及地形资料,从河道边界、滩槽分布、河床冲淤、河道断面、汊道分流比等方面进行分析。结果表明,该河段河道边界、滩槽及分流格局总体稳定,河床总体冲刷,落成洲、小泡沙等汊道分流仍在发生变化,局部河势仍处于调整期,河道治理应以控制和稳定现有河势为主。该研究成果可为下阶段扬中河段的治理提供参考。

冲刷及整治工程叠加作用下武汉河段滩槽调整特征与成因

大型水库的修建引起了坝下游的滩槽调整,进而对河势、航运、防洪及生态等产生显著影响。为探究滩槽调整的驱动机制,采用1952—2022年水沙和1959—2021年地形观测资料,以长江武汉河段为例,分析了床沙组成、来水来沙及整治工程等因素的影响。研究表明:①武汉河段枯水河槽冲刷量占全河槽冲刷量的90.4%,断面趋向窄深化,河相系数减小。不同江心洲及汊道冲淤出现差异性调整,2001—2021年,铁板洲和白沙洲洲体面积分别减少了63.1%和61.5%,潜洲和天兴洲洲体面积分别增大了212.3%和14.5%;2013年后,铁板洲左右汊均冲,天兴洲汊道左淤右冲。②来沙量锐减,河床以0.125 mm≤d<0.25 mm的细沙居多,抗冲性较弱,是冲刷加剧的先决条件;三峡水库的削峰补枯作用加剧了枯水倾向汊河的冲刷幅度;整治工程改变了滩槽冲淤的横向分布,是江心洲差异性调整的主导因素,也是天兴洲保持左淤右冲的重要原因。③三峡水库蓄水前,洲滩之间演变联动性强;三峡水库蓄水后,来沙减少和中水期时间延长导致洲滩冲刷萎缩,洲滩之间演变联动性变弱;整治工程实施后,工程保持了心滩稳定且其缓流滞沙效应提高了抗冲性,心滩淤长的同时限制了边滩发育,叠加来沙进一步减少,边滩之间、心滩之间演变联动性进一步变弱,边滩与心滩之间演变联动性再次增强。

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。

三峡水库运行后汉口—九江河段水位变化特征及成因

大型水库的修建引起坝下游的水位调整,进而对河势、航运、防洪及生态等产生显著影响。为探究汉口—九江河段水位变化特征及成因,采用M-K分析法分析1988—2022年汉口、黄石港和九江站的水位变化趋势,并使用基于距平残差的水位变幅分析方法和一维水动力模型,分析河道冲淤、下游水位和阻力变化对不同特征流量下水位变化的影响。研究结果表明:①三峡成库前,除九江站枯水位呈显著性下降趋势,各级流量下的水位均没有显著性变化趋势。②三峡成库后,九江站的水位变化趋势与建库前相同;汉口站、黄石港站在12000 m^(3)/s和20000 m^(3)/s下的水位呈显著性下降趋势,12000 m^(3)/s时降幅分别为0.072、0.045 m/a,20000 m^(3)/s时降幅分别为0.048、0.027 m/a;水位变化的临界转换流量约为30000 m^(3)/s,在该流量附近水位未出现明显变化;当流量大于30000 m^(3)/s时,水位呈非显著性上升趋势,45000 m^(3)/s下的升幅分别为0.037、0.049 m/a。③临界转换流量以下水位下降的主导作用为河道冲刷,临界流量附近的水位未出现明显变化源于阻力增大作用接近抵消了河道冲刷的影响,临界转换流量以上的水位上升源于阻力增大作用更加明显,个别年份的洪水位上升显著源于下游水位顶托作用明显。

黄河下游游荡性河段心滩形态特征与水沙过程响应关系

黄河下游游荡性河段素以调整速度快与幅度大著称,河道心滩复杂多变,探究心滩形态特征与水沙过程之间的响应关系对于解析下游游荡性河段的河床演变机制具有重要的意义。围绕黄河下游铁谢至高村游荡性河段的心滩面积与数量等形态特征指标,结合下游水沙及冲淤特性,采用遥感影像和数值模拟相结合的研究方法厘清游荡性河段水沙过程与心滩面积及数量之间的响应关系,揭示水沙变化对心滩形态特征的影响机制。结果表明:自小浪底水库运用以来,下游河道发生剧烈冲刷,游荡性河段累计冲刷量15.37亿m^(3),占下游累计冲刷量的68%;在小浪底水库运用以前,游荡性河段的心滩面积与数量年际变化剧烈,存在着明显的增长与降低变化过程,而小浪底水库运用以后,该河段的心滩面积与数量呈现先减小后增大再减小的变化趋势;随着4 a滑动汛期平均流量和4 a滑动汛期平均来沙系数的增加,游荡性河段的心滩面积及数量分别呈现出减小和增大的变化趋势。数值模拟方法不仅可以较好地再现心滩发育及演变过程,还可以定性地表征特定水动力学因素对心滩形态特征塑造的影响,为阐明游荡性河段的心滩演变理论提供了一种新的研究方法。研究成果不仅有助于阐明河流平面形态的调整过程,还可为今后河道整治工程的布局提供理论支撑。

三峡工程运行后荆江河段适宜生态流量研究

适宜生态流量是维持河流生态系统健康发展的重要条件。本文借鉴IHA指标体系,选用月均流量和年最大/小流量作为代表性指标,基于三峡工程运行前水文序列,采用RVA法分析三峡工程运行后荆江河段流量过程的改变度,并计算同时考虑流量和水位的适宜生态流量过程。结果表明,三峡工程运行后荆江河段流量过程整体改变度为0.51~0.56。荆江河段适宜生态流量过程包括:上荆江1-12月月均流量分别为7347、6918、7307、9145、13052、18307、26489、22928、21855、17445、12381、8830 m^(3)/s,年最大流量为37800 m^(3)/s,年最小流量为6157 m^(3)/s;下荆江1-12月月均流量分别为4837、4818、5125、6700、10108、13363、19611、16731、15685、13277、8484、6003 m^(3)/s,年最大流量为30550 m^(3)/s,年最小流量为4359 m^(3)/s;三峡工程运行后,上荆江河段适宜生态流量满足程度低于下荆江。研究成果能为长江经济带水安全保障及水生态修复技术提供科学参考。

水位变化条件下植被对下荆江河段岸坡稳定性影响分析

针对下荆江河段典型的上黏下砂二元岸坡,选用香根草-高羊茅组合植物护坡型式,综合考虑植物根系锚固作用及植被蒸腾作用,利用GeoStudio软件模拟岸坡强度指标和热力学指标,运用单因子分析方法研究河道水位下降幅度M、水位下降速率R、初始水位I因素对岸坡稳定性的影响,并运用灰色关联分析方法对比三种因素对岸坡稳定性的影响程度。结果表明:在水位下降过程中,岸坡稳定安全系数先快速下降,后趋于稳定;岸坡稳定性受水位快速下降的影响最大,当下降速率小于1 m/d时,素土岸坡能保持在基本稳定状态;当下降速率大于3 m/d时,岸坡失稳破坏。植被有助于提升岸坡的稳定性,有植被岸坡与素土岸坡相比,其稳定安全系数最大可提升4.33%;岸坡稳定安全系数与M、R、I三种影响因素的关联度在有植被条件下依次有所下降,最大降低3.73%。本文研究结果明确了水位变化条件下植被对下荆江岸坡的稳固效果,可为生态护岸工程的设计提供基础支撑。

雅砻江锦屏减水河段产漂流性卵鱼类早期资源及变化

分析雅砻江两河口和杨房沟水电站投产运行初期锦屏减水河段产漂流性卵鱼类早期资源及变化,为雅砻江中下游梯级水电开发的环境影响研究提供数据支撑。2022年5-7月在雅砻江干流锦屏二级减水河段凉山州冕宁县里庄断面设置采样点利用半圆弶网采集鱼类卵苗,同时测量网口流速、水温等环境因子,并结合径流量数据推断产卵场位置及规模。结果采集到鱼类卵苗12种,其中产漂流性卵鱼类4种,分别是中华金沙鳅、犁头鳅、长薄鳅和中华沙鳅。估算调查期间锦屏减水河段产漂流性卵径流量约为1019.07万粒,在5月下旬水温达到16℃以上开始繁殖,7月中上旬水温17℃以上达到繁殖高峰,较大规模的产卵场主要分布在九龙河口以下和爱、南河-青纳和里庄等3个江段。与2013年及2019-2020年调查相比,锦屏减水河段均以中华金沙鳅和犁头鳅为主要产卵种类,鱼卵密度低于2013年,高于2019-2020年,近年来繁殖规模总体呈现稳中有升的趋势,繁殖高峰期有所推迟。由于流水环境的存在,锦屏减水河段保留有雅砻江下游规模最大的产漂流性卵鱼类产卵场,建议继续加强河段水温观测、评估分层取水效果、优化生态调度方案以保护雅砻江下游鱼类资源。

黄河上游宁蒙河段平滩流量变化与水沙过程的响应关系

平滩流量是表征河道排洪输沙能力的重要指标,开展宁蒙河段平滩流量变化机理的研究对于治理黄河意义重大,本文采用实测资料分析的方法,研究了黄河上游宁蒙河段平滩流量变化特征及其与汛期水沙过程的定量关系。研究结果表明:黄河上游宁蒙河段沿程六站平滩流量由1960年代中期的3600~5800 m^(3)/s减小到目前的1900~4000 m^(3)/s。2000年前宁蒙河段三湖河口平滩流量与汛期水沙过程关系点群与2000年后两者关系点群存在明显分区,说明2000年后宁蒙河段河床演变机理发生了变化,遵循不同规律。建立的宁蒙河段三湖河口平滩流量与汛期水沙过程的定量关系式表明,宁蒙河段平滩流量随着汛期平均水量的减小(增大)而减小(增大),随着汛期平均来沙系数的减小(增大)而增大(减小),随着汛期水流过程参数的增大(减小)而增大(减小)。

基于CRITIC法的平陆运河内河段生境健康评价

广西平陆运河是珠西流域连接北部湾港的亿吨级水运交通大动脉,科学合理地评估平陆运河内河段生态健康状况,可以为水利及生态环境规划建设提供依据。作为监测水体健康状况和指导受损水生态修复和保护的重要手段,河流健康评价一直是研究重点,但缺少量化综合指标的研究。以大致涵盖了钦江和沙坪河两大流域的5个测样点为例,构建了平陆运河内河段生境健康量化评价体系。通过平陆运河河流健康为基准,分别从水生生物指标、水文指标、水质指标、河流形态指标4个准则层构建平陆运河内河段河流健康评价指标体系,确定13个评价指标。由于CRITIC权重法能够基于评价指标的对比强度和指标之间的冲突性来综合衡量指标的客观权重,明确地表征平陆运河内河段生境健康状态,将基于CRITIC权重法对平陆运河内河段的健康状态进行综合评价。研究结果表明:平陆运河内河段测样点中健康状态的点位有2个,亚健康状态的点位有3个,无一般、差、极差的点位,总体上平陆运河内河段生境健康状态整体处于健康状态。最后根据评分等级探讨了平陆运河建成后在水生生物指标、水文指标、水质指标、河流形态4个准则层方面分别有哪些变化与亟需解决的问题,针对性地提出了对平陆运河内河段生境修复的对策与建议。

急弯河段新建船闸上游引航道通航条件研究

在急弯河段已建枢纽上新建船闸工程,船闸布置受限因素众多,通航条件复杂。为分析船闸引航道通航水流条件,建立袁河石洲枢纽1:80正态物理模型,开展急弯河段船闸上游引航道通航水流条件试验,对比隔流堤不同长度口门区的流速分布,同时结合自航船模试验分析船闸口门区通航条件。结果表明,延长隔流堤对减小口门区横向流速峰值、改善流态作用明显;隔流堤延长250 m时,石洲船闸上游引航道最高通航流量可达到规范要求的20 a一遇洪水。