应用人工阶梯-深潭治理下切河流——吊嘎河的尝试

在我国西南山区下切河流——吊嘎河上利用人工阶梯-深潭进行河流治理的野外试验。吊嘎河河床严重侵蚀下切,由此引发塌岸、滑坡甚至泥石流灾害,河流生态环境变化剧烈,水生生态受到抑制。在吊嘎河中上游选取长约150m河段,模仿自然阶梯-深潭的地貌及结构特点,布置人工阶梯-深潭,并对河流微地貌、水生栖息地环境及生态进行了5个月的观测。人工阶梯-深潭布置后,试验段河床持续冲刷下切的趋势得到有效控制;维持了较为稳定的水生栖息地环境,同时水生栖息地多样性增加。采用大型底栖无脊椎动物评价河流生态显示,吊嘎河的水生生态也得到明显改善。吊嘎河野外试验初步表明,人工阶梯-深潭系统是山区下切河流综合治理中的一个有效方法。

长江上游工程对宜昌来水来沙变化的影响

本文根据1950年以来的水文资料研究了长江宜昌站在三峡工程修建前的水沙变化趋势,预测三峡水库运用后,在2003-2012年以及2013年金沙江上建成金安桥、溪洛渡和向家坝三个大型水电站后宜昌的水沙变化趋势。根据水文资料的统计分析发现在三峡工程修建以前,宜昌年水量有轻微减小的趋势;而年沙量在1950-1987年以后有大幅度减小,至2003-2004年宜昌站(用三峡水库的入库沙量替代),减沙幅度已达到61.4%。本文根据三峡水库运行后的实测资料对长江科学院三峡水库淤积计算的水库排沙比资料进行了修正。采用1961-1970年十年系列的年水量,分析计算预测2003-2012年宜昌平均年沙量为1.02亿t。在金沙江上三个水电站建成后2013-2022年平均年沙量将减为0.534亿t。

冲积河流河型的成因及分类与判别计算方法研究

本文建立的冲积河流河型成因的输沙平衡程度概念认为,不同冲积河流河型形成的根本原因在于其输沙平衡程度的不同。根据强平衡输沙概念,建立了冲积河流稳定程度公式。利用黄河、渭河和汉江部分资料进行的初步计算表明,根据河型成因的输沙平衡程度概念,基于冲积河流稳定程度公式,采用模糊聚类方法,可以建立一套完整的河型分类与判别的模糊聚类计算方法。

三峡水库运行后城汉河段会只淤不冲吗?——对“关于三峡工程对城陵矶防洪能力影响有关研究的讨论”的讨论

本文对“关于三峡工程对城陵矶防洪能力影响有关研究的讨论”一文进行回应和讨论。文中首先分析了城汉河段在一段时期淤积的机理,同时指出从近50年来该段并不是如文献[1]所说的只淤不冲,而是也发生了冲刷,其中1992年至1998年就冲刷0.868×108m3。冲刷的原因就是因为宜昌水文站年来沙减少了1×108t。更雄辩的事实是,在三峡水库蓄水后该段也发生了冲刷,这些说明文献[1]断言,三峡建成后在100年内城汉河段都处于淤积状态是完全不符合实际的。其次,指出文献[1]采用的分析方法在理论上根据不足,而且无法证明城汉河段长期淤积。本文接着从非均匀沙挟沙能力的理论,通过水量百分数调整、粗细泥沙交换、以及挟沙能力负荷等多方面论证了城汉河段在三峡水库蓄水后即会发生冲刷,而汉口以下在一些年以后也会发生冲刷,从而推翻了文献[1]的结论。最后本文在上述讨论的基础上质疑了文献[1]认为三峡建库对城陵矶防洪不利的观点。

河型研究综述

河型成因及转化是河流工程学中的一个基本问题,本文结合历史和现状,介绍了自1906年以来近百年河型研究中河型分类、河型成因、转化机理及判定指标、理论及假说和新方法应用等研究成果及进展,并指出了河型研究的趋势和待解决的问题。

水沙条件变化对三峡水库泥沙淤积的影响

三峡水库上游来水来沙变化必然影响水库淤积发展过程,进而影响航运状况。本文运用一维及二维泥沙数学模型计算分析了上游水沙条件变化对三峡水库泥沙淤积及航运的影响,一维计算结果表明,90年代相对于60年代来沙变少变细后,三峡水库的淤积发展过程将明显减慢,淤积部位偏下,并且平衡淤积量也相对于60年代水沙情况下减小;上游建库的综合作用将延缓三峡水库的淤积发展过程,上游建库情况下,变动回水区河段在三峡水库运用40年内不会出现泥沙淤积问题;重庆河段整体呈现冲的趋势,100年内基本不发生淤积。二维计算结果表明,相对于上游无库情况下,上游干流建库后,重庆河段长江干流泥沙淤积量及淤积厚度明显减少,甚至出现冲刷,航运条件明显改善;金沙碛河段受上游干流建库影响较小,仍会出现碍航问题,需要进一步整治。

黄河下游平滩河槽形态与水沙搭配之关系

概括总结了对黄河下游断面几何特征与水沙关系(断面河相关系)的研究现状,基于'记忆'效应提出了几何特征与前期水沙的公式,利用1969～1996年水沙资料以及1973～1996年花园口～利津河段统测断面资料进行了统计分析,建立了花园口～高村、高村～艾山、艾山～利津河段平滩几何特征与前期水沙参数的(沿程河相)关系,认为各河段断面平滩几何特征与前期(前4年)水沙搭配条件有关,前期冲淤对断面形态的影响可以通过水沙搭配来反映,边界条件对断面形态的影响可以通过水沙参数的指数来反映.

坡面非均匀沙起动规律研究

文章根据细颗粒泥沙起动特点 ,在坡面泥沙受力分析中 ,考虑了粘着力的作用 ,采用目前国内普遍使用的暴露度概念来反映非均匀沙的荫暴作用 ,将统计方法得到的暴露度引用到泥沙的起动公式中。采用滚动模式建立了坡面粘性非均匀泥沙的起动公式 ,并用试验资料进行了验证。通过试验资料验证的结果表明 ,在坡面粘性泥沙的起动中 ,考虑暴露度和粘性是合理的。

明渠非恒定流推移质输沙试验研究

为研究明渠非恒定流输沙特性,本文建立了一套非恒定流流速、水深、流量及推移质输沙率测量系统。进行了9组恒定流输沙及3组非恒定流输沙试验,结果表明:恒定流条件下Einstein公式比Meyer-Peter公式具有更好的精度;非恒定流的推移质输沙强度与水流强度变化存在不同步的现象,长时间平均输沙率大于恒定流结果。

缓变弯道河道冲刷试验研究

有关弯道水流及其河道演变特性的研究一直为人们所关注。本文引入了在直线段和单一曲率圆弯道间插入曲率渐变的过渡段这一新的弯道型式,舒缓水流冲击力和离心力作用,以减轻水流对河床及堤身、堤脚的冲蚀破坏。作者首先对这一弯道和圆弯道的水流流速、副流强度进行了数值模拟的计算和比较;又通过变换床沙、流量及放水时间,进行了24组合的动床试验;最后,通过整理分析所有实验数据,对插有缓变曲线的弯道的减蚀作用进行了探讨。结果表明:插有缓变曲线的弯道可以减轻水流对两岸堤身和堤脚的冲蚀破坏;在弯道同一横断上的最大冲深与沙洲波高的比值最终稳定在0.58。

黄河下游水沙变化及河床纵横断面的演变

近年来,黄河下游来水来沙出现一些新的特点,水沙的变化必然影响下游河床纵剖面和横断面的调整变化。本文利用黄河下游1960-1997年的水沙资料和1977-2002年的断面资料统计分析了黄河下游水沙历年、汛期和脉动变化特点以及主槽平均河床高程和河相系数变化特点。分析表明:1)1986年以后,黄河下游水沙量和水沙脉动量显著减少,艾山以下河流非汛期时常出现断流现象;2)黄河下游纵剖面呈S型发展;3)黄河下游主槽断面面积减小,主槽明显萎缩。

潮汐河口动床洪水的数值模拟

潮汐河口洪水水位受流域来水和海域潮汐双重作用,动力机制复杂,在特大洪水作用下,河口床面边界还将发生显著变形,造成水面相应明显升降,以致用定床模型预报洪水位误差很大。本文以钱塘江河口为例,采用Delft3D数学模型对潮汐河口洪水水位进行二维数值模拟试验。在定床和动床模型均取得良好验证的基础上,进一步预报洪水过程,发现定床模型可产生近1m的计算误差;而动床模型则能比较精确地计算整个洪水过程的水位,最大误差不超过0.08m。因而预测冲淤幅度较大的潮汐河口的洪水水位最好采用动床数学模型。论文还就洪水位的空间分布探讨弯道水面横比降随洪水流量的变化。

宽级配卵石起动规律研究

卵石的起动有其特殊性。本文针对卵石颗粒及其起动特点 ,考虑卵石颗粒形状的影响 ,引入形状系数及相对暴露度系数 ,从卵石的等效粒径出发 ,采用滚动起动模式 ,导出了卵石起动流速公式。并用天然河流实测资料和水槽试验实测资料进行了验证 ,符合较好。

粗化层破坏的试验研究和机理分析

本文选用粒径为0.05-25.0mm的天然沙,在长16m,宽0.3m,深0.4m的变坡玻璃水槽中进行了3种级配的14组次粗化层形成和连续破坏的试验。在前人研究基础上,根据试验观察和泥沙起动判别条件,将普动作为粗化层破坏的判别条件。在分析试验资料的基础上,初步探讨了粗化层破坏的机理,得到了粗化层破坏的初步水流条件,发现粗化层破坏流速与一般泥沙起动流速不同,粗化层越粗,破坏流速越大。

长江中游卵石夹沙河段二维水沙数学模型

针对长江中游宜昌至枝城河段卵石夹沙河床级配分布宽等特点,建立了非均匀悬沙、底沙二维数学模型,尤其是考虑了底沙的不平衡输移及冲淤过程中床沙的级配调整问题,对计算中的关键问题提出了处理方法,利用水文、泥沙及河床变形资料对模型进行了水面线、流速分布及冲淤过程的详细验证,尤其是进行了葛洲坝水利枢纽运用后、1998年洪水前后及三峡工程运用后的验证。在此基础上,根据设计单位一维数模提供的水沙边界条件,预测了三峡工程蓄水初期该河段的冲刷量、分布及床沙粗化过程。

多沙水库水沙联合调度模型研究

运用异重流总流微分模型预测水库坝址泥沙运动过程,在满足防洪安全的前提下,结合水库入库洪水过程,进行旨在水库排沙比最大的水沙联合调度研究,最后给出实例。

高含沙水流挟沙力计算公式研究

基于现有各家水流挟沙力计算公式不能直接用于高含沙水流挟沙力计算的状况 ,本文引入宾汉切应力 ,并运用能耗原理建立了新的高含沙水流挟沙力计算公式 ,并利用大量实测资料进行了验证 ,验证结果表明 ,本文建立的高含沙水流挟沙力计算公式比现有各家公式概念清晰 ,与实测资料更为符合。

“蓄清排浑”水库运用方式与淤积过程关系探讨

为减轻水库泥沙淤积,我国研究工作者提出了行之有效的“蓄清排浑”运用模式。以往人们对“蓄清排浑”的理解基本停留在原则框架的层次,对“蓄清排浑”水库淤积过程的认识不够深入。本文采用一维不平衡泥沙数学模型,以溪洛渡水库为案例,针对影响“蓄清排浑”水库运行条件最为重要的时间和空间因素,从汛后蓄水时间和汛期限制水位两个方面对水库淤积量过程、三角洲推进、横断面发展和排沙比变化等淤积特性的影响进行了分析。研究结果给出了不同水库运行条件下库区泥沙淤积的一般规律。

黄河下游河道洪水冲淤与水沙搭配关系

本文总结了以往对黄河下游河道冲淤临界条件的研究情况 ;利用 1960～ 1999年 42 2场洪水资料分析了影响洪水冲淤的各种水沙因素 ,建立了黄河下游 4个河段洪水排沙比与综合水沙系数的关系 ,该水沙系数包括流量、含沙量、洪峰流量变幅、洪水沿程衰减系数、洪水历时等 5个因素 ;利用 4个河段的冲淤临界条件勾画出了 4个河段洪水冲淤调整与来水来沙搭配 (或组合 )之间的关系 ;该关系可为小浪底水库调度决策以及黄河下游治理提供参考。

三门峡水库非汛期控制运用水位对库区泥沙冲淤的影响

为了控制和降低潼关高程,缓解水库运用对渭河下游的不利影响,三门峡水库自2003年以来开展了非汛期控制最高运用水位不超过318m的原型试验,亦称过渡运用方案。本文分析了水库实施过渡运用方案以来,库区冲淤和潼关高程的变化规律,探讨了非汛期控制最高运用水位不超过318m的作用。发现实施过渡方案以来,库区累计淤积量与叠加流量加权平均坝前水位的关系,符合以往的关系曲线。汛期多水少沙的洪水过程是2003年潼关高程冲刷下降的主要原因,过渡方案控制非汛期最高水位不超过318m的作用不大。本文认为,在三门峡水库非汛期控制最高运用水位的同时,应注意到水库的平均运用情况和综合作用。