人工采砂坑对规则波岸礁水动力特性的影响研究

本文基于非静压单相流模型NHWAVE,系统分析了人工采砂坑对规则波岸礁水动力特性的影响。研究结果表明:人工采砂坑会使局部波高在坑前和坑内分别增大和减小,但是采砂坑对礁缘和礁后岸滩附近局部波高的变化无显著影响;采砂坑对平均水位的变化几乎没有影响。随着入射波高的增大,采砂坑附近局部波高的变化幅度相对减小,但礁坪上波浪增水随之增大。礁坪水深越大,采砂坑附近的局部波高变化幅度越大,但礁坪上的增水效应会随着礁坪水深的增大而减小。当波浪周期增大时,波高在坑前升高、坑内降低这一现象更为显著,小周期的波浪几乎不发生这种现象。人工采砂坑的位置、宽度和深度对规则波的传播变形均有显著影响;采砂坑从礁缘移动至岸线附近过程中,波高在坑前升高和坑内降低现象逐渐不明显,但岸线附近的平均水位逐渐增大;随着采砂坑宽度和深度的增大,岸线附近的平均水位逐渐减小。采砂坑的存在在一定程度上会增加波浪的反射系数;采砂坑的存在显著降低了波浪在岸线附近的爬高。研究结果可进一步为评估珊瑚礁上的采砂活动提供参考依据。

基于边坡稳定性的海底采砂坑边界识别方法研究

海底采砂坑通常具有陡峭的边坡,在海洋动力环境下采砂坑边坡可能会发生滑坡导致采砂坑范围扩大。因此准确探测识别海底采砂坑边界对于分析评估采砂坑对邻近海底管道的影响具有重要意义。目前采砂坑边界识别常用方法是基于海底地貌图像识别和基于海底地形图识别,均是对海底表面进行分析,未考虑到采砂坑边坡稳定性的影响。通过构建采砂坑边坡稳定性分析模型,计算了采砂坑边坡的稳定坡角与坡度,综合采砂坑边坡稳定坡角、采砂坑边坡坡度、海底地形进行综合分析可知:对于坡度大于4.3°的区域,海底边坡不稳定,将边坡顶部的等深线作为采砂坑的不稳定边界;在边坡坡度小于4.3°的区域,海底边坡发生过滑坡,已经稳定,将其内部坡度为4.3°的区域作为采砂坑的不稳定边界。此种方法具有地形和地质的实际意义,可作为识别采砂坑边界的方法。

单一均匀沙河道中采砂坑区域河床演变过程试验研究

河道内采砂必然会对河床产生影响,过度采砂或滥采则容易引起河床发生不可逆演变,亟需对不同采砂参数情况下的河床响应机制进行深入研究。本文采用水槽模型试验,以顺直均匀沙河道为研究对象,重点研究了不同尺寸采砂坑影响下采砂坑区域河道河床演变规律。研究成果表明:采砂区河床和天然河床在足够长的时间后都会达到平衡,但河床的演变速率会受到采砂坑长宽比和体积的影响,并且当持续采砂强度超过了上游的泥沙补给能力时,采砂将会对河床的稳定构成威胁。

人工采砂坑地形对水动力泥沙环境影响

海底管道是重要的能源生命线,海底管道路由上的采砂坑对管道在位稳定性造成严重威胁。为评估深港海底管道路由区域海流冲淤采砂坑对深港海底管道在位稳定性的影响,本文利用长期实测资料对比,并结合数值模拟方法分析海底管道路由上采砂坑冲淤问题,建立的有限元分析模型与实测资料能够较好吻合。研究得出波浪潮流作用下采砂坑的冲淤规律和未来十年的变化特征:采砂区内为淤积环境,北侧边界向西北方向扩展,远离管道走向,对管道无影响;南侧边界向东南方向扩展,造成铜鼓水道附近管道冲刷;东侧靠近管线段采砂坑坡顶受到侵蚀,导致采砂坑边界线向管线扩展。本文为深港海底管道路由采砂区海流冲淤分析提供了科学有效的方法。

巨型人工采砂坑对伶仃洋自然演变的影响

伶仃洋内建有华南最大的两个主枢纽港及相连的深水航道,长期保持“三滩两槽”稳定格局是广州港选择西槽开发深水航道并取得成功的关键基础。2008年以后,由于在中滩上人工采砂,现已形成了容积达7×108 m 3的巨型采砂坑,直接影响了伶仃洋的滩槽演变。采用现场调查和数值模拟等方法,分析了采砂活动过程中对周围水体及地形的影响,指出采砂区域水体含沙量为1.5~2.8 kg/m 3,最大可达5 kg/m 3以上,远大于采砂前0.2 kg/m 3,可引起附近海床淤积,对港珠澳大桥桥区的海床稳定也会产生影响。同时,采砂坑形成后潮位、潮流、潮量出现较大改变的区域主要在采砂坑及其附近水域,表现为潮位下降(小于1 cm),潮流减小,采砂坑内以泥沙回淤为主(33 cm/a),坑周围海床呈侵蚀冲刷状态,南侧冲刷较大。此外,现状条件下采砂坑以回淤为主,回淤时间预计20年,但在2#、3#采砂坑或2#、4#采砂坑连通等不利状况下,有可能形成新的潮流通道,改变现有“三滩二槽”的格局,对目前已有航道维护和港口生产造成不利影响。

矩形采砂坑形态对明渠水位降低的影响

利用计算流体力学商业软件FLUENT,建立了含采砂坑明渠立面的二维数学模型,其中,封闭方程采用标准k~ε模型的紊流方程,自由表面采用Volume of Fluid（VOF）方法模拟.在与明渠水流实验数据对比的基础上,研究了不同矩形采砂坑长度、深度和面积对明渠水位降低的影响.结果表明：当采砂坑面积相同时,长深比越大,水位降落越明显,长度的增加对水位跌落影响较大;随着采砂坑深度、长度增大,水位降落呈现缓慢增加、急剧增大和再平缓增大3个阶段,对应的单位坑深、局部水头损失呈现急剧上升、急剧下降、缓慢下降3个阶段.

长江上游德感坝采砂坑对河床演变影响分析

在长江上游德感坝副槽采取格形开挖方式,共挖掘了4个采砂坑.文章通过分析长江德感坝河段的河床演变,建立和验证平面二维水流数学模型,选取四级代表流量计算几江河段采砂前后的流场变化,观察一个水文年后的河势,认为采砂河段的河势无大的变化,采砂坑很难造成溯源冲刷,对涉河建筑物的稳定性影响甚微;但是在洪水期,采砂坑周围较短范围内发生局部的垮塌,相邻采砂坑之间的采砂埂不易稳定,需加强过江管道上采砂埂的保护性措施.

采砂坑对南水北调中线工程渡槽安全运行的影响

南水北调中线工程的运行实践表明,采砂坑对工程的安全运行存在一定的影响。采用定量的方法评估采砂坑对梁式输水渡槽安全运行的影响:①通过采砂坑溯源冲刷等经验计算公式,确定对渡槽影响较大的采砂坑主要分布在交叉断面上游1000 m至下游3000 m范围内;②调查发现,约52.6%的渡槽在上述范围内存在采砂坑,并且个别渡槽交叉断面已经出现下切的情况;③从桩基承载力和进出口建筑物稳定性两方面入手,提出以桩基承载力的降低量和采砂坑距进出口建筑物的距离作为采砂坑影响严重程度的评估指标,制订了相应估计标准,并对所有梁式输水渡槽进行定量评估,发现无论从受影响的渡槽数量还是从影响的严重程度看,采砂坑对南水北调中线工程梁式输水渡槽的整体影响都不严重。根据评估成果,提出了采砂坑的应对措施。

河道复杂采砂坑附近流场的数值模拟

数值模拟研究紊流问题的关键是充分考虑雷诺应力的差异,应用各向异性三维代数应力紊流数学模型(ASM)模拟研究了天然河道的次生流问题。以方形管道为算例与试验的比较表明,所应用的ASM模型精度较高;将ASM与非结构网格有机结合模拟分析河道复杂采砂坑,计算成果与前人结果类比,令人满意。ASM模型为研究河床稳定与变形提供了有力工具。分析表明,采砂坑使原稳定的水流形态发生变化,沿主流方向形成纵向涡旋导致采砂坑上游缘口冲刷,坑内的横向次生流则造成横向侵蚀;紊动特性研究表明采砂坑严重影响河床稳定。

采砂坑纵剖面尺寸对卵石河道河床演变影响数值试验——以石亭江双盛段为例

人类活动与河流的河床演变形态、河相关系息息相关,人类活动使得山区河流在河道形态、泥沙运动等方面会发生一系列的变化;近些年建筑用砂需求量剧增,人们大量采挖河砂,改变了河流原有的河床边界,对河流的演变产生了诸多影响。研究河道采砂对河床演变的影响具有重要的学术及实践意义。本文依托HEC-RAS泥沙计算模块,以石亭江双盛段为研究对象,结合野外调查实际情况,拟定数种采砂坑工况,研究采砂坑纵剖面尺寸对河道河床演变的影响。根据资料和野外调查情况,首先拟定HEC-RAS河道模型断面及水流和泥沙边界条件,然后在采砂方量及采砂坑宽度相同的条件下,拟定5种不同纵剖面尺寸(深长比)的采砂坑,利用HEC-RAS泥沙计算模块进行数值模拟试验,对试验结果中河道主槽深泓点高程及断面沖淤量数据进行统计和分析。结果表明:人工采砂对河床整体的下切起促进作用,长浅型采砂坑比短深型采砂坑更能促进河床下切;采砂坑上下游河床下切变化不同,随着采砂坑深长比的增大,上游河床下切深度减小,下游下切深度呈现先减小后增大的趋势;采砂坑会改变河道局部坡度,上游河道局部坡度增大,下游河道局部坡度减小。试验研究了不同纵剖面尺寸采砂坑存在时,河床演变的变化状况,结论可对涉河工程的防护与设计及流域采砂规划提供一定的参考。

长江上游洛碛航道采砂坑三维水温结构模拟研究

采砂坑是航道整治中经常会遇到的一个问题,它的存在不利于航道运输,同时也对鱼类生存有着一定影响。利用MIKE 3软件的水动力模块对夏季及冬季工况下的长江上游航道洛碛采砂坑区域三维水温结构进行模拟,取采砂坑两监测点模拟数值与实测数据验证了模型的可靠性。取邻近区域非采砂坑两环境数据点分析其水温结构,同时将采砂坑环境与非采砂坑环境的模拟结果进行对比分析,以探究它们水温结构的异同。结果表明:垂向上采砂坑内水温随水深变化不大,温度数值较为恒定,冬季工况下平面上采砂坑水体水温比非采砂坑水体更高,夏季工况则较低。该模型能够较好地模拟出采砂坑内水温的变化过程及变化趋势,具有较好的实用性和有效性。研究成果可为航道整治的方案选择及长江鱼类的生境保护提供一定的参考。

采砂坑与采矿坑的高分一号影像对比分析研究

为了充分利用遥感卫星影像区分采砂坑和采矿坑,减少外业实地调查的工作量,首先利用高分一号卫星影像建立研究区域的采砂坑和采矿坑解译标志;然后列举了几处典型的采砂坑和采矿坑的解译结果,本次研究重点在于研究区域主要道路两侧的采砂坑和采矿坑,结合地形地貌条件进行对比分析;最后得出基于高分一号卫星影像的研究区域采砂坑和采矿坑的直接解译标志和间接解译标志。由于受到影像"同谱异物,同物异谱"的影响,条件允许的需要进行野外实地验证,以提高遥感解译的准确率,为研究区域的防灾减灾提供有力的参考依据。

倾斜摄影在废弃采砂坑前期勘查中的应用研究

介绍了倾斜摄影技术的应用方向和优势,既可以获取丰富的资料数据,也能实现低成本、高效率的工作模式。重点以无人机倾斜摄影技术在废弃采砂坑前期勘查中的应用举例,提出了相对应的技术流程和技术指标,介绍了像控点的布设及飞行参数设置,并利用EPS软件获得实景三维模型成果;其精度检测结果符合要求。结果表明,该方法在废弃采砂坑前期勘查中效率高、优势明显,可以推广使用。

三峡水库变动回水区采砂分布研究

河道采砂规模不断扩大,影响了河床结构的稳定性及演变特性。根据2007—2019年江津—涪陵河段的实测地形资料,对三峡水库变动回水区采砂坑分布进行统计,并分析了重点河段的采砂坑恢复情况。研究结果表明:变动回水区2007—2019年的采砂量约为1.63亿m^(3),剧烈采砂活动集中于2007—2016年,主要采砂区段为江津—长寿河段,采砂位置主要分布于河道边滩。自2016年长江上游禁采措施实施以来,变动回水区采砂活动大幅减小,而三峡入库来沙的进一步减小引起库尾河段年际冲淤变化较小。在目前三峡入库来沙条件下,库尾边滩采砂坑基本无法恢复至原有形态。

采砂河段水流泥沙数值模拟研究进展

天然河道在采砂活动的作用下,会呈现河道冲刷加剧、河床纵横向大幅下切、河道断面面积显著增大的状态,导致床沙量大大减小。由于河床演变规律复杂、趋势难以准确预测,所以,为研究建立河道数学模型,预测河道采砂影响,分别从泥沙运移公式、采沙坑数值模拟、采砂河段水流数值模拟、泥沙数值模拟4个方面,对各种河型、水沙条件下的水沙特性及河床演变规律进行论述,并预测了今后可能的研究方。

北拒马河南支渠道倒虹吸防护工程设计

以北拒马河南支渠道倒虹吸防护工程为例,探讨采用垂直防护与柔性水平防护相结合的形式,以减小倒虹吸工程上下游采砂坑引起的上游顶冲冲刷和下游溯源冲刷。

乌市某综合管廊结构设计探讨

对乌市某综合管廊结构设计中所遇到的问题进行探讨。对管廊热力舱室配筋处理、管廊投料口大开洞的处理、管廊抗震设计及深厚采砂坑地基处理等问题进行了分析,并得出相关问题的解决方式。

西气东输海底管道地形地貌探测

为了掌握西气东输海底天然气管道周边地形地貌,判定海域内采砂坑开挖情况,采用侧扫声纳扫测、单波束水深测量、多波束水深测量以及浅地层剖面测量等方法,对调查区进行全方位的地形地貌扫测,详细介绍各类探测方法的技术特点,针对调查区的实际情况,设计扫测方案,获得调查区高精度三维地形地貌图。本文的技术方法和数据成果为相关工程应用提供了重要参考。