Flow resistance in the channel-bar landscape of large alluvial rivers

Accurate approaches for estimating flow resistance in large alluvial rivers are fundamental for simulating discharge,sediment transport,and flood routing.However,methods for estimating riverbed resistance and additional resistance in the channel-bar landscapes remain poorly investigated.In this study,we used in situ river bathymetry,sediment,and hydraulic data from the Shashi Reach in the Yangtze River to develop a semi-empirical approach for calculating flow resistance.Our method quantitatively separates flow resistance into riverbed resistance and additional resistance and shows high accuracy in terms of deviation ratio(~20%),root-mean-square error(~0.008),and geometric standard deviation(~3).Additional resistance plays a dominant role under low-flow conditions but a secondary role under high flows,primarily due to the reduction in momentum exchange in channel-bar regions as discharge increases.Riverbed resistance first decreases and then increases,which might be attributed to bedform changes in the lower and transitional flow regimes as flow velocity increases.Overall,our findings further the understanding of dynamic changes in flow resistance in the channel-bar landscapes of large river systems and have important implications for riverine ecology and flood management.

曲流水电开发背景下青居江心洲形态特征演变

嘉陵江青居曲流水电开发对下游青居江心洲产生了较大影响。为探明江心洲变化特征及其机理,以青居江心洲1977—2023年Landsat历史遥感影像为基础,提取青居水电站运行前后的江心洲矢量边界数据,并结合实地勘测,对江心洲面积、岸线距离变化等指标进行定量分析,并运用M-K趋势统计法,探讨水电开发前后青居江心洲的形态演变特征。结果表明:水电开发之前青居江心洲呈现动态波动变化的特点,总体呈增大趋势;水电运行之后,青居江心洲受到的侵蚀程度逐渐加剧,呈现面积下降、岸线后退趋势,但江心洲不同方位受到的冲淤情况不同。

长江口南北支分流口江心洲动力地貌变化过程研究

地处径潮流汇合处的河口分流口江心洲在河口河势变迁中有着重要作用。本文利用1959-2022年长江北支入口段实测地形数据、长江入海水沙以及南北支分水分沙比等数据,对北支入口段新生江心洲动力地貌变化过程进行分析。研究结果表明:1959-2022年期间新生江心洲地貌演变经历了4个阶段:第一阶段(1959-1997年)北支主流位于崇头一侧,新生江心洲向海门港侧迁移;第二阶段(1997-2008年)崇头侧泥沙淤积,新生江心洲重新迁移至崇头侧;第三阶段(2008-2017年)新生江心洲形状与位置基本达到稳定状态,变化较小,但体积趋于增长态势;第四阶段(2017-2022年)新生江心洲经历冲刷且高程大幅降低,但形状位置没有明显改变。其中新生江心洲位置与形态的变化受白茆沙分流比以及北支主流变化影响较大,但沙洲的高程因洪水事件而出现强冲刷。

清水冲刷下顺直河道交错边滩演变过程试验研究

为进一步认识清水冲刷下顺直河道交错边滩的演变过程,基于长江中游典型边滩形态参数,采用概化水槽试验对不同流量条件下的交错边滩纵向、横向和平面冲淤变化进行了研究。结果表明:试验工况下,纵向上,沿程呈冲刷态势,流量越大,冲深越大(流量为215 L/s的深泓平均冲深约是流量为46.71 L/s的2.1倍),且大流量下深泓纵向比降变缓;横向上,边滩侧以冲刷为主,冲刷最大的位置在滩边附近,其它部位则呈冲刷—淤积—冲刷的变化规律(如流量为215 L/s时,2#断面边滩以外部分(0,2]h平均冲深约3.5 cm、(2,12]h平均淤高约0.5 cm、(12,21]h平均冲深约0.7 cm);平面上,边滩整体下移,变得细长,淤积主要发生在边滩下游1m范围内。此外,上游异岸边滩的存在初期会促使下游边滩淤积,而后加深下游边滩的冲刷,且对边滩坡脚影响最大。

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。

基于遥感影像的上荆江典型洲滩植被适宜区分布特征研究

江心洲滩是长江中游河漫滩重要组成部分,厘清洲滩上植被生长适宜区域的分布特征,以及这些区域所应满足的淹没频率临界条件,是生态护滩规划设计和三峡建库后洲滩植被变化预测的重要前提。本文选取上荆江关洲和突起洲分别作为卵石夹沙和沙质型洲滩的典型代表,基于Landsat遥感影像提取了1986—2002年的长时序洲滩淹水范围和植被信息,改进并利用水文特性与影像数据相结合的方法计算了滩面上不同位置的淹没频率和植被频率,分析了二者间的响应规律,确定了植被生长适宜区对应的淹没率条件。研究结果表明:两类洲滩上都存在低、高植被频率区像元相对集中,而中等植被频率区像元较为分散的规律,根据植被频率分布特征,可将滩面区域划分为高频次植被覆盖区、中频次植被覆盖区、过渡区和不适宜区,各区之间的植被频率临界值分别为80%、50%、20%;滩面不同位置的淹没频率是影响植被频率的主导因素,从长时期平均来看两类洲滩上的淹没频率-植被频率响应关系符合统一的Logistic曲线,根据该曲线可确定出各区域的临界淹没条件分别为年均18 d、43 d、92 d。在年均淹没天数大于92 d的区域内,随着淹没天数增加,植被频率迅速减少至10%以下。本文的方法和认识可为三峡建库后坝下游洲滩植被演替趋势预测提供参考。

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。

黄河下游典型概化心滩绕流近壁面流场水力特性

为了揭示黄河下游典型概化心滩绕流近壁面流场的水力特性,以下游马峪沟断面附近典型心滩作为研究对象,利用模型试验与数值模拟探究不同流量与水深条件下概化心滩绕流近壁面流场的水流流态、河床高程、水流挟沙力及床面阻力等特性,并验证平面二维水沙模型计算得到的流速分布与河床高程的正确性.结果表明:分流区断面受到滩头影响,流速变小,并且流速最大值出现在汊道.汇流区断面在滩尾影响下发生边界层分离,水槽中央流速达到最小,此后流速达到最大并趋于平均化;采用平面二维水沙模型计算得到的流速分布与河床高程的模拟值与试验值基本吻合,表明采用数值模拟探究心滩绕流近壁面流场水力特性是可行的.本研究将为揭示黄河下游典型冲积河段心滩形态特征调整过程的动力学机理提供理论基础.

莱州湾凹陷馆陶组辫状河储层沉积特征

新近系馆陶组辫状河沉积具有较好的储集性能,是莱州湾凹陷重要的油气储层。国内外学者对于典型的辫状河沉积模式和储层特征进行了大量的研究,但针对砂泥岩不等厚互层的非典型辫状河沉积特征研究较少。文中针对渤海湾盆地南部莱州湾凹陷A油田馆陶组辫状河沉积特征及储层展布,开展了岩心观察、薄片鉴定、测井分析、压汞测试等研究,并在沉积模式研究的基础上结合地震技术手段对辫状河心滩砂体的平面展布进行了综合分析。研究表明:①研究区馆陶组发育远源砂质辫状河沉积;②储层类型主要包括心滩和辫流河道2种类型,其中心滩储层为优质储层,粒度粗,厚度大,物性好,具有高电阻率、高孔隙度、高渗透率、含油饱和度高、低泥质含量的“四高一低”特点;③结合地震属性研究,心滩储层平面展布范围广,是研究区开发的优势区域。该研究成果可为远源砂质辫状河储层评价及开发井位部署、剩余油分布研究提供借鉴作用。

二连盆地巴音都兰凹陷B51井区白垩系阿四段扇三角洲前缘沉积特征

在岩心观察和粒度分析的基础上,结合录井、测井、地震等资料,对二连盆地巴音都兰凹陷B51井区下白垩统阿四段扇三角洲前缘沉积特征、分布规律与发育模式进行了研究。研究结果表明:(1)巴音都兰凹陷B51井区阿四段发育砂砾岩相、砂岩相、粉砂岩相、泥岩相等四大类,可进一步划分为13个小类,粒度概率累计曲线表现为悬浮一段式、低斜两段式、高斜两段式、滚动-跳跃-悬浮三段式4种类型,具有箱形、钟形、漏斗形、指形、平直形5种测井相标志,发育前积、丘状、杂乱状、亚平行状4种地震相。(2)研究区阿四段扇三角洲前缘发育水下分流主河道、水下分流河道、河口坝、水下分流间湾、席状砂和远砂坝6种沉积微相,纵向上可分为Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ共3个砂组,Ⅱ砂组和Ⅲ砂组沉积时期,扇三角洲前缘砂体分布广泛,水下分流主河道和水下分流河道发育;Ⅰ砂组沉积时期,湖盆范围最大,砂体变细、变薄。(3)研究区阿四段自下而上表现为水进沉积序列,发育退积型扇三角洲前缘,预测B51-71井区和B51-74井区发育的水下分流主河道和水下分流河道为利储集相带,B51-19井区发育的河口坝为较有利的储集相带。

长江张家洲水道洲头守护工程水毁分析及修复对策

张家洲洲头守护工程是长江干线武汉至安庆段重点碍航水道张家洲水道的关键控制性工程,工程于2019年开工建设,2020年长江全流域发生特大洪水,水位高、持续时间长,致使张家洲洲头守护工程北港侧发生了冲刷。为保证工程的稳定及整治建筑物功能的发挥,采取铺石和钢丝网格对坡面进行了加固修复,修复后加固区域与周边地貌及原工程衔接平顺,效果良好,可为其他类似修复工程提供借鉴。

无地基处理的深坑开挖方法

超高层房屋建设时,通常会存在地下结构施工,其中,基坑开挖中最为重要的是电梯井、集水井等深坑结构的开挖,其开挖速度决定了结构的施工速度。采用槽钢支护法不仅避免了放坡开挖对原状土层的扰动,还提高了施工效率,是一种较为实用的深坑开挖方法。

孤岛油田南区馆上段辫状河储层构型表征

孤岛油田南区馆5-6砂层组以辫状河沉积为主,主要发育的沉积微相有心滩、河道充填及溢岸砂。因河道频繁迁移摆动,砂体之间相互切叠,导致砂体内部构型复杂多变,严重制约了油田后续开发方案的调整和剩余油挖潜,迫切需要开展构型的精细解剖,深化对单砂体的叠置关系及分布规律的认识。采用储层构型分析方法将辫状河砂体划分为6个构型级次,重点对单一辫流带级次、心滩及其内部级次进行构型解剖。依据河道砂体在垂向上切叠模式的差异,对辫状河道进行垂向分期。利用河间沉积、河道顶部高程差、测井曲线形态差异,横向上对单一辫状河道进行侧向划界。在经验公式的约束下,利用测井响应特征、相对高程、剖面形态、落淤层产状的差异,准确识别心滩位置和形态。对单一辫流带和心滩相关数据进行统计和分析,提出了适用于稀井网条件下的单砂体识别经验公式。选取密井网井区典型的心滩进行实例解剖,分析不同类型心滩的沉积作用、厚度变化、发育位置和内部落淤层展布特征的差异,以期为不同类型心滩的判别和具有针对性的剩余油挖潜提供地质依据。

砂质辫状河心滩沉积演化规律与沉积构型特征——基于沉积数值模拟的认识

砂质辫状河心滩砂体规模大、连通性强、物性较好,是一类重要的油气储层。受到复杂多变的水动力条件影响,心滩呈现出类型多样、内部构型特征复杂等特征,制约了油气资源高效开发。为探索砂质辫状河心滩沉积演化规律及其控制的沉积构型特征,采用基于水动力场实时求解的沉积数值模拟方法,开展砂质辫状河沉积演化动态模拟和过程解析,结果表明:①砂质辫状河心滩的演化过程包括5个阶段,表现为菱形坝、舌形坝、单元坝、复合坝及改造复合坝的顺次形成和连续转换,各类心滩平面形态、剖面结构样式及定量规模存在显著差异;②水流与心滩的交互作用是主导砂质辫状河沉积演化的主控机理,即水流聚散特征与分布样式的持续变化导致心滩形成、增生、迁移、形变并遭受频繁、复杂的叠切,而心滩的演化又进一步导致水流聚散特征与分布样式的变化;③心滩内部发育前积、侧积及加积3类增生体,从菱形坝形成到改造复合坝发育,心滩内部增生体类型由前积主导转变为前积与侧积共生并最终变为前积、侧积及加积复杂复合,心滩长度、宽度由快速增加转变为缓慢增加并最终维持稳定,沉积记录中终止于不同演化阶段的辫状河心滩储层平面分布样式、内部构型特征及定量规模存在较大差异。

三峡建库后长江中游江心洲滩面积调整特点

针对三峡工程运用后长江中游河道内江心洲的冲淤变形特点,基于Landsat影像和水沙与地形资料,分析了枝城至湖口河段内江心洲高滩和低滩出露面积的时空变化特点,总结了典型高低滩结构江心洲的冲淤变形模式。研究结果表明,2003-2019年长江中游江心洲低滩整体呈萎缩趋势,枯期总出露面积由305 km^(2)减小至288 km^(2),荆江、城汉和汉湖河段内面积的变化率分别为-24%、+6%和-4%;相同时段内江心洲高滩面积变化相对较小,2013年前总出露面积的年平均变化量为+0.57 km^(2)/a,2013年后为-0.74 km^(2)/a,荆江和汉湖河段内高滩淤积,城汉河段内冲刷。江心洲低滩为沙土缓坡,变形模式以垂向冲淤为主;高滩为黏土陡坡,滩缘在自身重力和坡脚冲刷作用下失稳崩塌。

三峡水库蓄水后上荆江不同河床组成江心洲的演变过程及其机制

三峡及上游梯级水库群运用后,大坝下游江心洲以冲刷为主,直接影响分汊河段河势条件及航道边界的稳定性。本文采用卫星遥感影像、实测水沙及固定断面床沙级配等资料,分析上荆江枝江、沙市河段中不同河床组成江心洲的演变过程及其机理。结果表明:(1)三峡水库蓄水后(2003-2019年),沙市段沙质江心洲较枝江段卵石夹沙质江心洲萎缩更为显著,出露面积的减幅分别达31%和24%。(2)以关洲和金城洲分别代表卵石夹沙质和沙质江心洲,三峡工程运用后关洲洲头形态较为稳定,受无序采砂的影响其沙质组成的洲尾面积显著减小,而金城洲面积萎缩程度更大。(3)床沙组成对江心洲冲刷程度差异具有重要影响,关洲洲头较金城洲抗冲性更强,与其床沙在年内达到起动条件的数量更少、时长更短有关;建立了江心洲面积与水流冲刷强度及相对水深的定量关系,该关系能综合考虑水沙变化与床沙组成调整的影响,能更好地反演近期江心洲的面积变化特点。

三峡工程运用后长江中游典型江心洲植被动态变化趋势及机制探析

受三峡工程运用的影响,长江中游水沙情势剧变,江心洲生境结构发生变化,洲上植被密度、活力和分布情况也随之改变。因此亟需开展针对江心洲植被的长期观测以厘清其对三峡调控的响应机制,从而制定有效的洲滩植被保护和修复策略。卫星遥感技术是开展长时间、长河段地貌观测的常用手段。目前应用卫星遥感技术监测江心洲植被动态的研究,主要聚焦于三峡工程运用对江心洲植被面积和覆盖度的影响,而较少深入探讨植物长势和分布模式的变化趋势。因此,本文以长江中游4个典型江心洲为研究对象,提出了一系列可用于反演江心洲淹没范围和滩面上植被动态的方法,并量化分析三峡工程运用对植被动态的影响。结果表明:(1)三峡工程运用后,江心洲整体淹没频率降低,部分原有边滩逐步满足耐水植物的生长条件,促使江心洲植被面积呈现增长的趋势;原分布在高滩上的不耐水植物逐步蔓延至低滩,导致江心洲植被茂密程度整体上升;(2)三峡工程运行前,2002年含沙量较大的漫滩洪水有促进植物第二年生长的趋势;而三峡工程运行后,2016年具有同样规模但含沙量减少近80%的漫滩洪水则有抑制植物生长的作用;(3)部分形态稳定的江心洲,其高、低滩植被分布模式之间的异质性受三峡工程运用的影响逐渐减弱,并在约10年后彻底消失。而形态产生明显调整的江心洲,其高低滩植被分布模式随地形产生一定的改变。

苏里格盒8下段砂质辫状河心滩构型模式及剩余气分布规律

砂质辫状河心滩是重要的油气开发储层类型,具有复杂的内部非均质性。针对苏里格气田盒8下段辫状河心滩沉积特征、构型模式及剩余气分布规律认识不清等问题,以层次分析为指导,结合构型要素分析,通过古代露头、现代沉积、取心及密井网测井等资料开展研究。结果表明:辫状河砂体具有纵向上相互叠置、平面上大面积连片分布的特征,可容纳空间的变化控制砂体的接触关系,提出了基准面升降过程中的4种砂体垂向叠置模式;砂体内部具有层次性,辫状河沉积过程中形成了不同的渗流屏障(隔夹层),分为河道底部滞留泥砾沉积、心滩落淤层、侧积细粒沉积、废弃河道充填沉积和溢岸细粒沉积5种类型,其中,落淤层是心滩内部控制油气渗流的主要因素;根据心滩不同位置水流能量特征及沉积特征差异,将心滩分为滩头、滩中、滩翼、滩尾和落淤层等构型单元,滩尾非均质性明显强于滩头,落淤层较发育的心滩上部非均质性强于心滩下部;心滩尾部和上部是剩余气富集的主要部位。研究结果对研究区及同类型辫状河沉积环境储层的勘探开发具有一定的指导作用。

鄂尔多斯盆地东部二叠系下石盒子组8段河流相砂体构型要素

通过对鄂尔多斯盆地东部二叠系下石盒子组8段河流相沉积露头的岩相特征进行描述,明确了其砂体构型要素类型、空间展布及组合模式。研究结果表明:(1)研究区发育辫状河和曲流河沉积,识别出块状层理砂砾岩相(Gm),槽状交错层理含砾砂岩相(Gst),槽状交错层理砂岩相(St),板状交错层理砂岩相(Sp),平行层理砂岩相(Sh),上攀波纹层理砂岩相(Sc),水平层理粉砂岩相(Fh)和块状层理泥岩相(M)等8种岩相。(2)研究区发育河道、心滩、废弃河道、边滩和漫溢沉积5种构型要素,垂向沉积序列差异明显,河道为Gm—Gst—St—M—St,心滩为Gm—Gst—St—Sp,边滩为St—Sp—Sc—Sh—M或St—Sp—Sc—M,废弃河道为Gm—St—Sp—M且与河道相似,但粒度更小、泥质含量更高,漫溢沉积为Sp—Fh—M。(3)研究区构型要素组合有河道-漫溢沉积、河道-废弃河道、河道-心滩(垂向、侧向)叠加、多期河道砂体(垂向、侧向)叠加、心滩-漫溢沉积、多期心滩砂体(垂向、侧向)叠加、多期边滩砂体侧向叠加、边滩-废弃河道、边滩-漫溢沉积等9种类型。(4)研究区砂体构型要素类型、组合样式及其分布都受物源距离和水动力条件的影响,距离物源越近,水动力条件越好,砂体规模越大,连通性越好;近物源区辫状河底部砂体发育优于顶部,心滩砂体储集性能最佳;远物源区曲流河底部边滩砂体横向上多期叠置,连通性较好,发育较好。

雅鲁藏布江中游人工林对辫状河道洲滩稳定性的影响

近几十年雅鲁藏布江中游人工林的发育对辫状河道的洲滩形态及稳定性的影响尚缺少深入研究。以雅江辫状河道发育最充分的曲水-乃东河段作为研究对象,利用ArcGIS软件处理1988-2021年的遥感影像,获取人工林的空间分布和洲滩形态等数据资料,并结合野外调查分析人工林对洲滩稳定的影响。结果表明:随着洲滩上人工林的生长扩张,其分布面积逐年增加,雅江中游河段边滩和沙洲的平均面积趋于增大且数量减少。洲滩破碎程度与人工林分布面积呈分段关系,人工林分布面积愈大,洲滩的破碎度越小,即稳定性越大。水平方向上沙洲尾部的人工林分布的密集程度优于洲头,洲尾易发生延伸;靠近边滩的沙洲趋于与边滩合并,并且人工林的稳定促进了沙洲边界的稳定及扩展。垂直方向上的人工林通过主树干群、子树干群及冠层群对洲滩产生抑制冲刷和促进淤积的作用。