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。

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)。

长江中下游岸坡单元体的水力侵蚀室内试验研究

水作用下长江中下游岸坡正在面临严峻的崩岸破坏。为探究岸坡土体的水力侵蚀特性,进行单元体单面浸水湿化-崩解试验与侧向冲刷水毁室内试验,通过分析冲刷沟形态、测量单元体质量、探究侧向冲刷深度和高度变化规律,研究根系和格栅植被面层对单元体侵蚀破坏的影响,分析运用乔木根系联合格栅植被面层对岸坡进行防冲的可行性。试验结果表明:湿化-崩解与侧向冲刷二者共同作用,引起和加剧岸坡土体的淘蚀破坏。随着水深、流速及冲刷时间的增加,单元体侧向冲刷深度与冲刷高度一直增加;在本实验较小的单元体尺寸下,较粗的乔木模拟根系对于减小单元体冲蚀破坏程度的作用有限,其根土间隙优先流效应在一定程度上反而增加侧向冲刷深度;根系对黏性土的牵拉锚固作用明显强于粉土质砂,能够延缓上部土体的崩塌;设置格栅植被面层后,可有效减小单元体侧向冲刷深度,抗冲效果显著,研究结果可为生态护岸技术研发和应用提供借鉴。

长江王家洲崩岸治理及护岸效果分析

通过分析长江上下三号河段近期河势变化趋势,由于受上游河势变化影响,王家洲岸坡易发生崩塌后退,需实施整治工程。为解决王家洲崩岸问题,对崩岸段采取岸坡防护加固措施。工程实施后,结合新近护岸测图,对该区域水文和地质进行了研究,分析了河道演变,并采用了平面法、横断面法和冲淤分析法,综合分析王家洲护岸工程实施后的效果。结果表明:护岸工程的实施保障了岸坡的稳定,历经多次洪水考验。实际说明护岸段近岸河床及岸坡相对稳定,护岸效果较好,并结合工程实践经验,提出后续建议和保护措施。

抛石护岸治理技术在长江马鞍山河段当涂段的应用

为探索抛石护岸在崩岸治理中的应用,本文在总结水下抛石赛克格宾技术的基础上,以长江马鞍山河段当涂段崩岸治理工程为例,开展抛石护岸研究。研究表明,通过科学的设计、施工与管理,可以在涵养岸坡土壤的同时,有效防治河岸侵蚀并保护河岸生态环境。文中还对护岸技术的发展前景进行了展望,可供类似河段护岸治理参考。

近10年长江中游重点险工段近岸河床冲淤演变特点分析

险工段是河道岸坡易崩段,是长江防洪体系的薄弱环节,险工段近岸河床演变直接关乎沿江堤防稳定和防洪安全。根据近10 a来长江中游重点险工段观测成果,研究了险工段近岸河床冲淤演变特点及水沙条件、整治工程、土体组成等对险工段河床演变的影响。结果表明,整治工程实施对保障险工段近岸河床稳定具有显著作用,岸坡趋于稳定是长江中游重点险工段演变的总体规律。受局部河势调整影响,仍有1/3左右的险工段近岸河床存在冲刷趋陡的现象,需加强观测并采取相应守护措施。研究成果对研判长江中游重点险工段岸坡稳定发展趋势、优化险工段观测位置布设具有重要意义。

冻融作用对岸坡土体宏微观特性及岸坡稳定性影响研究

冻融作用是季冻区岸坡失稳破坏的主要原因。以黄河内蒙古什四份子弯道岸坡土体为对象,通过三轴剪切和扫描电镜试验,研究了冻融作用下岸坡土体的宏观和微观特性,并基于强度折减法,对冻融前后岸坡稳定性进行了分析。结果表明:随冻融循环次数增加,土体弹性模量、黏聚力和抗剪强度均呈减小趋势,其中弹性模量大小与含水率成反比,黏聚力在15次冻融后降幅达43.6%~60.04%,内摩擦角无明显变化规律;冻融后土体颗粒真圆度和孔隙概率熵随冻融次数增加先下降后上升,颗粒分形维度变化趋势与之相反,土体定向性和孔隙率呈增大趋势;黏聚力与土体孔隙率和颗粒真圆度相关,特别是与孔隙率呈高度负相关性,且土体微观参数间有明显的自相关性;冻融后岸坡稳定安全系数降幅达41.8%,说明冻融作用会显著降低岸坡稳定性,冻融后岸坡易发生失稳破坏。

长江中游典型河段岸滩稳定性评价研究

岸滩稳定是岸线开发利用的前提。针对局部岸滩稳定性缺乏系统量化评估方法的问题,引入层次分析法-综合指数法,分析了来水来沙、边界条件对岸滩稳定的影响,构造了以近岸泥沙输移、主流摆动、边坡形态、河道形态及近岸泥沙组成(各因子权重占比分别为34.3%,25.7%,23.0%,9.9%,7.1%)为评价因子的岸滩稳定性评估层次模型,明确了各因子对应量化指标及稳定性综合指数的计算方法。模型在长江中游典型河段——武汉河段中下段的应用结果表明:该河段内顺直河道与分汊河道交界附近岸段稳定性相对较差,河道进出口、节点位置岸段稳定性相对较好,且右岸总体稳定程度大于左岸。提出的综合指数能较好地识别河道两岸不同位置的稳定程度,评估方法简单、可靠,可供其他类似河段评估应用。

长江中游荆江河段典型断面崩岸预警方法及应用

受三峡水库蓄水拦沙的影响,进入长江中游荆江河段的泥沙量剧减,河床持续冲刷下切,崩岸现象频发,不仅影响河势稳定,而且还增大了防洪压力。首先从水沙条件和河床边界条件方面选取10个崩岸影响因子,对其量化处理;其次基于实测数据,采用随机森林模型计算崩岸发生的可能性,并对模型进行率定和验证;最后基于DS证据理论融合崩岸可能性、临江居民区面积和堤外滩体宽度3个预警指标,划分典型断面的崩岸预警等级。研究结果表明:随机森林模型可较好地对崩岸现象进行预测,模型测试集准确率为75%;划分的预警等级与长江水利委员会水文局发布的预警信息总体相符,其中青安二圣洲荆60L断面和北门口荆98R断面预警等级较高,在2018~2020年均为Ⅰ级或Ⅱ级预警。此外还分析了各崩岸影响因子的重要性,其中护岸工程对崩岸的影响最大(重要度为16.6%),河岸坡度对崩岸的影响次之(14.4%),流量的重要度为10.2%。

黄河内蒙古段造床流量变化及其影响因素

造床流量是反映河床冲淤的表征指标,也是河道整治的主要参数。基于1960—2019年实测数据,运用改进马卡维耶夫法、平滩水位法、地貌功法,计算并分析了石嘴山、巴彦高勒、三湖河口、头道拐水文站造床流量。结果表明:时间上,1960—1989年、2010—2019年造床流量为2100~3540 m^(3)/s,中水河槽冲刷,1990—2009年造床流量为740~1300 m^(3)/s,河槽淤积萎缩严重;空间上,造床流量呈现上站大于下站的特点;造床流量受来水量影响较大,在汛期水量低于105亿m 3的情况下,可以通过刘家峡、龙羊峡、海勃湾水库三库联调适当增大汛期来水量,强化黄河内蒙古段造床作用。研究结果显示改进马卡维耶夫法物理意义明确,计算结果相对合理,可为冲积性河流造床流量确定及黄河内蒙古段河道治理提供参考。

基于数字孪生技术的长江崩岸预警平台设计

受三峡水库运行影响,长江中下游河床冲刷加剧。为提高长江崩岸监测预警水平,建立了基于数字孪生技术的长江崩岸预警平台,并以长江中游荆江崩岸预警系统为例进行实例分析。提出了三级尺度的数字孪生崩岸数据模型与按时间顺序组织的数据切片模型方案,使崩岸各类数据通过构建统一的数据模型聚焦于崩岸物理实体,结合优化崩岸地形组织的算法与模型,驱动平台可视化、分析、预测等各功能高效实现,使静态的崩岸现象有变化过程的属性,提高了崩岸预测的信息化与智能化程度,有助于实现对长江崩岸险情的深度分析与预警抢险的高效决策。

皖江湿地及其开垦为稻田后土壤种子库结构比较

运用镜检法对皖江2处天然湿地（十八索和升金湖）及其开垦的稻田表层土壤（0～10cm）种子库物种进行了鉴定，分析天然湿地开垦为稻田后土壤种子库群落结构及多样性的变化。结果表明：天然湿地种子库密度为83499～109141粒·m^-2，而开垦为稻田30～50年后种子库密度为9140～47452粒·m^-2；天然湿地的土壤种子库物种数为16～30种，以蓼科．莎草科或莎草科．蓼科为优势种，开垦为稻田后物种数下降为7～16种，且趋向于以禾本科为单一优势种；此外，与十八索湿地相比，升金湖湿地有较高的土壤种子库物种数、丰富度和多样性，而开垦年限为30年的十八索稻田土壤种子库物种数和丰富度显著高于开垦年限为50年的升金湖稻田。湿地开垦为稻田后，土壤种子库密度和物种数的急剧减少，人为管理生态系统生物多样性受到强烈干扰。因此，湿地保护对于维持长江流域的生物多样性及其流域生态功能具有重要意义。

塔里木河下游不同退化区地表植被和土壤种子库特征

对塔里木河下游不同退化程度的4个典型断面进行了植被和土壤种子库的取样调查,采用种子萌发试验研究了不同退化区植被和土壤种子库的特征,结果表明:(1)塔里木河下游地表植被表现为严重的逆行演替,具体体现为胡杨林都为过熟林,几乎没有胸径在10 cm以下的幼林;植被盖度、密度和多样性指数均维持在一个较低的水平上;随退化程度不断加重,地表植被中草本植物的相对密度、相对盖度和相对频度逐渐降低,而灌木和乔木的相对密度、相对盖度和相对频度逐渐增加;(2)研究区土壤种子库的基本特征是:土壤种子库种类贫乏、密度低、多样性指数和相似性系数不高;(3)随退化程度的加重,土壤种子库物种数不断减少、密度明显下降、优势种组成趋于单一、表层种子库比例升高、1年生草本植物占优势逐渐向多年生草本植物和灌木植物转变及土壤种子库物种组成与地上植被物种组成上差异显著。

黄河上游宁蒙河段河道横断面形态对水沙变化的响应

采用黄河上游宁蒙河段各水文站1965-2004年实测资料,分析了宁蒙河段河道横断面形态变化过程及其与来水来沙的响应关系。结果表明,宁蒙河段各典型断面具有平滩面积逐年减小和平滩宽深比逐年增加的趋势,且平滩面积均随年水量的增加呈增加趋势,但各断面各时段增加的程度不同,1986年以前增加的幅度较小,1986年以后,宁夏河段增加幅度较小,而内蒙河段增加幅度较大;宁蒙河段断面宽深比随年均来沙系数的增加呈增大趋势,其中宁夏河段增大的趋势不明显,而内蒙河段1986年以前随年来沙系数的增加而增大较小,1986年以后随年来沙系数增加而增大的趋势较为明显。由此说明,宁夏河段断面形态变化相对较小,趋于稳定,而内蒙河段断面形态随年来沙系数的增加而变得越来越宽浅,断面有向宽浅发展的趋势。通过宁蒙河段排沙比与来水来沙的响应关系分析,得出了宁蒙河段河道断面形态趋于稳定即河槽不冲不淤时临界水沙边界条件。

长江荆江河段弯道凸岸边滩非典型冲刷研究

针对近年来荆江河段凸岸边滩年际间基本处于持续冲刷的非典型演变特征,利用资料对弯道段凸岸边滩不同阶段的演变特点进行分析,以期找出引起非典型冲刷的原因。结果表明,发生非典型冲刷的主要原因有三峡工程蓄水运用后荆江河道来沙量的大幅度减少、弯道主流线向凸岸方向发生明显摆动和中枯水期波浪的淘刷影响,其中最主要的原因是来沙量大幅度减少。建议对凸岸边滩进行适当护滩以缓解非典型冲刷引发的防洪与航运问题。

塔里木河下游植物繁殖体形态对土壤种子库垂直分布的影响

塔里木河下游植物繁殖体形态对土壤种子库垂直分布的影响研究结果表明,1)中度大小的种子在土壤种子库中的数量和出现的频次占很大优势。与小种子相比,土壤种子库中繁殖体重量较大的种子在表层土壤中的数量和出现的相对频次最丰富;2)繁殖体方差与种子数量和出现频次间呈"驼峰"型关系。近似圆形的种子在表层土壤中占的比例较高,在深层土壤中的比例较低,而扁平、细长的种子则表现为相反的趋势。繁殖体形状对土壤种子库中种子在各土层中出现相对频次影响不大;3)土壤种子库中种子数量和出现频次与单位体积的繁殖体重量(M/V)呈显著正相关关系。与单位体积重量偏小和偏大的种子相比,单位体积重量居中的种子在表层土壤中的数量和出现的相对频次最丰富。

下荆江二元结构河岸土体特性及崩岸机理

三峡水库蓄水后下荆江河段河床冲刷下切,局部河段崩岸险情频繁发生。为研究下荆江二元结构河岸的土体特性及崩岸机理,结合近期该河段崩岸情况,现场查勘了6个崩岸点,并对河岸土体进行了室内土工试验。试验结果表明下荆江河岸土体的垂向组成具有典型的二元结构特征:下部非粘性土(沙土)层较厚,上部粘性土(低液限粘土)层较薄且松散。以河岸崩塌过程分析为基础,提出了二元结构河岸发生绕轴崩塌时上部土层稳定性的计算方法。结合近岸水动力条件计算及土工试验结果,定量分析了二元结构河岸的崩塌机理及其影响因素:①下部沙土层的起动流速比近岸流速小得多,故该土层容易受水流冲刷;②上部粘性土层崩塌前抗冲强度很大,但多为低液限粘土且相对松散,崩塌后堆积在岸边容易分解并被水流带走;③河岸稳定安全系数在一个水文年内呈周期性变化,落水期安全系数最小,故容易引发崩岸,该计算结果与近期崩岸实际统计结果一致。

三峡工程蓄水运用以来荆江河段河岸稳定性初步研究

根据实测资料分析了三峡工程蓄水运用以来荆江河段水沙输移变化,河道冲淤变化以及典型险工段近岸坡度变化等,并在此基础上对其河岸稳定性进行了初步研究,结果表明,三峡水库蓄水运用以来,坝下游河段来沙量大幅度减少,荆江河段普遍发生冲刷,部分地段近岸河床的水下岸坡冲刷变陡,河岸稳定出现了不同程度的隐患,局部河段甚至发生了崩岸险情,已影响防洪安全与河势稳定等;建议加强荆江险工段的监测,对已发生的崩岸险情进行及时治理,对以往护岸工程的薄弱地段或可能发生崩岸险情的地段需及时加固守护;建议加强三峡工程运用后荆江河道演变与治理方面的研究。

基于BSTEM模型的二元结构河岸崩塌过程模拟

针对上荆江典型二元结构河岸的崩塌问题,综合考虑近岸水流冲刷作用与河岸土体组成及力学特性,采用BSTEM模型分析了上荆江不同时期的岸坡稳定性,并对二元结构河岸的崩塌过程进行了模拟。结果表明:枯水期和汛前涨水期河岸稳定性较高,为崩岸较弱阶段;洪水期和落水期河岸稳定性较低,并伴随持续崩塌,属崩岸强烈阶段。此外分析还表明坡脚冲刷和潜水位变化对河岸稳定性有重要影响,两者分别是引起洪水期和落水期崩岸强度较大的重要原因。最后在综合考虑坡脚冲刷、潜水位变化和崩塌后土体在坡脚堆积等因素基础上,模拟了2009—2010年荆34断面右侧河岸的崩塌过程,河岸崩塌总宽度与崩塌后岸坡形态等模拟结果与实测结果符合较好。因此在模拟上荆江二元结构河岸崩塌过程时,必须同时考虑坡脚冲刷、潜水位变化和坡脚堆积等因素的影响。

荆南河网衰退机理研究

本文分析了近50年来荆江三口分流分沙的变化规律;从荆江与洞庭湖的演变、下荆江裁弯、葛洲坝和三峡水库的蓄水运用以及城陵矶站水位抬高等方面分析荆南河网衰退的原因。研究结果表明,江湖关系变化调整与三口分流道泥沙淤积是荆南河网衰退的根本原因;下荆江裁弯、洞庭湖面积与容积的减小、葛洲坝和三峡水库的蓄水运用以及下荆江河势控制工程等加速了荆南河网衰退的进程。