弯道推移质泥沙运动特性及其对河道演变的影响

弯曲河道水流、泥沙的运动特性与顺直段不同 ,存在横向流速与横向输沙。在考虑了弯道河段横向水流影响的条件下 ,导出了弯道河段泥沙的起动流速公式 ,并进行了合理性分析 ,认为在相同的纵向流速条件下 ,弯道段凹岸侧泥沙的起动粒径和泥沙输移速率均较顺直段大。同时结合弯道段水流和泥沙的运动特性阐明了弯道河段的演变规律。

左江山秀船闸改扩建工程引航道通航水流条件

对于通航水流条件而言,在急弯河段上修建船闸改扩建工程面临诸多难题。依托广西左江山秀船闸改扩建工程,建立该河段整体二维水流数学模型,分析对比各方案引航道通航水流条件。结果表明:采取合理的凸岸开挖、凹岸潜坝和分水隔墙布置等综合措施可有效改善通航水流条件。

1988-2018年黄河内蒙古段河道边界演变特征及影响因素

[目的]获取河道边界演变特征,为黄河内蒙古段的堤岸防护建设提供重要的理论依据。[方法]基于1988—2018年期间7期Landsat卫星影像,利用修正的归一化水指数(MNDWI),对黄河内蒙古段7期的河道边界信息进行提取,并计算不同时期河道摆动面积、最大摆动面积、摆动方向等指标,分析近30 a河道的时空变化特征。[结果]黄河内蒙古段在上游巴彦高勒—三湖河口和三湖河口—包头弯道区域曲率较大的河段摆动较严重,整体呈现向右岸迁移的趋势。河道摆动的时空差异受河床物质组成、水动力条件、水利工程、水土保持工程等人类活动因素的综合影响。[结论]黄河内蒙古段的堤岸防护建设重点应集中在巴彦高勒—三湖河口全段以及三湖河口—包头弯道曲率较大的河段。

弯曲冰块在顺直河段中的输移条件

针对弯曲冰块在顺直河段中的输移条件,以春季封冻河道的冰盖破裂机理为基础,根据水动力学、热力学、固体力学及气象水文等学科理论,综合考虑水力、热力、河势及地貌特征等影响因素,引入顺直河道固体边壁的约束条件,建立力学分析模型,进而提出了弯曲冰块在顺直河道中输移所需最小流量即临界流量的判别准则,并对其适用性及相关参数进行了研究分析。应用黄河河曲段的原型观测资料对该准则及相关参数进行了率定及验证,结果表明提出的针对弯曲冰块在顺直河段输移的临界流量计算值与实测值较为接近,可以认为该输移判别准则能够较好地用于判别弯曲冰块在顺直河段中的输移情况。此外,根据实测资料提出了反映热力消融对冰盖体厚度减小、强度降低等的综合系数表达式,可用于没有开河历史观测资料河道的冰情研究。

黄河下游河势演变中的畸形河湾

河势演变中常会出现畸形河湾、横河等畸形河势。畸形河势会危及防洪安全甚至造成决口。通过搜集、分析、整理黄河下游已有的河势演变资料,以文字、河势图相结合的形式,较全面地描述了黄河下游游荡型河段及过渡型河段在进行河道整治之前及河道整治过程中曾经出现过的畸形河湾,以实例说明畸形河湾对防洪安全及以下河段河势演变的不利影响,为确定河道整治工程布置方案提供参考资料。

黄河河势演变

河势演变主要是指河道水流平面形式的变化。黄河是世界上河势演变最复杂的河流。为给河道整治提供依据,笔者对黄河游荡性河段、弯曲性河段以及由游荡向弯曲转变的过渡性河段半个世纪的河势演变进行总结、研究,提出黄河河势演变的特性及河势演变的基本类型。

内河船舶经典过弯操作经验“挂高取矮”数值解析

内河弯曲河段水流流态复杂多变,导致船舶过弯操纵存在困难,驾驶员大多依靠操船经验操作,但统计结果表明,水上发生交通安全事故大多与"人(驾驶员)"有关,其中人为失误因素导致水上交通安全事故的概率约占80%。为解决此矛盾并保证船舶安全过弯,选取研究水域对其弯曲流场的特点和船舶航行规律进行分析,充分吸取经典船舶过弯经验并对经典过弯操作经验"挂高取矮"进行数值解析,采用标准与数值公式比对计算的方法确认船舶下行过弯操作所需的船舶挂高量与航行漂角。研究结果表明:在选取合理的参数之后,"挂高取矮"操作可有效减少水流流态对船舶的影响,保障船舶过弯安全,"挂高取矮"数值解析方法可行可信。

游荡性河段新型整治工程局部冲刷模型设计

根据黄河下游河道特性分析,统计了河湾平面、断面几何参数,确定了典型游荡型河弯;根据黄河下游洪水特性分析,确定了四种典型水流条件与槽滩分流比。为研究新型板桩潜坝导流功效与局部冲刷问题,进行了针对性的动床模型设计。分析确定了满足水流泥沙运动相似与河床变形相似的控制比尺,选择的模型沙及其粒径能够满足起动相似条件。模型设计采用了槽滩分流的进流控制模式、滩地加糙模式,同时采用VDMS流场实时监测系统进行流态与导流效果的观测,以便正确模拟研究河段特点及新型整治工程作用。

三峡工程运用初期荆江河段调关弯道冲淤演变试验研究

三峡水库修建后,由于水库调蓄作用,进入坝下游荆江河道的水沙过程发生了显著变化。荆江河道产生较明显的冲刷,已引起局部河段的河势调整,将在相当长时期内对两岸堤防、已建护岸工程和河道整治工程及河道的稳定产生不同程度影响,进而影响该地区的防洪、航运、生态与环境,以及河流的综合服务功能的正常发挥。采用长江防洪实体动床模型试验,研究了三峡工程运用初期不同时期荆江重点险工段调关弯道的冲淤变化过程,并在此基础上预测河势调整趋势。研究成果可为该段河道的治理和河势控制工程规划、设计等提供技术参考。

黄河下游游荡段不同畸形河湾的演变特点

1980s中期以来,黄河下游游荡段经常出现畸形河湾,分析其演变过程及特点对游荡段治理具有重要意义.本研究采用黄河下游游荡段的遥感影像和实测断面地形资料,描述了不同畸形河湾的演变过程并分析其河湾形态参数和断面形态的变化.研究表明,黄河下游游荡段的畸形河湾具有演变周期短、扭曲程度较大和易发生自然裁弯等特点.游荡段不同位置畸形河湾的演变特点不同:游荡段上段的畸形河湾演变缓慢,裁弯历时长;中段的畸形河湾演变速率较高,河湾扭曲程度大;下段的畸形河湾演变速率高,容易发生自然裁弯.河湾形态参数可反映畸形河湾的演变过程,其变化特点与畸形河湾的形成和裁弯过程相对应.在畸形河湾形成过程中,曲率半径和河湾间距减小,弯曲度、水流夹角和河湾振幅增大.游荡段3个畸形河湾弯曲度的最大值分别为1.20、2.10和1.61,反映了不同畸形河湾的扭曲程度.“Ω”形畸形河湾裁弯后的曲率半径、水流夹角、河湾振幅和河湾间距约为其演变过程中最值的605%、59%、27%和133%.“M”形畸形河湾裁弯后水流夹角、河湾振幅和河湾间距约为其最值的37%、83%和152%.在畸形河湾形成时期,伊洛河口断面位于畸形河湾凹岸侧的滩地以94 m/a的速率崩塌.裁弯后,河槽冲刷,两岸滩地崩退,河槽展宽速率为148 m/a.河床底部的冲刷从深泓点逐渐向两边发展.

数值模拟方法在河流冰塞水位模拟中的应用——以黄河三湖河口弯道段为例

运用开源的河冰数值模型RIVICE模拟黄河三湖河口弯道段2008—2010年开河期的冰塞水位,并进行模型参数的敏感性分析。研究所使用的流量、水位、冰厚等数据均来自水文年鉴。结果表明,用RIVICE模型模拟开河期冰塞水位具有很高的可行性。冰塞回水水位对上游边界流量十分敏感,说明了水利工程调控的重要性,研究通过数值模型对冰塞水位进行模拟及演变预测,为水利工程调控和凌汛防治提供一定的参考。

黄河宁夏四排口河段河床冲淤变形的计算

黄河宁夏平罗四排口"Ω"型河道"裁弯取直"工程的实施,引发了该段河道河床边界条件的剧烈改变。为了掌握工程运行后该段人工开挖引河中水流运动、泥沙运移以及河床迁移演变的发育、演化规律,项目组多次赴平罗黄河四排口进行现场考察与实地取样、测量。根据所研究河段初始地形、流场分布情况以及初步预测的河床变形规律布设了一系列淤积测验断面,随后多次对其展开现场实测,得到了该段河道的河床演变规律、悬移质泥沙粒径和含沙量的分布情况与岸边丁坝影响下河道主流的演进变化规律。依据实测结果计算、分析了工程运行初期河床的平均冲淤变化程度(1.6077m)和河段整体冲刷量(356.4908万m^3),根据分析结果提出了进一步加固丁坝群后左岸岸坡的建议。

三峡工程运用后石首弯道段整治工程累积影响和演变趋势研究

石首弯道段位于长江中游下荆江首端,河道形态复杂多变,河床演变较为剧烈。在大量河道治理及航道整治工程的控制下,岸坡稳定性及航道条件得到了增强和改善。三峡水库蓄水以来,坝下荆江河段的来水来沙条件发生了显著变化,石首弯道段也出现了大幅冲刷,但在一系列河道治理及航道整治工程的作用下,除了局部河段深泓摆动和冲淤变化较为明显外,总体河势基本稳定。随着三峡水库及上游干支流水库群不断建成和运用,该河段河势仍将持续调整。近岸河床的不断冲刷下切,已有工程难以适应新形势下的河床变形,不断出现崩塌冲失,对现有堤防、河势控制工程、护岸工程和航道整治工程等的安全运行以及涉水工程与航运等带来新的问题。提出应抓紧深入研究三峡水库及上游控制性水库运用初期长江中下游重点河段河势变化与综合治理方案等重大技术问题。

荆江门弯道近期滩槽演变特点及影响因素分析

三峡水库运用改变了下泄水沙条件,坝下游弯曲河型均呈现“凸冲凹淤”演变规律,以致碍航问题日益突出。为研究弯曲河型滩槽演变特点及其成因,以下荆江河段荆江门弯道为例,利用三峡蓄水后近15 a实测地形资料,采用逻辑推理及统计分析方法分析其影响因素并预测了航道变化趋势。结果表明:三峡工程运用后,凸岸边滩年际间呈持续冲刷趋势,冲刷位置不断下移导致河段展宽引起航道条件恶化;在平滩流量(20000~25000 m3/s)持续时间>15 d的年份,凸岸边滩冲刷后退,反之淤长;冲淤幅度与年均来沙量,尤其细沙(d≤0.125 mm)含量密切相关,基本呈同步变化趋势;荆江一期工程实施后,在当前水沙条件下凸岸边滩会继续受冲,形成枯水双槽,航道条件将恶化。水沙过程的改变是弯曲河型滩槽演变的主要原因,遇大水且来沙量较少的年份,荆江门河段很可能出浅碍航,这可为下荆江弯曲河段航道治理提供一定的参考价值。

下荆江熊家洲河段平面形态与河床冲淤变化

熊家洲河段位于长江中游下荆江尾端,其平面形态从顺直过渡到微弯再逐渐演变成S型,是目前荆江最为弯曲的河段。受水沙条件、河岸边界条件、自然裁弯和人工裁弯等因素影响,局部河势调整频繁。熊家洲凸岸斜槽裁弯形成新河槽,导致主流与支汊成为共生的分汊河势,改变了熊家洲出口段水流条件,进而影响下游七弓岭弯道崩岸速率和河床冲淤。为全面分析熊家洲河段平面形态演变过程和河床冲淤变化,选取枯水期遥感影像数据及沿程代表性断面进行分析。结果表明:熊家洲河段整体向下游蠕动且河道展宽,熊家洲弯道新生河槽呈冲刷扩大趋势,7 a平均展宽70 m;出流沿程断面深槽从左岸向右岸方向发展,熊家洲下游的深泓线偏向右岸;三峡水库建成运行后,深泓线开始贴近七弓岭凸岸,而原深槽回淤形成2个沙洲,经过七弓岭弯顶后逐渐向凹岸偏移,出熊家洲弯道后河道沿程呈现冲刷下切趋势。研究成果对目前该段河势控制工程的实施提供了参考意见,为下一步研究三峡水库运行的河势控制提出了思路。

雅砻江锦屏大河湾产漂流性卵鱼类早期资源现状

于2019~2020年6~7月在雅砻江下游锦屏大河湾里庄江段开展鱼类早期资源调查。结果表明,调查期间共采集鱼类卵苗19种,其中产漂流性卵鱼类7种,5种为长江上游特有鱼类。产漂流性卵鱼类2019年和2020年产卵规模分别为103.07×10^(4)粒和388.58×10^(4)粒,主要产卵场自上而下分布在烟袋、南河-青纳和里庄等3个江段。与历史数据相比,锦屏大河湾产漂流性卵鱼类种类组成变化不大,均以中华金沙鳅和犁头鳅为主要繁殖种类,产卵规模有所降低,以圆口铜鱼、长鳍吻鮈和长薄鳅等的减少较为明显,产卵行为仅零星发生。虽然受到梯级水电开发、过度捕捞和采砂挖金等多种因素的影响,作为雅砻江下游流程最长的流水河段,锦屏大河湾仍是多种鱼类产卵繁殖的重要分布区,产卵规模近年来呈逐渐上升趋势。建议进一步增加栖息地保护与修复、河流连通性恢复、优化生态调度等措施,促进该区域鱼类物种和生境多样性保护。

黄河内蒙古段弯道河冰过程与卡冰机理研究

黄河内蒙古段弯道因其特殊的热力、动力和河道形态等因素的综合影响,在流凌期极易形成卡冰结坝的现象,造成冰凌灾害。在黄河内蒙古段2013年度冬季流凌至封河期间冰情观测的基础上,对三湖河口弯道处冰凌动力特性进行了数值模拟,揭示了弯道处在河道形态影响下的冰凌动力条件和封河特征,模拟了三湖河口弯道岸冰形成区域、形成过程和可能形成冰塞冰坝的位置。结果显示,受弯曲河道地形的影响,流凌在弯道内摆动轨迹复杂,流凌期首先在凸岸处会有大片岸冰生成,随之,在凸岸顶端下游束窄的断面处封河,此断面也成为可能最易形成冰坝的河道位置。

汉江下游典型弯曲河段的单向冲刷特点分析

枢纽下游河段由于来沙量大幅减少，会发生长时间长河段的单向冲刷，河道形态随之发生调整．选取丹江口水库下游汉江典型连续弯曲河段——仙桃至小陈家台河段，采用实测资料分析方法，分析了该河段单向冲刷演变及河道形态调整的特点．结果表明：该河段处于单向冲刷阶段，河段深泓单向冲刷下降，深槽展宽、延长、贯通．由于该河段受两岸边界约束，侧向侵蚀受限，河床冲刷下切为主，河道断面朝窄深发展；弯曲段，凸岸边滩总体呈冲刷后退的趋势，其中曲率半径较小的弯道凸岸边滩冲刷后退过程中存在淤长与切割的交替，微弯河段凸岸边滩则呈单向切滩后退，表现出枢纽下游弯曲河段由于中枯水期流量增加所呈现的撇弯切滩调整现象．

三峡水库运行后荆江段河湾平面形态演变特征

目前对三峡水库运行后下游水文泥沙特性变化、河道冲刷与崩岸等问题已有认识,但对河湾平面形态演变还少见论述。本项研究基于研究区枯水期遥感影像,分析了三峡水库运行10余年来荆江段枯水河湾平面形态的演变特征。结果表明,枯水河湾的中心线长度、凸岸长度、凹岸长度、弯曲率和中心轴长度存在显著变异,以下荆江段的变异程度更大,凸、凹岸及上、下荆江段在演变过程上存在非同步性。上荆江段凹岸先于凸岸发生显著变异,且平面形态演变以凹岸冲刷延伸占主导作用,下荆江段凸岸先于凹岸显著变异,并以凸岸冲刷收缩占主导。大部分河湾尤其在下荆江,表现为面积、平均宽度明显增加,而中心线长度、弯曲率与中心轴长度减小,河湾发展具有河道冲刷展宽但弯曲退缩的特征。还讨论了平面形态演变与凸、凹岸冲淤变化的关系。