持续冲刷期内黄河下游河床演变特点分析

基于2006年10月至2018年11月黄河下游12个典型断面观测数据,通过分析断面主槽平滩形态特征参数变化率及深泓线和主槽中心线的摆动强度,探讨了持续冲刷期内下游河床的调整变化过程及特点。结果表明:黄河下游断面形态调整表现出既有横向展宽又有冲深下切或淤高态势;河床平面摆动促进了断面主槽形态调整,河相系数变化率与深泓线和主槽中心线摆动强度均成正相关关系;来水来沙条件是主槽形态改变的主要驱动力,且可引起局部河段深泓线摆动强度增大。通过调整小浪底水库的运行模式及布设控导工程可进一步塑造并维持稳定的黄河下游中水河槽。

溃坝洪水演进一维水动力模型

中国是受洪水灾害影响最严重的国家之一。洪水数值模型可准确地反映洪水的演进与致灾过程。本研究针对天然河道洪水过程存在的尺度大、水流流态复杂、河道断面形式多变以及计算建模困难等问题,提出一套基于Godunov格式的有限体积法离散圣维南方程组的一维水动力模型,并采用求解复杂断面水力要素之间关系的方法,提高了一维水动力模型求解的精度与效率,精确地反映了复杂断面河道的水流运动特性。将模型模拟得到的数值解与算例中的解析解或实测数据进行对比,结果表明:(1)构建的一维水动力模型模拟结果与理想算例解析解及实验实测数据吻合程度均较高,所有算例的E NS均大于0.5,说明模型具有良好的稳定性和适应性;(2)将模型应用至金沙江白格堰塞湖溃坝洪水算例中,模拟得到的流量峰值及整体洪水过程均与实测过程吻合较好,在叶巴滩和苏洼龙两个测点处E NS分别为0.633和0.812,证明了模型在实际应用中的适用性与可靠性。结果表明,开发的一维水动力模型对溃坝洪水等水流流态复杂、突发性强的洪水过程具有良好的模拟效果。本研究可为河道及溃坝洪水风险的初步、快速评估等工作提供有效的模拟支撑。

长江三峡水库坝下游荆江段断面形态冲刷调整成因分析

长江三峡水库建成后,下游河段将发生长时间累积性的冲刷。由于边界条件的不同,不同河型河槽断面形态的冲刷调整特点存在差异。本文基于2003—2018年长江三峡水库坝下游荆江段实测河道断面形态资料,选取典型顺直河型、弯曲河型和分汊河型的典型断面,计算断面宽、平均水深和宽深比等断面形态特征参数,分析不同河型断面形态冲刷调整的异同,并探讨其成因。主要发现:1)不同河型的断面形态调整存在一致性和差异性。不同河型的平滩河槽断面总体向窄深化方向发展;顺直河型、分汊河型的枯水河槽断面宽深比总体减小,断面亦向窄深化方向发展;而弯曲河型的枯水河槽断面宽深比以增大居多,即断面总体宽浅化。2)平滩河槽和枯水河槽断面宽深比调整差异主要受水流动力轴线摆动范围控制。顺直河型、分汊河型水流动力轴线摆动范围覆盖平滩河槽与枯水河槽,即冲刷集中于平滩河槽和枯水河槽,两者均呈现窄深化特征;弯曲河型水流动力轴线摆动范围位于平滩河槽内,却超出枯水河槽,汛期摆到凸岸边滩上并冲刷凸岸边滩,枯水河槽显著展宽,凹岸深槽淤积,断面向宽浅化方向发展,且初期凸岸边滩宽度越大,宽深比变化率越大。3)蓄水后水流动力横向摆动范围缩小且水流冲刷动力集中,宽浅河段受水流冲刷下切的影响更显著,加上宽浅河段的河床组成相对较细,抗冲性弱,导致蓄水前宽深比越大的断面,蓄水后宽深比变化幅度也越大。

武汉地铁6号线穿越汉江方案研究与设计

武汉地铁6号线一期越汉江段工程控制因素较多且施工风险较大,汉江两岸车站站位布置、功能、配线、周边建筑、交通接驳等影响到线路穿行方案,结合越江线路方案、环境特点和类似工程经验,对穿越汉江的6种通道方案在线路线型、客流吸引、设站条件、沿线拆迁、工程实施难度等方面进行综合对比,推荐采用鹦鹉大道崇仁路通道方案。结合汉江南北两岸的设站条件、江底冲刷线深度和施工难度等进行对比选定琴台站、武胜路站位;确定琴台站—武胜路站过江区间平纵断面设计方案。越江区间隧道采用直径6.2 m断面,盾构法施工,有效降低工程实施难度,确保工程安全,减小工程投资。

近期黄河下游河床调整过程及特点

利用黄河下游1999-2005年的实测水沙及断面资料,分析了近期下游(铁谢至利津河段)河床调整过程及特点,具体表现为:小浪底水库运行后,黄河下游河道出现持续冲刷。其中,游荡型河段的冲刷量占下游总冲刷量的77%,单位河长的冲刷量在高村以上河段最大,孙口以下河段次之,高村至孙口河段最小;各河段主槽横断面形态调整均表现为向窄深方向发展;河床在冲刷过程中,主槽纵比降变化不大,其纵剖面形态自1855年以来均为下凹曲线,其凹度值随河床冲刷而略有增大;汛期深泓摆动幅度在游荡段最大,在弯曲段较小;随河床冲刷,下游平滩流量增加,但断面平滩流量与河段平滩流量的增加程度不同;因床沙显著粗化,不同河型河段的河床纵向稳定程度随冲刷均增加,而河床横向稳定程度在游荡段变化不大,在过渡段及弯曲段有所增加。

汶川地震对震区河流演化的影响

5.12汶川地震,不仅直接影响灾区河流的河道,并诱发了大量崩塌、滑坡、泥石流、堰塞湖等次生山地灾害,这些山地灾害的产生和发展将对震区河流的演化产生深远影响。因此,对震后山区河流河道演化规律和发展趋势进行准确的分析和预测,是震区河道修复及震后恢复重建的关键。结合野外考察资料,分别从河型、纵断面、横断面3方面分析了震区河流的演化特点。分析结果表明:河床剧烈抬升引起河型游荡分汊,两岸频发的山地灾害挤压河道;高强度山洪冲刷河床及岸滩并展宽河道,泥沙的淤积也可束窄河道;河流纵断面总体淤高,但纵断面结构渐趋稳定,大石块多且上游来水来沙丰富的河段会逐渐发育成阶梯状结构,而以淤积为主的河段,由于山洪冲刷会形成下凹型纵断面,并逐渐向直线型纵断面发展。

黄河下游河槽横断面调整规律及治理方式探讨

通过对影响河槽挟沙能力诸因素的分析，作者认为目前黄河下游只有河槽形态是一个人为可调节的控制河道淤积的要素。分析黄河下游河道横剖面形态的特征及其调整规律，考虑来沙组成变化、河槽综合阻力变化，计算得到黄河下游典型断面的实际挟沙能力及平均水沙条件下河槽平衡输沙横剖面，经与实际断面形态对比，得出必须以多级河槽方式缩窄７０００ｍ３／ｓ流量以下即中、小水期的河槽，方能显著减少黄河下游河槽中的淤积的结论。这样才能真正实现潘季驯的“束水攻沙”的治黄方略。

黄河口尾闾河道断面形态的萎缩调整规律研究

采用实测资料分析和理论探讨相结合的方法,研究了水沙过程变异条件下,黄河口尾闾河道断面形态萎缩调整规律。研究结果表明,1986年后,黄河口水沙过程发生显著变异,尾闾河道断面形态萎缩十分明显,平滩面积大幅度减小,平滩宽深比有所增大;2002年后,小浪底水库实施调水调沙运用,黄河口水沙过程变异有所缓解,尾闾河道断面形态萎缩有所恢复,平滩面积明显增大,平滩宽深比大幅度减小,断面形态朝着窄深方向调整。通过引入尾闾河道断面形态萎缩的判别指标,可解决治理尾闾河道萎缩缺乏控制标准的问题。

小浪底水库运用后黄河下游河床调整规律

小浪底水库的运用改变了坝下游的水沙条件,引起了黄河下游河道的再造床过程,给防洪及滩地利用等带来了一系列影响。利用黄河下游1999—2015年水沙及断面地形等实测资料,分析了近期黄河下游河床的调整过程及特点:1进入下游河道的年均沙量仅为0.88亿t,累计河床冲刷量达18.7亿m3,其中游荡段冲刷量占总冲刷量的72%,在冲刷过程中河道纵比降变化不大,河床粗化较为明显,床沙中值粒径由建库前的0.06 mm增大到水库运用后的0.15 mm;2河床断面形态调整较为显著,下游各河段调整均表现为向窄深方向发展,其中游荡段主槽展宽较为明显,平滩河宽由1999年的943 m增大到2015年的1 275 m,过渡段及弯曲段的平滩河宽调整较小,此外各河段平滩流量也显著增大,游荡段、过渡段、弯曲段平滩流量分别由1999年汛后的3 229、2 339、3 080 m3/s增大到2015年汛后的7 126、4 864、4 721m3/s;3河床平面形态总体保持稳定,各河段深泓摆动幅度均有所下降,其中游荡段的年平均深泓摆动幅度由建库前的234 m降低到水库运用后的123 m;4河段尺度的平滩河槽形态参数(如平滩河宽、平滩水深、平滩面积、平滩流量)及深泓摆动强度与水库运用后前4 a平均的水流冲刷强度密切相关。

黄河口尾闾河道横断面形态调整及其与水沙过程的响应关系

为治理尾闾河道萎缩提供技术支撑,采用实测资料分析与理论探讨相结合的方法,研究了尾闾河道断面形态变化及其与水沙过程的响应关系.结果表明,1986年后,黄河口水沙过程变异,尾闾河道平滩流量和平滩面积大幅度减小,平滩宽深比有所增大,断面形态变的宽浅;2002年后,小浪底水库调水调沙运用,尾闾河道萎缩有所恢复,平滩流量和平滩面积增大,平滩宽深比减小,断面形态朝着窄深方向调整.通过引入水沙过程参数,建立了尾闾河道断面形态与来水量、来沙系数和来水过程等参数的单因素响应关系以及多因素综合关系,在此基础上提出了尾闾河道满足一定输水输沙规模的断面形态所对应的水沙过程临界指标,如当黄河口汛期来水量大于141.2×108m3、汛期来沙系数小于0.03、汛期来水过程参数大于2.3时,利津断面平滩流量可达4000m3/s,相应的平滩面积为1648m2、平滩宽深比为6.3.

黄河下游游荡段河床萎缩的影响因素分析

黄河下游河床萎缩典型地表现为平滩水位下河床断面面积的趋势性减小,本文根据黄河下游实测断面和水沙资料采用相关分析方法研究了游荡段河床萎缩的主要影响因素。1960~1997年游荡段河床平滩水位下断面面积经历了1960~1964年和1974~1985年的扩张时期及1965~1973年和1986~1997年的萎缩时期,这种变化是多种因素共同作用的结果。在来水来沙中,年径流量是主要因素,洪峰流量和年平均含沙量是较次要的因素;本文所讨论的其它4个因素中,花园口以上引水量影响最大,降雨量影响次之,兰州以上水库的调节作用对河床断面面积的变化也有较明显的影响;三门峡水库三种不同的使用方式对下游河床有不同的影响,采取“蓄清排浊”方式后对下游河床的影响较小。

黄河下游河道横断面的若干特点

探讨了黄河下游不同河段断面水力几何形态及断面形态特征参数之间的相互关系与变化特点,认为:①游荡型河段河宽随流量的增大而增大,但水深与流量之间没有相关关系,河相系数也随流量的增大而增大,面积的增加主要是通过河宽的增加来实现的,面积与水深之间没有相关关系,而平均水深随河宽的增加具有减小的趋势;②蜿蜒型河段在水流达到满槽河宽之前,断面几何形态和断面特征参数的变化与游荡型河段相似,在水流达到满槽河宽之后,断面几何形态和断面特征参数的变化与游荡型河段的断面极为不同;③过渡型河段断面特征参数的变化既具有游荡型河段的断面特征,又具有弯曲型河段的断面特征,但在1965~1974年的集中整治后,变为弯曲型河段的断面参数变化特征;④研究黄河下游河道输沙及河床演变时,必须注意到不同河段断面形态的显著区别,特别是蜿蜒型河段的断面形态在满槽河宽前后的显著区别。

辽河下游(柳河口至盘山闸段)河床演变初探

作者结合历次实测资料分析辽河干流下游柳河口至盘山闸河段河道横向、纵向及平面演变特性,初步分析其演变规律,预测河床演变发展趋势,并给河道整治及防洪部门提出今后工作的一些建议。

河道洪水演算方法在淮河及滹沱河中游的应用

为解决马斯京根法在河道洪水演算中未考虑河道断面特征和水力特性的变化问题,在淮河中游吴家渡至小柳巷河段、滹沱河中游黄壁庄至北中山河段采用考虑河道断面几何形状和水力学糙率的Muskingum-Cunge-Todini可变参数法和非线性水库法进行河道洪水演算研究,探讨考虑河道断面特征和水力特性的演算方法在湿润区淮河中游及半干旱区滹沱河中游的适用性,并将模拟结果与马斯京根法进行比较。结果表明,Muskingum-Cunge-Todini可变参数法和非线性水库法在研究河道上模拟精度较高,洪峰合格率均在86%以上,确定性系数均大于0.8,可应用于河道洪水预报。

黄河下游河槽萎缩与水沙条件关系初步分析

根据黄河下游实测资料分析河槽萎缩变化,采用断面过水面积、同流量(Q=3000m3/s)水位作为河槽萎缩指标,利用水沙系数(平均含沙量与平均流量比值)反映水沙条件变化,建立了河槽萎缩指标与水沙系数的关系,表明河槽萎缩指标与水沙系数有一定的变化规律。

“断面间距”论

在建立河道冲淤测量断面空间模型的基础上,列出了断面间距的一些推算方法并探讨了解析计算程序,评述了断面间距各推算方法的特性及有关问题,在工程实践中推荐应用容积等效概化断面间距。

黄河下游洪水期断面调整对过洪能力的影响

水位表现是水流与河床边界相互作用的客观反映。对于不同的河流二者所起的作用各不相同 ,一般河流 ,河床变形不显著 ,水位主要依赖于流量的大小而变化 ;而像黄河这样的多沙河流 ,周界变化迅速 ,尤其是洪水期 ,槽冲滩淤 ,涨冲落淤 ,断面调整对水位影响很大。文中从定性到定量对中低含沙量的各级洪水 ,主槽冲刷对过洪能力的影响进行了详细分析 ,成果对防洪有指导意义。

黄河下游河道横断面变化特点及对弯道的影响

黄河下游河道横断面变化直接关系河道的排洪输沙能力,横断面形态变化对弯道曲率的影响关系着河道的河势变化,一直是黄河下游河床演变研究的重点。从1986—1999年淤积缩窄时期和2000—2013年冲刷展宽时期入手,采用实测大断面数据,对黄河下游各河段横断面冲淤情况进行分析,给出了弯道曲率与横断面形态特征的关系式,分析了黄河下游横断面形态变化对弯道曲率的影响。结果表明:黄河下游河道各河段在冲刷时期,主槽宽逐渐变大,在理想条件下河道宽浅,弯道流中流速横向分布不均,容易造成塌岸冲刷,河道将会越来越弯曲。

黄河宁蒙河段1964—2011年滩槽冲淤变化研究

黄河宁蒙河段不同断面的冲淤变化主要受上游来水来沙的影响,近几十年河道的淤积抬高严重威胁着沿岸群众的生产生活。以1964—2011年6个主要水文站实测流量、水位及大断面数据为基础,通过构建各个水文站断面的理想断面,逐年推算出各站河道断面的理想断面面积、河槽断面面积和滩地断面面积,并以此分析了三类断面面积随时间的变化规律。结果表明:青铜峡断面出现轻微的冲刷,磴口、巴彦高勒、三湖河口站断面表现出比较明显的淤积,石嘴山、头道拐站断面的冲淤变化不甚明显。

三峡水库淤积平衡后坝区附近过水面积预估研究

本文根据葛洲坝水库运用后三峡坝区库段淤积的实际资料，包括淤积过程、年内、年际间的变化、进入淤积平衡的时间，分析了葛洲坝水库三峡坝区库段平衡横剖面的情况，它的特点、及不同流量过水面积的变化。并进而研究了平衡坡降、平衡面积的规律，确定了平衡面积及淤积平衡后不同流量过水面积与河宽的关系。最后采用两种途径预估了将来三峡水库淤积平衡后的坝区平衡面积及过水面积。得到的结果较之两个实体模型试验结果要大，与另一个模型相近。可见，由于过水面积偏小，流速偏大，所以从航运角度看，实体模型试验结果是安全的。