黄河下游游荡河段高含沙洪水期输沙规律研究

黄河下游河床长期处于淤积抬升状态,其冲淤演变规律对于下游河道治理有着重要影响。因此,快速预测不同量级高含沙洪水各河段的冲淤量以及判断高含沙洪水期黄河下游游荡河段冲淤影响很有必要。根据1960—2021年54场高含沙洪水的实测水沙资料,分析高含沙洪水期黄河下游游荡河段下站输沙率与上站流量、含沙量、输沙率之间的相关关系并建立关系式,系统地研究高含沙洪水的输沙规律。结果表明,下站输沙率与上站输沙率存在极强的相关性,进一步按来沙系数分级得到高含沙洪水期的输沙率公式,能够很好地模拟冲淤过程,极大地提高了与实测水沙资料的贴合度。以小浪底水文站为黄河下游游荡河段的进口控制水文站,采用按来沙系数分级所求的输沙率关系式能够较准确推求花园口站、夹河滩站、高村站的输沙率,从而计算小浪底—花园口、花园口—夹河滩和夹河滩—高村河段的累计冲淤量。

陕西地区机制粗砂与河道细砂双掺技术配制C30—C40预拌混凝土的研究与应用

机制砂在混凝土中的应用,通常先把机制砂和天然细砂复合得到级配合适的混合砂,采用该方式利用机制砂可较好地控制混凝土质量,从而保障生产的稳定性。文中通过调整机制砂的掺配比例,优化配合比设计,以观察机制粗砂与河道细砂双掺对混凝土性能及抗压强度的影响。

工业废水悬浮固体颗粒物污染下河道生态修复研究

悬浮固体颗粒物会导致水体浑浊度提高,降低水质透明度,阻碍水生生物的光合作用和觅食行为,对生态系统造成严重破坏。为了改善水质和恢复河道生态系统的健康状况,故提出工业废水悬浮固体颗粒物污染下河道生态修复方法。首先,介绍了研究区域、样本采集方法和研究方法;其次,设计了由膜分离设备、水生植物浮岛板、曝气复氧、循环泵四部分组成河道生态修复总线路,并通过对照区与生态修复区河道内悬浮固体颗粒物浓度含量对比,和悬浮固体颗粒物去除率、化学需氧量去除率、溶解氧含量三个指标展开河道生态修复效果分析。结果表明,该方法能够有效实现河道生态的修复。最后,提出了面对工业废水悬浮固体颗粒物污染下的河道生态修复建议。

基于知识图谱的太湖流域重要河湖水量分配分析研究

在河湖基本生态用水保障、幸福河湖建设对河道内水资源配置提出更高要求的背景下,基于太湖流域沿江和环太湖水量数据,根据不同阶段,考虑增长贡献率,分析流域、水资源四级分区及城市沿江、环太湖水量交换趋势变化,运用知识图谱重点分析太湖流域重要河湖河道内水量交换特征和成因机制,并提出相应对策。结果表明:太湖流域(不含黄浦江)年均引江水量略有增加、出入湖水量显著增加。在水资源调度期间,受降雨和下垫面变化影响,湖西区水资源调度期和其他时期均是湖西区入湖来水的主要贡献期;望虞河入湖水量主要集中在水资源调度期间;浙西区入湖水量受太湖水位顶托,有一定程度的减少。建议建立水资源刚性约束制度、推进流域区域水资源配置工程建设、规范水资源调度,实现流域、区域水资源有序调度,进一步优化太湖水位调度线,充分利用雨洪资源。

长江下游崩岸预警模型水动力指标阈值研究

长江下游河道崩岸灾害频发,多指标崩岸预警模型是基于层次分析法建立的岸坡稳定性评价方法。水动力作为关键影响因素,对于其指标阈值的确定缺少理论和系统的研究。本研究基于理论推导、数模计算和统计方法,确定了对应不同风险等级岸坡稳定性的水动力预警指标阈值,具体包括造床流量当量、近岸流速、水位变幅和汊道分流比变化率等指标。其中造床流量当量和水位变幅指标阈值确定考虑了感潮河段潮流参与造床和周期性潮位波动的作用。近岸流速指标引入了河床稳定性计算公式。汊道分流比变化率指标阈值计算区分了主支汊,得出当变化率大于8%时,主汊岸坡处于不稳定状态。研究结果可支撑长江下游多指标崩岸预警模型的建立,并应用于崩岸灾害防治。

2007-2017年府谷-龙门段河道冲淤特征及其动力机制

[目的]河道演变是水流、泥沙与河床边界相互作用的结果,对水利工程的安全、洪涝灾害的防控有显著的影响。黄河中游府谷-龙门段位于晋陕峡谷地带,以黄土高原沟壑侵蚀地貌为主,流经的黄土高原地区是黄河泥沙的主要来源,因此研究该河段的河道冲淤特征及影响因素对控制黄河中游水土流失有重要意义。[方法]基于府谷、吴堡、龙门3个典型水文站径流泥沙及河道断面数据,分析了2007-2017年府谷-龙门段河道冲淤特征及相关影响因素。[结果](1)近11年来府谷-龙门段河道整体表现为冲刷,其中府谷-吴堡段表现为河道冲刷量逐渐减小,吴堡-龙门段表现为河道冲刷逐年加剧。(2)府谷-吴堡段呈水减沙增的趋势,吴堡-龙门段整体表现为水多沙少,两河段河道冲淤量与水流含沙量变化同步。(3)府谷-吴堡段悬移质泥沙中值粒径呈增加趋势,河道冲刷变缓;吴堡-龙门段悬移质泥沙中值粒径呈减小趋势,加剧河道侵蚀。(4)府谷站入黄泥沙量增加,河道侵蚀力降低,河道冲刷变缓;吴堡站入黄泥沙量减少,河道侵蚀力增强,河道处于冲刷的状态。[结论]径流泥沙的变化在很大程度上影响了府谷-龙门段河道冲淤。在生态环境有所改善的背景下,研究该河段河道冲淤特征及动力机制对进一步减少中游地区水土流失、预防中下游洪涝灾害具有重要的意义。

川江卵石推移质输移的随机性

推移质运动及输沙率是河流动力学的基本问题之一。通过对川江河道实测卵石运动速度及输沙率的整理分析,可知卵石为运动距离短,停歇时间长,平均运动速度低,运动具有很强的随机性及不连续性。对卵石推移质输沙量的年际及年内的变化规律分析表明,卵石推移质输沙率的变差大,统计分布分散,也具有很强的随机性特征。河床断面形态及其相邻河道特性对输沙率也有较大的影响。

黄河下游游荡性河道水位涨率偏大的主要影响因素分析

认为影响黄河下游游荡性河道水位涨率的因素是多方面的 ,河宽只是其中的原因之一。利用黄河下游花园口、夹河滩等水文站历次实测大洪水测流断面资料 ,计算了各水文断面不同槽宽的水位流量关系。在洪水涨水阶段 ,同样的流量涨幅 ,等河宽的平均河底高程变化 ,河南河道和山东河道没有明显差别 ,但河南河道的比降是山东河道的 2倍 ,同河宽的水位涨率必然小于山东河道。对游荡性河道已发生的几场水位涨率偏大的原因作了分析 ,认为游荡性河道十分宽浅 ,河势摆动频繁 ,大洪水时形成顶冲、局部壅水 ,它对水位涨率的影响远大于河宽缩窄的影响 ;复式河槽在洪水漫滩后 ,由于滩槽水流的动量交换 ,引起主槽的阻力增大 ,也是导致水位涨率增大的重要原因。

考虑回水影响的河道水位流量关系确定方法

为评估长江中游受回水影响河段内河床调整引起的水位变幅,提出一种仅依赖水文资料的多值型水位—流量关系确定方法。结果表明:单值型关系无法区分河床调整与回水因素的影响,而已有的多值型方法可操作性受限;长江中游河道断面的河宽与水深之间,以及流量与糙率之间都具有明显制约关系,依据这些制约关系对恒定渐变流方程简化,可得到上下游水位与河段内流量之间的多值型函数关系;确定出多年平均水位—流量关系之后,计算水位与实测水位之间的残差能够反映河床调整的影响;在长江中游3个不同类型典型河段的应用表明,河床稳定情况下的计算与实测水位之间决定系数R 2值超过0.99,河床调整情况下,新方法更易识别水位变幅。

黄河下游平滩流量不同确定方法的比较

平滩流量是主槽过流能力的一个重要指标,准确估算各断面平滩流量大小是黄河下游水沙调控的一项内容。本文首先阐述了平滩流量的概念,并结合黄河下游不同年代的实测横断面形态特征,给出了确定主槽范围及平滩高程的原则。接着评述了国内外已有确定平滩流量的方法,并分析了断面平滩流量四种确定方法各自的优缺点及适用范围。最后以下游花园口断面为例,给出了四种计算方法所得平滩流量的结果及其差别。通过比较认为,本文提出的采用一维水动力学模型确定平滩流量的方法所得结果较为合理。

黄河下游不同河型河道的水沙效应及演变趋势分析

黄河下游沿程出现的辫状河流(游荡型河流)、弯曲河流(弯曲型河流)、顺直河流(顺直微弯型河流)的转化现象引人关注,并有不同方面的专门研究。本研究针对以往研究的不足,通过对不同河型段的水沙演变、断面形态对流量的响应、河道断面演变、河床沉积速率及能耗率特征等方面,系统分析了不同河型段河道的水沙效应。认为黄河下游沿程出现的三类河型是由河道比降小、河床质细、洪枯水交替、粗泥沙输入少及大堤限制等因素起主导作用。其中顺直河流的出现是人工大堤的胁迫性产物。随着近年来水沙的阶段性减小,顺直河流在大堤的挟持下得以维持;弯曲河段河道的侧向摆动依然、宽度略微变窄,河床加积速率最大,但不会导致整个下游河道比降发生明显变化;辫状河段能耗率相对较大,冲淤强烈,滩槽更替频繁,但随着流量的减小,其能耗率明显减小,其比邻弯曲河流段的河道会逐渐曲流化,表现为弯曲河段的适度上延,但延伸有限。各类治理措施中,以中上游修建水库和淤地坝是最有效的,可拦截大量粗泥沙,从而降低下游河床的加积速率,以延缓悬河的发展。当然,针对决口险情的大堤建设是必要的,但要与不同河型段的河道稳定性相适应。

黄河下游辫状、弯曲和顺直河段间沉积动力特征比较

黄河下游沿程出现了辫状、弯曲和顺直河型段,河道平面形态的差异势必受到不同的沉积动力特征的制约。本研究根据对收集到的有关实测资料的统计和计算,对可以表征河道沉积动力特征的相关指标进行了量化分析,发现不同河型段间的沉积动力特征存在明显差别。河道比降在辫状河段最大,介于0.2‰～0.14‰之间;弯曲河段的次之,介于0.14‰～0.10‰之间;顺直河段的小于0.10‰。平滩流量时的流速在辫状河段的较大,不同年份间的变幅较大;弯曲河段的次之,不同年份间的变幅较小;顺直河段的最小,不同年份间的变幅不大,并向下游显著减小。单位河长能耗率在辫状河段最大,弯曲河段次之,顺直河段的最小,其间的比值为2.31:1.35:1。单位面积能耗率在辫状河段最小,弯曲河段最大,顺直河段次之,其间的比值为0.52:1.18:1。河床沉积物粒度较细,并普遍缺失推移质组分,中值粒度在辫状河段、弯曲河段和顺直河段分别为3.0、3.2、3.67;河床沉积物的分选性也依次变好。受制于上述相关沉积动力特性,河床沉积速率在不同河型段有明显差别:中大流量时,辫状河段的最小,弯曲河段的最大,顺直河段的次之;在小流量时,三个河型段的河床沉积速率非常接近,但沿程略有减小。另外,辫状河段河床沉积速率明显依赖于流量的变化,且随流量的增大而明显减小。

基于长序列的黄河下游游荡型河道河势演变

分析黄河下游游荡型河道河势的时空演变规律,为进一步认识黄河下游河道演变特征、开展河道整治提供理论支撑和实践价值。在系统收集、整理1960-2015年黄河下游游荡型河段典型断面的河势观测资料基础上,利用Mann-Kendall趋势检验和Fisher断点检验方法分析1960-2015年黄河下游游荡型河道典型断面多年平均河宽及主流线迁移速率变化情况。结果表明:近60年黄河下游游荡型河道在平面形态上呈藕节状分布,而其主流线调整速率的时空分布规律并不显著;黄河下游于店断面、禅房断面是平面藕节状分布的关键节点,将全河段划分为3段(第一段铁谢至于店断面,河宽均值为1627m;第二段于店至禅房断面,河宽均值为1477m;第三段禅房至高村断面,河宽均值为1074m)。

河口治导线放宽率的计算

根据潮汐河口河床形态关系,推导了河口治导线放宽率的计算式.利用已有的河口河床形态系数及长江口北槽的有关数据,估算了长江口北槽深水航道治导线的放宽率,且与定床物理模型试验值基本相符.

新型透水拦沙坎在格尔木河治理中的应用

在分析传统拦沙坎设计特点及自身结构原因引起的坎下冲刷加剧等问题的基础上,提出新型透水拦沙坎改进方法和工作原理:通过坎体开孔分流,降低坎上水头和坎后流速,有利于河床稳定。结合格尔木河治理中对该新型拦沙坎的应用情况,阐述其主要设计参数及选取过程。透水拦沙坎的坎体开孔率、开孔方式、分流比是影响坎位水流状况的关键。格尔木河公路桥下拦沙坎设计以主槽满流为控制条件,根据河道及水流特性,计算对比开孔率0～40%之间的坎前、坎后流速变化,综合确定开孔率取15%,开孔孔径150 mm,分流比6.69%,经初步运行,上下游冲淤情况良好。

黄河银川平原段河床沉积速率变化特征

黄河银川平原河段近几十年来面临较大的洪灾威胁,几次大洪水造成了很大的经济损失,人们常常将这归结为黄河上游修建大坝导致该河段河床沉积增强所引起的结果。为了分析该河段河床的沉积速率的历史变化特征,用地质尺度时段平均方法、90万年以来不同时段的相关性分析方法以及当前河道断面实测方法分别对其沉积速率进行了估算。结果表明,相关性分析方法中的脉冲函数关系可以很好地估算其历史沉积速率的变化趋势,并且自距今90万年以来其沉积速率大致具有增大的趋势,在2万年左右达到峰值3.43 cm/a;自距今2万年以来其沉积速率有减小的趋势;根据该关系式估算的目前河床沉积速率数值为0.51 cm/a,这与河道断面实测方法估算的该河段河床的平均沉积速率为0.3 cm/a比较接近。显然,该河段的现代河床沉积速率远小于历史上最高的沉积速率,近年来水土保持、大坝建设等人类活动使得进入银川平原河段的粗泥沙明显减少,从而降低了该河段的河床沉积速率。

汊道演变的水沙过程影响分析——以监利河段为例

长江中下游许多汊道河段主支汊易位频繁,但对产生这一现象的主要驱动机理与影响因素一直争议不休。研究采用距平分析法、Mann-Kendall分析与基于分形理论的极差分析法相结合的方式,详细分析了监利河段1951年-2009年间流量和输沙率时间序列年尺度的变化过程。结果表明,流量及输沙率的Hurst数分别为0.943 0和0.923 9,均十分接近1.0,具有很强的持续性。Mann-Kendall分析发现,输沙率序列无明显突变,流量序列仅在1967年出现突变,主要由上游实施裁弯工程所致。系统分析来水来沙的匹配关系发现,该河段主支汊易位时间与水沙序列匹配状态有明显的相关关系,在"水多沙少"时期,监利右汊为主汊;而在"沙多水少"时期,监利左汊为主汊。

南水北调中线工程渠道倒虹吸导流堤型式试验研究

南水北调中线工程总干渠在河北省界内与多条河流相交叉,重要的渠河交叉建筑物有滹沱河、唐河、沙河(北)渠道倒虹吸等。工程修建后河道将被束窄,水流流势会发生较大改变,因此修建导流堤以疏导水流,减轻由此对河道产生的影响。研究从导流堤平面形状及计算方法入手,在提出导流堤布设原则的基础上,通过对三条主要河流的河工模型试验,对导流堤型式、局部冲刷、交叉断面上游壅水、下游冲刷等方面进行了优化研究,得出了合理的导流堤的型式与尺寸。

基于ADCP的长江口推移质运动遥测技术研究

利用ADCP底跟踪技术遥测了长江河口北港段推移质运动过程,并对推移质运动状态进行了分段研究。结果表明:无推移质运动状态下,测量误差主要受近底悬沙影响,推移质流速沿水流方向被高估;部分推移质运动状态下,推移质运动视速度与垂线平均流速呈指数相关;普遍推移质运动状态下,两者线性相关显著,且推移质运动速度误差将随流速变化而改变,测量精度主要受脉冲长度和近底悬沙影响。基于ADCP测量数据的推移质单宽输沙率公式合理有效,可以用于河口推移质输沙率的快速定量。

大沽河野外垂向入渗试验研究

选取季节性河流大沽河上、中、下游3处代表性河床作为野外垂向入渗试验场地,每处分别做2组试验,研究不同包气带水理及理化性质下河道入渗能力。结果表明:河道入渗过程可分为快速入渗、缓速入渗与稳定入渗阶段,总历时为1.3~2.0 h;不同河道包气带水理及理化性质影响着河道入渗过程,同一试验场地各组试验相同深度沙层初始含水率越小则入渗速率越快,相同深度沙层初始含水率相近时,上、中、下游沙层水分入渗速率依次减小;当同一试验场地各组试验沙样每层初始含水率之和相近时,各层之间初始含水率差距越小,则达到稳定入渗的时间越短;随上、中、下游沙样粒径依次减小,其稳定入渗率依次减小,约为0.006 5、0.004 1、0.002 3 cm/s。