近70年来虎渡河水沙变化特征与冲淤演变分析

虎渡河是长江分流入洞庭湖的主洪道之一,三峡水库蓄水后虎渡河的水沙条件明显改变,但由于全河段的水沙与河床形态监测资料不完整,其沿程水沙变化与河道冲淤响应的研究不足。利用近70年来弥陀寺和董家垱水文站的长序列水沙数据与虎渡河的实测河床地形资料,分析了虎渡河水沙变化及冲淤演变的特征和规律。研究结果表明,三峡水库蓄水后虎渡河汛期的分流量减少了32.84%,但上游与下游的流量比稳定在83.0%左右;水位与流量关系曲线有上翘的趋势,相同洪水流量的水位更高。近5年虎渡河的冲淤变化整体趋于平缓,但输沙率比三峡水库运行前5年下降95%,且汛后水流含沙量约高出汛前22.52%。

冰盖对黄河什四份子河段水沙特性的影响

冰盖作为河流特定的上部约束,其下水沙变化(尤其弯道)对河道治理及生态环境意义重大。通过对什四份子河段进行野外试验,分析了冰盖对该河段水沙特性的影响。指出冰下水流流速垂线分布中,最大流速位置约在相对水深为0.4处,凸岸"抛物线型分布"特征明显。冰封期主流易位,垂线平均流速较大值主要集中在近凸岸侧。纵向流速分量较大,横向流速次之,垂向流速最小。在冰盖的影响下,冰封期泥沙浓度较低,但泥沙中值粒径(30~45μm)普遍大于畅流期(6~35μm)。

基于有效剪力的河口潮流挟沙力计算与检验

河口潮汐流是典型的非均匀、非恒定和周期性的水体运动。在研究潮流挟沙力问题中,利用水流对泥沙输移的有效剪力方法,即从总剪力中提取水流对泥沙颗粒的有效部分,可以排除非均匀、非恒定和形体阻力等影响。首先说明了有效剪力法计算潮流挟沙力的步骤,然后选用1994-2018年10个典型河口的实测潮流泥沙资料,对潮流挟沙力计算的有效剪力法、能量法、极值法和经验法进行了对比检验。结果表明,有效剪力法具有较高的计算精度和较强的实用性。此外,利用有效剪力法的潮流挟沙力公式进行计算,无需实测资料率定且普适性好,便于在无资料或缺乏实测资料地区使用。

紊动和温度联合作用对黏性泥沙絮凝沉降影响试验研究

河口海岸地区,黏性泥沙絮凝沉降特性对泥沙输移起着重要作用。影响黏性泥沙絮凝的因素很多,其中水体剪切和温度是两个重要因素。利用一种温度和紊流同时可控的泥沙沉降观测实验装置,以高岭土为实验材料,研究了紊动和温度联合作用下对黏性泥沙絮凝沉降的影响规律。研究发现弱紊动条件下,随着温度的升高,高岭土浓度变化越快;强紊动条件下,温度对浓度变化的影响不明显。絮团粒径随温度升高而增大,随着紊动强度的增加先增大后减小。相同剪切率条件下,絮团沉降速度随温度的升高而增加;相同温度条件下,絮团沉降速度随紊动强度的增加先增大后减小,主要是由于小剪切强度条件会促进絮凝,而剪切率增大能抑制絮凝,导致大絮团破裂形成小絮团。

黄河下游河道平滩流量与水沙过程响应关系研究

黄河干流大型水库的修建改变了进入下游河道的水沙过程,对河道演变具有显著影响。基于滞后响应理论,运用常规水沙因子拟合、逐步回归分析及BP神经网络等多种方法,分别建立了黄河下游典型断面平滩流量与水沙过程的多因素响应关系,对比分析了各方法针对平滩流量的计算效果。结果表明：常规水沙因子拟合可以5年滑动平均来反映前期水沙过程对平滩流量的影响;考虑平滩流量的多影响因子,逐步回归分析最终引入5年滑动全年流量和当年最大洪峰流量两个主要因子,平滩流量受水量的影响更为突出。就总体计算精度而言,BP神经网络〉逐步回归〉常规水沙因子拟合,但BP神经网络对于平滩流量极值点的预测效果较差,需要更大范围数据的训练。

水利枢纽运用对江湖关系影响的模拟

利用一维江湖河网模型,结合实测资料,对三峡水库及城陵矶综合枢纽运用后,长江与洞庭湖江湖关系自2013-2062年的变化进行了预测。结果表明,三峡水库运用至2062年,荆江河段冲刷继续,但速度逐渐减小,枯水位下降最高为1.62 m,洪水位下降最高为0.41 m;城汉河段冲刷继续,枯水位下降最高为1.05 m,洪水位下降最高为0.15 m;三口分流量继续衰减,但年平均衰减率仅为三峡工程运用前的11.7%;三口河道松滋河冲刷约为0.57亿m3,虎渡河与藕池河为微冲微淤;洞庭湖淤积大幅减缓,淤积比为0.481。此外,城陵矶综合枢纽运用至2052年,使洞庭湖区各站枯水位抬高0.2-0.6 m不等,但对三口河道冲淤、分流分沙、长江干流冲淤、洞庭湖的淤积影响都较小,可以忽略不计。

非规则泥沙颗粒流动堆积过程中接触模型参数研究

采用离散元法研究颗粒的流动与堆积过程时,物性参数和接触参数的选择是否合理直接影响着模拟结果的准确性。对于非规则颗粒而言,这些参数的选取尤为重要。以非规则泥沙颗粒为例,根据其形状和大小的不同建立了四种颗粒模型。设计了一系列试验来标定泥沙颗粒的密度、恢复系数、静摩擦系数、内摩擦系数,并通过试验与模拟相结合的方法标定了颗粒间滚动摩擦系数。通过试验和离散元仿真的手段对比了顶层泥沙在V型箱和L型箱中的流动过程,结果表明试验与仿真得到的运动轨迹吻合,验证了所采用的测定物料参数和接触参数方法的可行性和参数选择的合理性。

基于尖点突变的长江口北港稳定性评价

利用尖点突变模式开展北港稳定性判别及定量研究,分析河口河势稳定性指标,选择断面宽深比作为河势变化的第一主控变量,为横向稳定性指标;河槽冲淤量作为河势变化的第二主控变量,为纵向稳定性指标,对北港河势进行评价及验证。结果表明:尖点突变模式可以较好地评估北港河势稳定性,北港主槽堡镇-团结沙河段1977-1992年间河势不稳定,之后河势基本趋于稳定;团结沙-口外拦门沙河段1977-2010年间河势基本稳定,2010-2013年不稳定。

长江河口河槽水沙特性及其输移机制研究

基于2007年1、7月长江口大潮实测流速及悬沙量资料,运用数据统计和机制分解法分析各河槽水沙输移特性,结果表明:枯季优势流小于洪季,枯季北支、南支北侧、北港中下段、南槽南边滩为涨潮优势,其他河槽为落潮优势,洪季北槽口外为涨潮优势,其他河槽为落潮优势;悬沙输移主要驱动力为欧拉余流、潮泵效应、垂向环流和斯托克斯余流,欧拉余流在平流输沙中占主导地位,潮泵效应在潮流输沙中占主导地位,欧拉余流指向海,垂向环流和斯托克斯余流指向陆,潮泵效应除北港口外、南槽口外随季节变化外其余河槽指向海;不同汊道各输沙项的贡献随径流与潮汐潮流的相对重要性而变化。

桥墩局部冲刷防护的石块起动

桥墩局部冲刷一直是影响桥梁安全的最大自然灾害,抛石防护是最普遍的冲刷防护形式之一。在总结已有冲刷机理的基础上,分析了包括墩前河床底部流速和墩侧河床底部流速的桥墩局部流速,并给出了桥墩冲刷防护石块起动的简化公式。结果表明,墩侧河床底部流速大于墩前河床底部流速,墩侧防护石块更易走失。当行近流速小于3m/s时,可采用抛石进行桥墩局部冲刷防护,抛石直径约为0.2m;对于行近流速为3～5m/s时,建议采用其它冲刷防护措施。

冲刷物理模型试验的比尺效应研究

冲刷物理模型试验的比尺效应主要是由模型沙不满足泥沙运动相似的要求所产生。因此在将试验结果外推到原型时会产生较大偏差。全面分析了系列模型实验法、经验公式法和相似模型试验法减少或者消除比尺效应的优缺点;提出了经验公式用于分析试验结果的偏差程度。认为满足泥沙起动相似和动床阻力相似是冲刷物理模型设计和模型沙选用的重要原则。

金沙江溪洛渡水电站变动回水区河床组成调查

通过现场查勘、坑测、散点、剖面描述、断面床沙取样、岩性分析等方法,对金沙江溪洛渡水库变动回水区80km范围内的河床组成进行了调查,不仅取得了地质、床沙等大量原型观测资料,而且从空间和平面分布上查明了测验河段内床沙分布及级配组成情况。该勘测调查成果为金沙江溪洛渡水电站水库调度规程研制及泥沙问题研究提供了重要的基础资料。

黄河泥沙对水质的影响研究进展

系统地总结了黄河泥沙的粒度组成、矿物组成、化学组成和电化学性质等基本特征,着重评述了黄河泥沙的吸附效应对水质产生的巨大影响及泥沙污染水质模型的研究进展,提出了该研究领域今后发展方向的重点:大力开展和加强优先控制污染物在水体中的种类、形态、含量、分布、迁移、转化和归宿研究、黄河水质主要参数监测方法、评价方法与评价标准研究和泥沙污染机理模型研究。

坡度对三峡库区紫色土坡面径流侵蚀的影响分析

基于运动波理论,在紫色土坡面径流侵蚀力和径流侵蚀能力的影响因素分析基础上,对三峡库区紫色土坡面土壤侵蚀的临界坡度进行了分析,分析结果表明：（1）坡面径流流量、水深和流速均随降雨强度的增大而增大,坡面径流流量和坡面径流水深随坡度的增大而减小,而流速随坡度的增大先增大再减小,在坡度为33.21°时达到最大值;（2）坡面径流侵蚀力随着降雨强度的增大而增大,而坡度对它的影响较为复杂,这个特定坡度随降雨强度和坡长的增大而减小,随坡面土壤颗粒粒径的增大而增大,对紫色土坡面而言,在37.14°-46.19°之间;（3）坡面径流侵蚀能力在临界坡度处达到最大值,临界坡度是一个变量,随降雨强度和坡长的增大而减小,随坡面土壤颗粒粒径的增大而增大,紫色土坡面径流侵蚀的临界坡度在35.93°-40.78°之间。

现有横断面形态的研究成果及其在黄河下游的适用性验证

总结了中外学者对冲积性河流横断面形态研究的现状,从研究方法上对其进行归纳。内容涉及到经验公式、终极假说和力学理论分析等相关领域,并对其优缺点进行了分析。最后用黄河的资料对其进行了验证,并找出了其不能适用的原因,并对以后研究黄河下游横断面调整,提出了新的观点。

层次分析法的改进及其在引黄灌区水沙配置中的应用

采用层次分析法、改进层次分析法和改进权重确定方案的层次分析法等三种方法构造水沙资源综合目标函数。通过构造的综合函数,确定权重系数,对各配置方式变量进行重要性排序。通过分析比较上述方法的优缺点,确定合理的方法,为水沙资源的优化配置提供了技术手段。

长江河口悬沙浓度变化特征分析

2003年2、7月在长江口进行了枯、洪季大规模综合水文观测,本文以此次观测资料为基础,采用数理统计、水文学等方法以江阴-南通-徐六泾-南支-南港-南槽(北槽)的格局对长江河口悬沙浓度的时空变化特征进行了分析研究。分析结果表明:(1)徐六泾节点至江阴潮流界河段主要受径流影响,悬沙浓度比较稳定,而在徐六泾以下多级分汊区段,由于各汊道的分流比等因素的不同,悬沙浓度的分布也存在着差异;(2)悬沙浓度受径流、潮流作用影响具有明显的季节变化,潮周期变化;(3)涨、落潮悬沙浓度大小与流速大小密切相关,但存在着一定的滞后性;(4)单宽输沙量在时空上存在着复杂的变化;(5)在长江口南北槽拦门沙最大浑浊带中,泥沙的再悬浮过程比其他河段复杂多变,同时也存在着一定的规律性、周期性。

湘江株洲航电枢纽坝区河段河床变形预报试验研究

试验研究采用正态河工模型,模拟湘江株洲航电枢纽坝区河段宽级配河床质泥沙运动。在模型河床变形验证相似的基础上,研究一期(左汊)、二期(右汊)围堰施工工况和枢纽正常运转条件下河床冲淤变化规律,以及对船闸下引航道口门区及连接段航道的影响;同时推荐了该区域航道整治推荐方案,为设计提供科学依据。