岛群海域环境下泥沙运动及地形冲淤变化数值模拟研究

建立波浪、潮流共同作用下泥沙运动及地形冲淤积变化数学模型,并根据2007年4月份实测水文泥沙资料对模型进行了验证,验证表明,潮位、垂线流速、流向及含沙量过程的计算值与实测值吻合良好;波浪、潮流共同作用下悬沙引起的冲淤变化与实测冲淤分布趋势基本一致,较好地复演了洋山港工程建设后海域流场、含沙量场和地形变化.运用该模型对洋山深水港西港区工程方案进行了数学模型研究,研究表明,汊道方案实施后,由于颗珠山汉道的存在,使得通道内水流向北偏移,使得通道北侧西部流速较工程前流速有所增加,使西港区地形基本保持冲淤平衡略有冲刷;颗珠山汊道的存在,能够继续保持目前通道南侧淤积,北部刷深的格局,对西部港区的建设是有利的.     

上海洋山深水港区四期工程海域海床演变分析

本文根据洋山深水港区2009年~2013年水深、水文泥沙等现场观测资料,独创地从整体到局部分析了洋山港海域和四期工程水域的冲淤变化情况,为全球规模最大自动化程度最高的码头——上海港洋山深水港区四期码头的顺利开港提供了技术保障。主要结论如下:在围堰工程投产四年后,在新的工程边界条件控制下,洋山深水港区海域主通道继续表现为主通道西北部冲刷、小洋山前沿护岸水流的贯通、主通道中部及南部淤积的分布特征;颗珠山汊道的泄水出沙与四期工程前沿水域的持续冲刷,极大地减轻了主通道的泄水出沙压力,为四期工程水域疏浚增深的维持提供了天然潮动力。     

黄河宁蒙河段洪水冲淤规律分析

分析了1973—2005年宁蒙河段汛期场次洪水的冲淤特性、冲淤效率与下河沿断面水沙量之间的关系。结果表明:当下河沿断面洪水平均含沙量大于7 kg/m3时,宁蒙河段以淤积为主;当下河沿断面洪水平均含沙量小于7 kg/m3时,宁蒙河段以冲刷为主,且流量为2 200～2 500 m3/s时冲刷效率最大,此时洪水总水量应大于25亿m3。     

崎岖列岛堵汊工程对洋山深水港区冲淤影响分析

 通过对上海国际航运中心洋山深水港所在崎岖列岛海域水、沙运动规律和冲淤环境的调查研究,对港口建设过程中小洋山岛链3个汊道的封堵而导致汊道潮流量的丧失,港区淤积体的生成,进而引起洋山港区海床地形冲淤环境变化的过程进行了深入分析。认为堵汊工程后,在新的边界条件下,经过水沙和地形冲淤的不断调整,原来“冲淤平衡、略有冲刷”的环境逐渐得到恢复,港内水深得到良好维护,确保了深水港的成功建设。     

黄河内蒙古河段水沙及河床演变特性变化分析

随着黄河上游河段水库联合运用及水土保持工程的实施,内蒙古巴彦高勒至头道拐河段来沙量大幅度减少,河道演变剧烈,研究该河段演变特性变化可为河道防洪、防凌及下游河段水库调水调沙提供技术支持。为此,基于实测水沙及地形资料,并通过输沙率法结合同流量水位及典型断面变化分析了该河段水沙变化特性、河道时空冲淤分布特性及河道冲淤与水沙条件的耦合关系。结果显示,研究河段近期来水来沙总量偏少,至2018年有所增多,河道整体表现为冲刷,2012—2019年河段累积冲刷2.7亿t,其中汛期冲刷1.96亿t,河槽刷深展宽,河床高程下降,局部表现为上游冲刷下游淤积,包头上游河段冲刷量约为3.59亿t,下游河段淤积量约为0.72亿t,汛期冲淤变化比较剧烈。结果表明,来沙量大幅度减少,致使水流含沙量不能满足水流挟沙能力是河段发生整体累积性床刷的主要原因。     

钱塘江河口泥沙特性及河床冲淤研究

简要介绍了钱塘江河口含沙量、泥沙粒径的分布特性,建立了钱塘江河口泥沙起动流速和挟沙能力公式,分析了河床大冲大淤、大冲以后大淤、上游段洪冲潮淤、下游段洪淤潮冲等河床演变特性,研究了河床冲淤对洪水和潮汐的巨大反作用.分析研究表明,涌潮到达时,水流激烈冲刷河床,引起含沙量剧增,大多在涌潮过后的20 min内达到极值,形成大含沙量区.在平水期和枯水期,涨潮输沙量明显大于落潮,加剧了河口上游的淤积,涌潮是钱塘江河口大冲大淤的机理之一.     

黄河小北干流近期河床演变成因分析

针对近期小北干流河段淤积加重和水沙恶化的情况,以1974年三门峡水库蓄清排浑运用以来为重点,对河段冲淤变化特点和影响因素进行了分析,认为:龙门站平均含沙量、平均流量是近期小北干流冲淤变化的主要影响因素;当汛期平均含沙量大于13 kg/m3、来沙系数大于0.13 kg·s/m6时河段淤积,且淤积量随含沙量的增加而增大;河段冲淤量与流量的相关性呈上弱下强趋势,与含沙量的相关性呈上强下弱趋势;要改变小北干流河段的淤积状况,就必须降低龙门站含沙量;要使潼关附近河段发生冲刷,就必须增大干流流量.     

三峡水库蓄水后荆江沙质河段冲淤分布特征及成因

根据实测水沙、地形资料,分析了荆江沙质河段内洪枯河槽、宽窄河段等不同部位的冲淤幅度差异,并结合观测资料讨论了河道形态调整对水沙过程的响应关系。结果表明:荆江河道泥沙冲淤强度平面分布不均,泥沙冲刷主要集中于枯水河槽,断面形态趋向窄深;宽浅河段冲刷强度大于束窄河段,河道形态沿程趋于均一化。蓄水前河道形态与水沙过程相适应,河床在不同流量下以造床流量为界发生冲淤交替,长时期水沙过程作用下河道整体冲淤平衡。蓄水后含沙量大幅减小、大洪水消减而中洪水持续时间增长是荆江沙质河段冲淤分布特征形成的主要原因。     

黄河下游洪水期主槽水力因子变化研究

洪水过程中主槽平均流速和断面冲淤变化是影响下游河道排洪能力的主要因素。对黄河下游实测资料的系统分析结果表明，涨水期主槽平均流速随流量的增大而增加，但当主槽平均流速达到2.5m/s时，流速随流量的增加而增加的幅度明显减小，主槽平均流速和流量呈对数关系；洪水过程中主槽涨水期冲刷、落水期回淤，相应的冲淤面积与洪水流量的变幅呈较好的线性关系；涨水期主槽冲刷面积受含沙量的影响不明显。     

长江宜昌至汉口河段水沙变化初步分析

对长江上游水沙变化、中游干流河道泥沙冲淤变化以及两者之间的响应关系进行了分析研究.与1990年前相比,1991～2000年长江上游径流量变化不大,但输沙量减小明显,宜昌站年均输沙量减少约1亿t,减幅约20%;1966～1998年长江中游宜昌至汉口河段枯水河槽冲刷泥沙约3.67亿m3,宜昌至城陵矶段以枯水河槽冲刷为主,河床下切明显,城陵矶至汉口段则河床滩槽均淤,但以淤高水洲滩为主.荆江河段泥沙冲淤量与宜昌站水沙作用强度∏=Q2×T/S呈较为明显的正比关系.当宜昌站水沙作用强度在1.6×1010～1.2×1011时,宜昌至城陵矶河段泥沙冲淤基本平衡.当螺山站含沙量大于0.60 kg/m3时,城陵矾至汉口河段将发生淤积;当含沙量为0.50～0.60 kg/m3时,城陵矾至汉口河段冲淤基本平衡;当含沙量小于0.50 kg/m3时,城陵矶至汉口河段将发生冲刷.     

近年来黄河尾闾河道冲淤特性分析

着重分析了1976年清水沟流路以来黄河河口尾间河道冲淤变化特点.结果表明:①1976-2005年间,河口河段经历了强烈淤积-强烈冲刷-持续淤积-持续冲刷等冲淤变化过程;其冲淤变化与水沙条件、流路改道、河口的淤积延伸及河床边界等条件有关;②利津-7断面河段冲淤变化与利津径流量及来沙系数存在一定关系,与大于2 000m3/s的水量关系密切;③7断面以下河段冲淤变化与利津水沙通量,河道边界条件及流路延伸等因素有关.     

东洞庭湖近期冲淤演变分析

东洞庭湖洲滩水域存在较明显的动态变化,在长江与洞庭湖关系不断变化的影响下,洞庭湖出口七里山站的年水沙总量呈不断衰减趋势,三峡工程运用后,东洞庭湖水位、流量、含沙量等基本水文特征出现了明显下降或减小的变化。自1973年荆江裁弯完成后的45年,多年平均汛期4-8月径流量在年内占比61.2%～66.4%、输沙量占比56.4%～56.7%之间,变幅不大,相对稳定。根据地形冲淤与输水输沙量分析,2003年以来东洞庭湖呈冲刷状态。计算分析表明,三峡工程运用后,磊石山的水体年平均含沙量介于0.035～0.048 kg/m~3之间,东洞庭湖计算冲刷量与实际冲刷量的误差在50%以上,因地形变化较大,在东、南洞庭湖交界的磊石山进行水沙监测已有必要。     

长江口洋山港建设对附近海域潮动力影响研究

长江口洋山深水港工程建成后,洋山海域北侧边界发生了重大变动,引起水动力的变化,影响港区冲淤调整。从大量现场观测资料分析可知,一、二期工程建成后,落、涨潮流速在一期码头前沿剧减;三期工程北岸形成5.7km的平直岸线后,流速有所增加。对小洋山长时间序列潮位的调和分析表明,工程建成后主要分潮的振幅有所增加,近北岸水流局部滞流;海域水流在涨、落憩期间出现潮汐环流;海域东部出现壅水以及涨潮流主轴北偏和北岸水域涨潮流相对增强等现象。潮波运动的非线性效应和柯氏力效应增强的综合影响弱化了该海域的基本流场。     

黄河小北干流冲淤与水沙响应关系分析

依据实测大断面资料,给出了1974年以来黄河小北干流不同时段、不同河段的沿程冲淤量,分析了2003年以来该河段持续冲刷的原因,并对不同水沙搭配组合与小北干流冲淤量的响应关系进行了分析。结果表明:①1974年三门峡水库采用蓄清排浑运用方式以来,黄河小北干流的冲淤变化主要受来水来沙条件影响,基本保持非汛期冲刷、汛期淤积的特点。2003—2016年受上游汛期来沙量大幅减小的影响,沿程各河段汛期淤积量明显减小,在非汛期冲刷量减小不多的情况下,运用年各河段均为持续冲刷。②汛期水沙搭配组合中含沙量对冲淤量的影响程度更显著,运用年内水沙搭配组合中含沙量和流量对冲淤量的影响程度相当。     

巴彦高勒水文站断面冲淤变化及过流能力分析

通过分析巴彦高勒水文站历史断面形态、同水位面积、平滩流量、水位流量关系线变化,给出了水沙变化条件下巴彦高勒断面冲淤变化特征及现状过流能力。结果表明:该站河床冲淤变化较大,年内变化一般表现为封河期淤积、开河期冲刷,汛期冲刷、汛后至次年封河期淤积;同水位断面面积和平滩流量均随水沙条件改变有明显减小趋势;与1981年相比,近期同流量水位明显抬高,同水位过流能力明显减弱;参照邻近年份曲线趋势延长法绘制的高水报汛曲线及过流能力更接近该站的实际情况。     

塔里木河河槽形态调整特点及影响因素Symbol`@@

为确定塔里木河干流河槽形态调整过程及特点,根据2005—2013年实测水沙数据及断面资料等,分析了塔里木河河槽形态演变特点及影响因素。结果表明:2005—2009年中上游河段河槽逐渐萎缩,平滩面积总体呈下降趋势;2010—2013年汛期水流冲刷强度增大,游荡型河段平滩河槽形态主要体现为横向调整,断面趋于宽浅,过渡段相对稳定,弯曲型河段汛期水流冲刷强度变化趋势与游荡型河段一致,期间平滩河宽变化较小,断面朝窄深方向发展;2009—2011年游荡型河段和过渡段纵比降减幅分别为1.7%和3.0%,河床比降趋于调平,弯曲型河段纵比降增幅为1.6%,河床略微冲刷;水流冲刷强度能够较好地响应河槽形态变化,可用于预测塔里木河平滩河槽形态冲淤情况。中上游河岸土体在近岸水流作用下容易分解,稳定性差,在一定程度上加快了河床调整过程。     

近百余年来长江口南支水下地形演变特征分析

长江口是我国最大的河口,监测数据有限且水沙变化和水下地形演变复杂,开展长江口各分区演变规律、演化趋势和影响因素研究至关重要。利用长江口南支1861～2013年间7个年份地形数据,建立了近百余年来长江口南支的水下地形数字高程模型(DEM),探究长江口南支整体冲淤演变规律、不同子研究区冲淤变化时空差异、典型断面发展演变特点,并从自然演化和人为活动干预角度分析了特大洪水、径流输沙、人类活动等因素对研究区水下地形演变的影响。结果表明:①长江口南支在1861～2013年间整体处于冲刷状态,呈现淤积-冲刷-淤积-冲刷的变化过程,各子研究区的冲淤变化存在明显的时空差异特征,只有崇明浅滩淤涨不断。②1861～2013年间,南支上段沙洲、槽沟摆动频繁,冲淤变化较为复杂;南、北港经历了一系列主次更替的变化过程;横沙东滩呈现上段冲淤变化不定、中段先冲后淤、下段相对稳定的演变特点;九段沙表现为不断淤高扩宽且下延的趋势。③长江口南支的演变是自然演化和人类活动共同作用的结果,1861～1958年,南支水道的冲淤变化主要以自然演化过程为主;1958～2013年,流域人类活动引起的长江来沙减少及口内工程建设对南支冲淤演变的影响显著。研究成果可为长江口的治理规划提供技术支撑。     

塔里木河河槽形态调整特点及影响因素

为确定塔里木河干流河槽形态调整过程及特点,根据2005—2013年实测水沙数据及断面资料等,分析了塔里木河河槽形态演变特点及影响因素。结果表明:2005—2009年中上游河段河槽逐渐萎缩,平滩面积总体呈下降趋势;2010—2013年汛期水流冲刷强度增大,游荡型河段平滩河槽形态主要体现为横向调整,断面趋于宽浅,过渡段相对稳定,弯曲型河段汛期水流冲刷强度变化趋势与游荡型河段一致,期间平滩河宽变化较小,断面朝窄深方向发展;2009—2011年游荡型河段和过渡段纵比降减幅分别为1.7%和3.0%,河床比降趋于调平,弯曲型河段纵比降增幅为1.6%,河床略微冲刷;水流冲刷强度能够较好地响应河槽形态变化,可用于预测塔里木河平滩河槽形态冲淤情况。中上游河岸土体在近岸水流作用下容易分解,稳定性差,在一定程度上加快了河床调整过程。     

黄河小北干流河段水沙变化及冲淤特性

依据实测水沙及淤积断面资料,对黄河小北干流河段水沙变化及冲淤特性等进行了分析。结果表明:1多年平均进入黄河小北干流的水、沙量分别为295.3亿m3、8.07亿t,汛期水、沙量分别占全年水、沙量的54.5%、87.7%,多年平均含沙量为27.3 kg/m3;2用实测淤积测验资料计算的1960—2012年黄河小北干流累计淤积量为23.26亿m3,"汛期淤积,非汛期冲刷"是该河段的冲淤特性;3床沙粒径小于0.025 mm和小于0.050 mm沙重百分数沿程分布的特点是自上游向下游沿程逐渐增大,即床沙逐渐变细。     

长江河口南汇嘴潮滩圈围工程前后水沙运动和冲淤演变研究

南汇嘴潮滩地处长江河口拦门沙地带,是上海陆沿海岸滩淤涨速度最快的滩地,也是促淤圈围土地最频繁的地带.在1994-2003年期间实施了大规模低滩筑堤促淤圈围工程,圈围土地约15 000hm2.由此,也必将对潮滩水沙过程和冲淤变化产生影响.工程实施期间,促淤坝田淤积速率明显增大,最大淤积区年淤积厚度在1.0m以上,一般淤积区年淤积厚度在0.3～0.8m,而促淤堤外侧浅滩受坝田外泄清水影响,滩面发生不规则的冲刷,一般冲刷深度0.3m左右,最大冲刷区达到1.0m左右,在水深大于3m的浅滩区仍以淤涨为主;圈围工程完成后,由于圈围工程堤线保持了原有格局,对水流流势影响较小,在流域来沙量出现锐减,而河口区再浮悬泥沙和海域来沙量有所增大的环境下,南汇嘴潮滩水体含沙量仍较高,大潮汛实测潮周期平均含沙量为1.67kg/m3左右,小潮汛为0.92kg/m3左右,而且浅滩水流输沙方式有利于促使潮滩淤涨发育过程.