入湖河流尾闾河段河型问题研究进展

回顾和总结了国内外入湖河流尾闾河段河型问题的研究进展,阐述了入湖河流尾闾河段范围的界定方法,分析了入湖河流尾闾河段的平面形态与演变特征,对比了入湖河流尾闾河段河型与冲积河流河型的异同,进一步探讨了不同类型尾闾河段的河型成因以及河型转化影响因素。针对目前入湖河流尾闾河段河型问题研究中存在的不足,指出今后可从入湖河流尾闾河段的河型特征、河型成因机理和河型转化影响因素的定量化等方面加强研究。     

黄河源玛曲河段河型沿程变化及其原因

黄河源玛曲河段是一段特殊的冲积平原河道,接连出现了网状河型、分汊河型、弯曲河型和辫状河型,在270km的流程里,冲积河型发生了4次河型沿程变化.通过遥感图像和野外调查相结合,描述玛曲河段河型多样性和河道的基本特征,分析河型沿程变化的原因.玛曲河段的冲积河道主要发生4次河型变化,即网状型-分汊型、网状型-弯曲型、弯曲型-辫状型和辫状型-弯曲型.网状型-分汊型变化的原因是地形限制,泥沙淤积形成沙洲和植被发育.网状型-弯曲型变化的原因是地形限制、河床比降由大变小、河岸物质组成沿程变细.弯曲型-辫状型变化的原因是白河入汇、河床比降变大.辫状型-弯曲型变化的主原因是下游峡谷段河床下切和黑河入汇.     

河型的成因与分类

本文遵循同一级河型采用同一标准的分类方法,以河床边界组成作为河型第一级分类指标,将天然河型分为冲积河床、半冲积河床与非冲积河床。以形态作为第二级分类指标,把冲积河床分为顺直微弯、弯曲、分汉与散乱四个亚类。半冲积河床分为顺直微弯、弯曲、分汉三个亚类。非冲积河床分为顺直、弯曲、深切河曲与分汉四个亚类。以稳定性作为第三级分类指标,将冲积河床分为不稳定顺直、稳定微弯、稳定弯曲、自由弯曲、稳定分汉、不稳定分汉、游荡、滩槽游荡八种。半冲积与非冲积河床较为稳定,无需进行第三级分类。本文给出各类河床的边界组成、河床地貌和河床与河岸的相对可动性等定性指标,阐明了各类河床的成因与分布规律,本分类法能概括天然河型的成因、形态与演变。     

塔里木河干流河型、河性分析

通过分析前人关于冲积河流河型的分类方法,对塔里木河干流各河段河型、河性进行了重新分类.结果表明:塔里木河上游三河汇合口-农垦十四团河段属于弯曲型河型、游荡性河性,农垦十四团-新其满站河段属于游荡型河型、过渡性河性,新其满站-英巴扎站河段属于弯曲型河型、过渡性河性;中游英巴扎站-乌斯满河口断面河段属于弯曲型河型、过渡性河...     

基于协调发展度的冲积河流的河型判别式

借鉴社会与经济或环境与经济的协调发展理念,利用长江、黄河等12个河段的实测资料,研究了河型的影响因子对河型的影响权重,建立了河流系统的协调发展度判别式,用来判断冲积河流的河型.研究认为:河流边界条件对河型的影响大于来水来沙条件;弯曲河流的协调发展度大于游荡河流和过渡河流.根据协调发展度大的河流比协调发展度小的河流稳定有序,可以为冲积河流的河型分类与判别提供有力的理论依据和具体的计算方法.     

青藏高原山区河流广义河相关系与多频率沿程河相关系

山区河流地貌由流域来水来沙和地质地貌等下垫面背景因素决定,基岩限制性河段与冲积河段相间分布,这些河流是否存在稳定的河相关系,是山区河流地貌演变研究亟待回答的重要问题.本研究以发源于青藏高原的六大水系共129个水文测验断面的实测流量和实测大断面数据为主要数据源,以青藏高原六大水系的沿程河相关系为研究对象,探讨了同一河段与...     

宁夏黄河干流河型及成因研究

分析了宁夏黄河干流不同河段的河床组成、河道平面形态、河床演变特性等基本特征,量化了不同河段综合稳定性指标。将宁夏黄河干流冲积性河道划分为分汊型(沙坡头坝下—仁存渡河段)、游荡型(头道墩—石嘴山河段)、过渡型(仁存渡—头道墩河段),并研究了自然因素和人为因素对河型形成的重要作用。     

冲积河流河型控制的模糊聚类方法在黄河下游应用

根据河型成因的输沙平衡程度理论假说和水沙项输沙平衡程度公式,用水沙项数作为河型控制的控制指标量,以花园口到夹河滩河段为例对控制指标量取值,采用模糊等价矩阵聚类方法对黄河下游花夹河段河型控制结果进行验算。冲积河流河型控制的模糊聚类方法在黄河下游花夹河段的应用结果表明,在水沙项数可以控制的条件下,河型是可以得到控制的。     

基于输沙平衡度的河型成因理论假说及其验证

在建立冲积河流输沙平衡度公式的基础上,提出河型成因理论假说:冲积河流河型形成的内在成因是河流的输沙平衡度,外在成因是表达河床、水流和泥沙的物理量;河流系统中包含了河床系统、水流系统和泥沙系统3个二级系统;河道整治工程首先影响河型的外在成因,然后通过外在成因影响内在成因,不同的输沙平衡度过程形成了不同的河型。黄河下游的验证结果表明:依据冲积河流河型成因理论假说可以对河型进行分类,并有效地对河型进行预测,从理论上讲可以控制河型。     

塔里木河干流河道的河型及其成因

通过分析塔里木河水沙条件、遥感地形河势资料 ,作者深入研究了塔里木河干流河道的河型及其成因 ,指出和论证了塔里木河干流河道存在着游荡型、弯曲型和过渡型三种河型 ,阿拉尔至沙雅县鹿场附近河段 (新其满河段以上河道 )为游荡型河道 ,新其满下游的曲毛格金至恰拉水文站 (新其满河段以下河道 )为弯曲型河道 ,恰拉以下属于不规则的弯曲型 (微弯 )河段 ,沙雅县鹿场至曲毛格金河段 (新其满河段 )属于过渡性河段 ;河道边界条件和来水来沙条件仍是决定塔里木河河型的主要因素 ,其中由塔里木河两岸密灌林和胡杨林形成的密疏植被边界条件在形成干流不同河型方面发挥了重要作用     

长江源区河流地貌及水沙特性

长江源区河网密布,多数河流仍处于自然演变过程中,河谷地貌保存完整。基于实地踏勘资料,结合 SRTM3 DEM 对长江源区部分河流河谷地貌及水沙特性进行了分析。研究河流涵盖长江北源楚玛尔河、正源沱沱河、南源当曲、干流通天河及支流布曲、尕尔曲。根据河谷形态及河流地貌,可将这些河段归纳为3类:高原冲积型、丘陵坦谷型和高山峡谷型。其中:高原冲积型河道平面多呈游荡或多股分汊;丘陵坦谷型河道平面呈单一或分汊态势;高山峡谷型河道则为单一河道。研究时段内,长江源3个源头中,当曲流量最大,沱沱河流量大于楚玛尔河;输沙量则表现为沱沱河最大、楚玛尔河其次,当曲最小。泥沙分析发现:平面呈游荡状态的河流,其泥沙特征与其他河型有明显不同,具有悬移质含沙量大、粒径粗且均匀,床沙粒径较细的特点。相关分析显示河道宽度与水流含沙量呈正相关关系,初步说明了游荡河型产生的原因。     

利用河流平衡理论检验推移质输沙函数的应用性

推移质输沙函数多根据试验资料建立,在实际应用中往往会给出相去甚远的预测,对河流平衡形态影响显著。本研究利用河流平衡理论检验推移质输移通式Φ=cb(τ0*-τ*c)β中各参数对河道平衡形态的影响,式中Φ为无量纲推移质输沙强度,τ0*为无量纲水流平均剪切应力,cb、τ*c和β为输沙参数,分别代表输沙系数、无量纲水流临界剪切力和输沙指数。引入河道过水断面的宽度与平均水深的比值作为表征断面形态的无量纲参数,基于变分原理的图形分析结果表明,输沙通式中指数β的选取是影响平衡河道形态的重要因素。结合长江中游监利河段河道形态实际观测数据,对比分析已有推移质输沙函数对河道平衡形态的定量影响,结果表明β=5/3时河流平衡理论具有很好的实际应用性。     

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。     

Turbulence near a sandbar island in the lower Missouri River

River turbulence is spatially variable due to interactions between morphology of rivers and physical mechanics of flowing water. Understanding the variation of turbulence in rivers is important for characterizing transport processes of soluble and particulate materials in these systems. We present an exploratory effort to understand ecologically relevant flow patterns using measurements of mean flow and turbulence in a highly engineered river channel around an island in the lower Missouri River. Specifically, the profiles of mean river velocities were investigated to examine the logarithmic relation and associated parameters, including shear velocity and bed roughness. Turbulence intensity and Reynolds shear stress were compared with classic open-channel profiles and previously reported river data in the hydraulics literature. With the capability of pulse-to-pulse coherent Doppler velocity profiling in high spatial resolution, we estimated the profiles of turbulence dissipation rate using resolved one-dimensional velocity spectra. These measurement data allow us to examine the validity of turbulence production-dissipation balance and the classic open-channel profiles of turbulence statistics, including turbulence intensity, Reynolds shear stress, dissipation rate, and eddy viscosity. The field data show a strong variation of turbulence profiles in close vicinity of the river island. In shallow water depths close to the island, turbulence is substantially enhanced in comparison with classic open-channel profiles. Such turbulence enhancement is likely attributed to non-uniformity of the flow structures.     

冲积河流河床稳定性综合指标

冲积河流河床稳定性指标在实践中是判断河流泥沙运动强度、沙丘运动引起的河床变形强度和划分河型的依据。河流动力学研究成果表明,河床纵向稳定性取决于河道纵向水流输沙能力,而纵向水流输沙能力与纵向水流参数成比例。类比于纵向稳定性与纵向水流参数的关系,认为横向稳定性与横向水流参数成比例,以及河床稳定性综合指标取决于纵向稳定性与横向稳定性的对比。经推导,得到了反映水流动力因素、河床几何尺寸和边界特征的河床稳定性综合指标一般表达式。根据天然河道和模型小河的河型资料,确定河床稳定性综合指标。该指标反映了河床综合稳定性且可以用来进行河型判别。     

冲积河流推移质输沙最优河道形态影响因素理论分析

为从理论上确定水沙动力、阻力和边界条件对冲积河流推移质输沙最优河道形态和最小比降的影响,基于 水力半径分割方法将河床整体糙率划分为河岸糙率和河底糙率;采用河道形态自动调整变分方法,以等腰梯形为 河道过水断面,推导推移质输沙率与河道形态的关系,分析河岸与河底相对糙率、河岸坡角、流量、输沙率、中值 粒径和河底糙率对最优河道形态和最小比降的影响。结果表明：最优河道形态和最小比降随河岸与河底相对糙 率的增大而减小,随河岸坡角的增大而增大。流量或者河底糙率的增加将使最小比降减小,同时造成最优河道形 态趋向窄深。输沙率或者中值粒径的增加将使最小比降增大,但两者对最优河道形态演变的影响不同,输沙率增 大将使最优河道形态向宽浅发展,而中值粒径增加将使最优河道形态向窄深发展。     

Probability model for gravel sediment entrainment in turbulent flows

This paper reports a stochastic model for the prediction of rollover movement probability of gravel particles in turbulent flow. The model is based on the data of a Direct Numerical Simulation of turbulent flow over a rough bed, which is represented by one layer uniform sphere particles. The locations of effective drag and lift forces are explored, as well as the ratio of drag and lift coefficients. The comparison between rollover and pickup probability models indicates that pickup model is valid for cases of critical shear stress less than 0.1 while rollover model works for critical shear stress larger than 0.1. Thus it is reasonable to take into consideration of both of the two models to predict sediment transport behavior in turbulent flows, especially for fluvial rivers which contain different kinds of sediment particles.     

砂质河床与砾石河床的河型判别研究

砂质河床与砾石河床在水力学特征与泥沙运动特征方面都有较大差异，由此导致了河型特征的差异。本研究以世界上近200条河流的资料为基础，在建立同时适用于砂质与砾石河床河型判别统一关系方面进行了尝试。以水流切力、河流功率以及无量纲切力Sd/D50来表示水流强度，而以宽深比和无量纲河宽来间接反映河岸约束性，从而在一定程度上克服了河岸约束性难以定量表达的困难。研究发现，上述水流强度变量和河岸约束性变量的组合关系，在具有不同河型的砂质与砾石河床之间表现出较大的差异，从而实现了对砂质河床与砾石河床河型的定量判别，得到了一系列的沙质与砾石河床河型的判别关系。     

小浪底水库运用前后黄河下游河道河型变化及成因分析

利用实测资料分析、理论判别和分形维数计算等方法,以黄河下游铁谢—伊洛河口、花园口—黑岗口和夹河滩—高村三个典型游荡性河段为研究对象,分析其1960年以来的主流摆幅、弯曲系数和主河槽宽深比等河势参数变化,以及小浪底水库修建前后下游游荡性河段的河型演化过程。结果表明,自20世纪90年代初,除花园口—黑岗口河段仍表现为游荡河性外,其他两个河段因整治工程不断完善其游荡性均有明显减弱,河型趋于限制性弯曲方向发展。自1999年10月小浪底水库拦沙运用以来,三个研究河段的整体游荡程度显著减弱,河势趋于规划流路方向发展,特别是夹河滩—高村河段河势基本稳定。小浪底水库长期下泄低含沙小流量过程,水流动力减弱,加之不断完善的河道整治工程,是河势游荡程度显著减小、河势归顺及河型发生变化的主要原因。