基于断面地形法和网格地形法的河道冲淤计算分析

河道的冲淤量及其分布是相关工程规划设计和防洪决策的基本依据,在生产实践中,冲淤计算一般是采用断面地形法。随着GIS技术的发展,三维表面的建模和表面分析已逐渐成熟,为推广网格地形法计算河槽冲淤量创造了条件。该文通过对比断面地形法、网格地形法两种方法计算的河道冲淤量,分析其误差来源及解决方法,评估其方法的适宜性和可靠性,得出GIS支持下的网格地形法计算河道冲淤可视化强,提高了效率和精度。     

城陵矶至螺山河段槽蓄量及冲淤变化计算

介绍了利用GIS建立河道地形三维表面,计算分析河段槽蓄量以及冲淤变化的主要步骤和具体方法.该方法具有计算精度高、河道形态显示直观、冲淤部位空间分析能力突出等优点.以长江干流城陵矶至螺山河段为例,选用6个测次的河道地形图,计算分析了近30 a来该河段的槽蓄量变化和冲淤时空分布.分析结果表明城陵矶至螺山河段20世纪70年代河道淤积较为严重,1981～1998年冲淤变化不大,1998～2001年平滩河槽有所淤积,近期冲淤基本处于平衡状态.由于在河道形态的显示、冲淤部位的空间分析方面的突出能力,若进一步和河流水沙数学模型以及其他相关分析相结合,基于GIS的河道冲淤变化分析更能有利于发现河道泥沙淤积的规律,为洪灾成因和防洪减灾对策研究提供决策支持.     

GIS支持下的长江江苏河段深槽冲淤演变探讨

GIS强大的空间分析和空间数据库功能,提供了其它研究手段难以解决的河道水下地形冲淤变化分析及空间分布等问题的有力工具。本文在GIS技术的支持下,利用6个测次的长江(南京以下段)航道图数据,建立研究区域河道水下地形数据库,分析了河道冲淤变化及空间分布,分析计算结果表明研究区域1995年以前净面积减少,以冲刷为主,局部地区有淤积,但冲刷量大于淤积量,在1983年至1987年间净减少面积最大值为17.94km2.a-1;1995年以后净面积增加,以淤积为主,年净增面积达到13.43km2.a-1。同时基于GIS技术对河道形态、冲淤部位等进行实时的可视化显示,进一步对河道冲淤变化进行高效、准确的定量分析,更能有利于发现河道冲淤规律,为洪灾成因和防洪减灾对策研究提供决策支持。     

基于DEM的河道演变可视化表达和定量分析

 为了解长江口南支河道近百年来的演变特征,利用该河道1900-2001年的海图资料,建立河道水下数字高程模型(DEM),并对其1900年以来的冲淤演变进行可视化表达和定量分析。结果表明：①DEM是进行河道演变可视化分析和定量分析的有效手段。②1900-2001年间长江口南支河道槽蓄量略微增大,0 m以深槽蓄量年均增大0.027亿m3;整个河道区域表现为微冲,年均冲刷量为0.033亿m3,年均冲刷厚度为0.37cm(包括人工挖泥吹填、疏浚量在内)。③不同时段和不同河段的冲淤状态不同。1958年以前和1979年以后河道演变表现为冲刷和扩大,在1958-1979年间为淤积;位于南支河道入口处和出口处断面的冲淤变化比河道中段断面剧烈。     

断面地形法在长江中游河段冲淤计算中的应用

为了便于与历次长江槽蓄量成果比较,研究河段河床的冲淤变化规律,运用计算机技术采用河道断面地形法对长江中游河段城陵矶至九江段进行了冲淤计算。介绍了数据采集方法、编程技巧、计算方法,以及与GIS计算槽蓄量成果比较情况。指出了河道断面地形法的误差来源,并提出改进建议。     

应用GIS计算分析长江镇扬河段的河床演变

在GIS环境条件下,建立了长江镇扬河段地理信息系统,主要包括三个子系统:自动成图系统、测图信息管理系统和河道冲淤分析系统。河道冲淤分析系统采用GIS的空间技术,实现了任意测次间的剖面冲淤分析和区域冲淤分析。剖面冲淤分析包括固定断面冲淤分析和任意断面冲淤分析;区域冲淤分析包括固定河段冲淤分析和任意区域冲淤分析。其最大特点是实现了任意时间、任意空间的在线冲淤分析,在GIS平台下开发了河道管理与整治研究中快速进行高效冲淤分析的技术手段,可以从河床演变角度直观地表达河道的地形信息,为河道规划管理及整治措施设计提供了快速准确的科学数据。从镇扬河段上游至下游顺序,根据GIS分析计算得到的河道冲淤信息分别就仪征水道、世业洲、六圩水道、和畅洲和大港水道的河床冲淤演变分别进行分析介绍。     

黄河下游河道冲淤时空分布规律研究

根据黄河下游河道特征和进入下游河道的水沙条件,对下游河道冲淤的时空分布规律和冲淤量进行了研究,结果表明：下游河道冲淤量与花园口水文站的来沙系数有较好的相关关系;当进入下游河道的水沙条件与河道挟沙能力不相适应时,河道会自动迅速调整,调整速率沿程逐渐变小,进入艾山以下河段后河道冲淤时空分布规律趋于一致;根据推求的经验公式计算了小浪底水库运用初期下游河道冲淤量和冲淤强度的沿程分布,结果与实测值基本一致。     

输沙量差法计算河道冲淤量的误差分析

输沙量差法是计算河道冲淤量的主要方法之一。分析了输沙量差法与断面法计算河道冲淤量结果之间的差异和采用输沙量差法计算河道冲淤量的误差来源,提出了计算河道冲淤量中误差和相对误差的表达式。结合黄河下游现行测量条件,指出：①河道输沙量测验的相对中误差为1．7％～2．5％,能满足了解河道输沙情况的要求;②一般情况下河道冲淤量的绝对值远小于输沙量,但其绝对误差又大于输沙量的测验误差,导致计算的河道冲淤量的相对误差较大;③河段冲淤量的相对误差随冲淤量的减少而增加,甚至出现实测的冲淤量小于其测量误差,导致冲淤量计算成果定性困难;④当河道内的冲刷量或淤积量占来沙量的比例较大时计算的冲淤量相对误差很小,但河段淤积率降低到一定程度时,冲淤量的相对误差迅速增大,甚至超过100％,此时采用输沙量差法计算的河道冲淤量无使用价值。     

基于GIS的长江口北港冲淤演变及河道特征可视化分析

以1964 2002年多幅不同年代的长江口北 港海图为基础资料,利用GIS和DEM相结合的方法,并借助于三维河道冲淤演变立体图和冲淤 量数据,分析了北港的冲淤演变和河道特征演变。结果表明：1964 2002年,北 港河段整体表现为冲刷,泥沙冲刷量为3.775亿t;在38年里北港河道的断面形态经历了 从两槽一脊向三槽两脊以及三沙四沟的复杂演变。研究方法可在今后河势分析、河道整治研究中加以应用。     

基于GIS的河道冲淤时空分析方法研究

采用数字高程模型法进行冲淤计算已成为冲淤计算的主流方法。首先建立符合精度要求的河道数字高程模型,进行冲淤计算,构建冲淤分析的系统化平台。然后提出一种新的存储栅格数据的表结构,对河道的冲淤预测方法进行了初步地探讨,为快速有效地分析河道冲淤规律奠定了基础。同时,提出利用冲淤空间分布图进行冲淤规律定量分析,为河道冲淤分析提供了新的研究手段。     

长江东流河段河势演变分析

长江每年都会经历洪水期和枯水期,河道会发生较大的冲刷和淤积,甚至会发生崩岸等险情,需要对河势进行动态的监测和分析.文中以东流河段为例,采用水文测验、特征线比对、断面套绘和GIS冲淤计算等方法对河道进行研究,总结了东流河段近年来河势的演变特点为上段淤积,中段冲刷,下段淤积,河段总体表现为冲刷.该结论具有代表性,为长江河道...     

三峡库区重庆主城区河段河床演变分析

三峡工程建成后,重庆主城区河段处于水库变动回水区,水流条件和泥沙运动规律将发生变化,该河段泥沙冲淤变化的分析研究,备受有关方面关注。根据2007年及多年所监测的来水来沙资料及河道观测资料,对重庆主城区河段的泥沙冲淤变化规律进行初步分析,结果表明：重庆主城区河段冲淤量主要与来水来沙条件、河道形态、两江相互顶托等因素有关;2007年重庆主城区河段冲淤主要分布在开阔段的缓流、回流区等部位;主要淤积期为6月中旬至7月中旬、9月中旬至11月中旬,主要冲刷期分别为年初至6月中旬、8月中旬至9月中旬、11月中旬至年末;全年略呈冲刷态势。     

三峡航道三维可视化与分析系统的设计与实现

长江的安全航行,特别是三峡航道,是一项重要的系统工程。传统的二维电子河道地图对保证航行安全十分有效。但是,它不是可视的,许多复杂的分析在二维的环境下难以完成。因此,实现三维航道数字化和智能化对安全航行非常重要和迫切。为实现这一目的,介绍了以三维GIS为基础的三峡航道三维可视化与分析系统的整体框架。在此框架下,说明了从航道空间数据收集,储存,管理,处理,查询和分析到典型的航行应用技术的集成服务。详细讨论了一些关键技术,包括：多源数据源支持的航道生成技术,基于GIS和CAD的航道模型生产工艺,多源、多类型、多尺度数据的组织和管理技术,海量数据的三维动态可视化技术,二维与三维互演示与分析技术。基于这些理论与技术,开发了TEAVIS三维数字航道。介绍了一些基于这一系统的典型应用。     

简论我国古代黄河泥沙运动理论及其实践

古人对黄河泥沙及其运动的观察和认识由来已久，并形成了初步的泥沙理论，在内容上主要表现在以下五个方面：黄河水流含沙量、泥沙淤积规律、泥沙冲刷规律、束水攻沙理论，以及泥沙冲淤与河道变化的关系等。此外，历史上治理黄河泥沙的实践也取得了相当的成就，本文从五个方面对比进行了分析，即：泥沙清浚、束水攻沙的实践、王景治河与贾鲁治河中的治沙问题、河口治理、泥沙利用。     

钱江通道段河床最大冲刷深度的综合分析

钱江通道位于钱塘江河口的强涌潮区域,在洪潮水动力作用下河床冲淤剧烈.极端水动力作用下河床的冲刷深度是过江隧道工程建设的关键技术问题之一.本文基于河床演变分析、动床数值模拟、动床物理模型试验、沉积物分析等手段进行研究.首先建立了钱江通道过江隧道河段洪、潮水流冲刷深度的预测模型,经钱塘江河口的实测地形、水流泥沙及河床冲淤等资料的验证.在此基础上预测了过江隧道断面在极端水动力作用下最大冲刷深度,并与沉积物分析方法进行比较,四种研究方法所得的结果定性定量基本合理,进一步表明了预测模型的可靠性,预测的最大冲刷深度可为过江隧道的合理埋设提供参考依据.     

黄河下游丁坝缩窄河道泥沙冲淤特性试验研究

通过动床模型试验研究了黄河下游裴峪至官庄峪丁坝缩窄河段,在河道不同位置布设丁坝,不同情况下丁坝相对长度(丁坝长度与原河道宽度之比值)对河道泥沙冲淤变化的影响。结果表明：水沙运动要素变化受丁坝布设位置和长度等影响较大,随着丁坝相对长度的增加,汛期主河槽冲刷量和滩地淤积量逐渐增大,主槽范围相应扩大,其高程普遍呈下降趋势,特别是缩窄断面导流堤顶端部位出现明显的局部冲刷坑,束水冲沙、增大输沙能力的效果明显。当丁坝相对长度大于0.50时,主流线偏移、断面流速分布和河床冲淤的变化速率明显增大,不利于河道稳定。     

葛洲坝枢纽运行对下游河段影响的监测研究

Gezhouba hydroproject was impounded and put into operation in 1981. In order to analyse the impact on the downstream river course, Jingjiang Hydrologic and Water Resources Survey Bureau of Changjiang Water Resources Commission has conducted prototype observation on the Yichang-Chenglingji river stretch. On basis of the observed data, the change in river regime and scour-sedimentation evolution and water surface profile below the dam are analysed systematically. The results show that the scouring of downstream river course mainly stretches from Yichang to Ouchikou, mainly occurring in 1980～1987; the scourring mainly takes place in the river channel and the water surface profile drops significantly in dry season,but not quite in high flood season.     

三峡水库175m试验性蓄水十年泥沙冲淤变化分析

系统分析了2008年三峡水库实施175 m试验性蓄水10年来,进出库水沙特性、库区泥沙冲淤情况、坝下游水沙变化与河道冲刷情况,结果表明:入库沙量大幅减少、来沙组成发生明显变化,水库淤积量大幅小于预期、淤积形态良好,重庆河段未出现累积性淤积;坝下游河道发生大范围强烈冲刷、河道河势总体基本稳定;水库及坝下游航道条件大为改善;水库调度指标不断优化调整,试验性蓄水使工程在防洪、发电、航运、水资源等方面提前5年发挥了巨大的综合效益。随着长江流域社会经济的快速发展,各方对三峡工程在防洪、航运、供水、发电等方面提出了更高的需求,同时三峡水库泥沙淤积与坝下游河道冲刷是一个不断发展变化的累积过程,仍需长期跟踪观测与研究。建议:进一步优化汛期水库中小洪水调度等,研究形成三峡水库"蓄清排浑"运用的新模式;建立坝下游河道崩岸预警机制;持续开展水文泥沙原型观测与科学研究工作,为三峡工程安全高效运行、推进长江大保护提供科技支撑。     

天然河道丁坝群局部冲刷三维数值模拟

为研究天然河道中丁坝长度对河床的冲刷影响,基于天然河道形状和实际丁坝群布置,提出适用于天然河道形状的丁坝群局部冲刷计算流体力学(CFD)三维数值模拟方法,建立了滦河马良子段丁坝群三维模型。采用RNG k-ε模型模拟计算,用VOF方法进行自由表面的追踪,并对丁坝局部冲刷坑形态及冲刷深度进行了数值模拟。对比实测数据,数值模拟结果与实测结果非常吻合。针对丁坝群中局部冲刷最严重的丁坝,对其长度进行调整,调整后冲坑深度明显改善。