上荆江典型断面河床纵横向变形过程的概化模拟

针对当前三峡工程运用后坝下游河床的调整特点,将床面冲淤与河岸崩退的计算模块相结合,构建了基于断面尺度的河床纵向及横向变形的概化数学模型。以上荆江荆34断面为研究对象,采用概化模型计算了该断面2006年和2008年水文年的河床纵向与横向变形过程,计算的河床纵向冲刷量、河岸崩退总宽度及崩塌后岸坡形态等结果与实测结果吻合较好。此外还分析了考虑与不考虑床面冲淤2种情况下2006年荆34断面形态调整的计算结果,该断面河床冲刷主要集中在枯水河槽,床面冲刷下切导致河岸高度增大,最大增幅约1.9 m,且考虑河床冲淤后计算的河岸崩退总宽度比不考虑时的计算值偏大20%。表明了近岸床面冲刷下切导致滩槽高差增大,将会加剧崩岸的发生。     

冲积河道平面变形计算初步研究

本文在二维河床阻力,悬移质挟沙力及分组挟沙力研究的基础上,建立了较完整的冲积河道平面变形计算的数学模型.对所提出的数学模型进行了初步的验证.结果表明计算值能在流速分布、悬移质含沙量分布、河床形态及床沙级配等方面与实测值较好地吻合.     

黄河下游高村-陶城铺河段边界阻力能耗与河床稳定性分析

从河床边界阻力能耗角度研究河床形态调整规律,引入河床稳定性指标,探讨与边界阻力能耗率的相关性。以黄河下游高村至陶城铺河段为研究区域,采用实测资料、理论解析与数值模拟相结合方法,基于不同年份河道地形,计算出不同流量条件下的水力要素与边界阻力能耗率,分析河床形态调整过程及边界阻力能耗率响应,讨论了边界阻力能耗率与河床稳定性关系。结果表明：边界阻力能耗率沿程均值和波动强度随着流量增大而增大;阻力能耗率随着过水面积或宽深比呈先减小后增大趋势,且与河床稳定指标呈正相关关系,但能耗率趋近最小值时,河床也可能发生下限失稳。通过优化河床断面形态,维持河床稳定情况下寻求边界阻力能耗率最小,能够提高河槽的输水输沙能力。     

黄河口尾闾段河床形态调整及过流能力变化

<正>为全面描述黄河口尾闾段的河床形态调整及过流能力变化,采用河段平均的计算方法,确定了尾闾段(利津-西河口)1990-2016年汛后断面及河段尺度的平滩特征参数,分析河段平滩河槽形态调整特点、河段平滩流量变化过程及其与累积河床冲淤量的关系。结果表明:近30年来黄河尾闾段的河床形态调整过程较为复杂,河相系数在1990-2003年呈振荡式升高,2003年以后持续减小,说明断面形态朝窄深方向发     

浑河河流形态特征演变规律分析

河床形态是河道物理结构的重要组成部分,明晰河床形态演变规律及代表断面特定水位下的过流能力变化趋势,有助于更好理解河流生命理念及其演变、消亡过程。本文分析浑河河流河床形态结构的演变规律和过流能力变化趋势,明确了浑河河流形态的演变成因和发展趋势。     

水库坝前冲刷漏斗的三维数值模拟

本文采用三维水沙数学模型计算水库坝前冲刷漏斗,运用随机游动理论统计方法分析泥沙运动及淤积特性。针对冲刷漏斗和河床地形的几何形态比较复杂的特点,采用三维泊松方程对求解区域进行曲线贴体坐标变换,使曲线网格边界可以完全贴合在物理边界上,从而提高了计算精度。计算结果与大量实测结果相吻合,对工程实际有一定参考价值,为优选建筑物布置最佳方案提供设计依据。     

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。     

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．     

河床形态冲淤调整的分形度量

将河流动力学与数学中的分形理论相结合,以河床冲淤较为剧烈的三峡坝下游典型分汊河段为例,分析了河床表面分形维数（BSD）的变化及其与相应河段平面、纵剖面、横断面冲淤调整特点的关系。结果表明：BSD具有时空变异性,一方面不同类型河段BSD是不同的,其可在一定程度上反映河型,甚至河型亚类的差异;另一方面同一河段BSD随河床冲淤进程亦发生相应变化,其与河床形态调整存在着必然联系。同时,BSD值与典型剖面形态的复杂程度呈正相关性,可从整体上描述河床表面形态冲淤起伏的剧烈程度。BSD作为河床表面形态冲淤起伏程度的定量工具,其在河流动力学领域中的河势量化分析、河型判别及河道形态阻力计算等方面将具有一定的参考价值。     

利用航摄照片计算洪水河床横剖面方法

本文旨在介绍利用洪水期的航摄照片,为发展计算河床横剖面的新方法而进行的研究成果.新近研制的简易计算河床横剖面的解析模型,用航摄资料进行检验.模型所需的计算河床横剖面的资料,仅仅是水面流速分布、水面比降、流量和床沙粒径横向分布等实测资料.为了求出横断水面流速分布和纵向水面比降,采用精密解析绘图仪,对一系列航摄照片进行了分析.本解析模型计算的河床横剖面与实测值相当吻合.     

高含沙洪水后黄河下游游荡段宽深比变化规律

黄河下游汛期往往会发生含沙量超过300 kg/m3的高含沙洪水,使下游河床形态发生显著调整,研究高含沙洪水后游荡段平滩宽深比变化规律对充分认识下游河床演变特点具有重要意义。选取1970—1999年中13个高含沙洪水年份,以游荡段28个实测断面地形资料为基础,计算了各年汛前及汛后的平滩河槽形态参数,分别从断面及河段尺度分析了高含沙洪水作用下河床形态的调整特点,探讨了汛期水沙条件、汛前河床形态等因素对游荡段平滩宽深比变化的影响。结果表明:汛后宽深比与花园口断面平均输沙率及汛前宽深比关系密切,可用幂函数表示;用2002年及2004年游荡段实测资料验证该幂函数关系式,计算值与实测值吻合较好。     

悬移质输沙河流河床形态分析方法

本文从复杂系统理论的基本思想出发，对张海燕河床形态分析方法应用于悬移质输沙河流时所存在的局限，提出了解决途径。通过对河床形成两个基本假设的证明，推导出求解悬移质输沙河流河床形态参数的基本约束方程。对渭河下游河床形态参数进行分析，结果表明，该分析方法无论从精度上还是合理性上均可满足规划设计的要求。     

黄河下游桥渡冲刷计算问题探讨

对现行规范推荐公式用于黄河下游桥渡冲刷计算存在的问题进行了探讨.结果表明:现行规范推荐的桥渡冲刷公式存在理论基础薄弱、适应性差等缺陷;进行非黏性土河床桥渡一般冲刷计算时,参量选取的任意性或人为性较大,受初始断面形态尤其是河槽最大水深的影响过大,不能反映水流泥沙条件变化对桥渡冲刷的影响,甚至不考虑河床组成的影响;进行非黏性土河床桥渡局部冲刷深度计算时,选用的泥沙起动流速公式使计算的桥墩局部冲刷深度偏大较多,且在概念上反映不出一般冲刷与局部冲刷的关联影响;采用黏性土河床桥渡冲刷公式计算时,因液性指数取值的人为性很大,故使计算的冲刷深度变化较大.为克服现行规范推荐公式的局限性,建议引用由输沙平衡原理建立的最大冲刷水深公式及黄河桥渡冲刷公式进行复核计算,并采用模型试验等手段进行验证.     

基于三维数字地图的河道冲淤数据处理系统应用

河床冲淤结果的形态分析和量值的计算,对研究河床地貌及其演变过程具有重要作用。目前,河段的冲淤计算大多采用断面计算法计算河段槽蓄量,再根据不同测量时间内槽蓄量的变化来分析河床的总体冲刷或淤积,这无法对分析河段冲淤的空间分布及变化幅度作出数值统计。基于三维数字地图的河道冲淤数据处理系统能根据河流三维数字地图成果进行模拟计算,形成数字地形模型,分析计算河段冲淤变化的空间分布及变化幅度,并生成较为清晰的模拟图及表格计算成果,以此作为河演分析的重要依据。     

卵石夹沙河床长期清水冲刷的数学模型

采用一维稳态数学模型计算沿程水位.考虑河床组成物质沿河宽、沿深度和沿程的变化,将水流阻力分解为沙粒阻力、沙波阻力及河道形态阻力,提出了相应阻力系数的计算方法.根据垂线平均流速的横向分布,逐条垂线计算不冲粒径,以形成抗冲保护层作为控制条件,计算各条垂线处的冲刷深度,修改河床高程,并得到冲刷粗化以后的河床表层级配及断面平均粒径.对于给定的流量,求得冲刷粗化以后河道沿程的阻力系数、水位、流速及航运条件,以模拟卵石夹沙河床长期清水冲刷的情况.     

山区河流河床形态对推移质输沙率影响的试验研究

为探索山区卵砾石河流推移质运动受水流条件和河床形态的影响规律,开展了大比降浅水流动条件下卵砾石输移的室内水槽试验,获得了两组泥沙组成的19个流量条件下的水流、泥沙及河床三维地形场数据。结合室内水槽试验及文献中的天然河流输沙观测数据,分析了不同水沙输移阶段水流阻力、河床形态与推移质运动之间的关系。试验结果表明:河床阻力系数随着河床形态强度参数增大而增大,形态阻力与河床形态强度参数相关性更强。在泥沙补给充分阶段,推移质输沙率与床面阻力、形态阻力及河床形态强度参数均呈正相关关系;在泥沙补给不充分的水流冲刷阶段,推移质输沙率随河床形态强度参数增大而减小。     

基于Flow-3D的圆柱形桥墩局部冲刷大涡模拟

为预测圆柱形桥墩周围的局部冲刷坑形态和最大冲坑深度,基于Flow-3D软件的水动力学模块和泥沙输运模块对桥墩附近局部冲刷进行了三维数值模拟。以Melville冲刷试验为原型,采用LES大涡模拟方法,模拟了桥墩附近湍流流场。以床面瞬时切应力作为泥沙起动、输移条件,采用Van Rijn输沙率公式计算床面冲淤。采用FAVOR技术追踪河床形态变化,得到了桥墩附近局部冲刷形态。经实测资料验证,计算结果与模型实测的冲坑形态及最大冲坑深度基本吻合。     

平原冲积河流及潮汐河口的河床形态

本文试图从流域、河流及河口的整体观点出发,应用河流动力学的基本规律和方法,从理论上探讨冲积河流及其感潮河口段的河床形态.考虑到平衡河床或接近平衡的河床应当能够在一定时间内排泄全部来水量和来沙量(包括涨潮期间由海口进入的潮水量和沙量),利用连续方程式、输沙平衡方程式、动力方程式及河床最小活动性方程式,导得河床水力几何形态关系式.文中引用了许多河流和潮汐河口资料以及部分渠道资料对公式进行了验证.在此基础上对断面形态、放宽率和纵剖面形状进行了讨论,明确了它们与来水、来沙及河床边界因素的定性和定量关系.文中提出了描述河床活动性的综合指标,并给出了指标的大致数值.     

黄河下游冬季河床冲淤过程的模拟

本文建立了模拟黄河下游冬季输沙及河床变化的数学模型。根据实测资料对明流（不结冰）情况下的经验输沙公式进行了修正以用于冰盖水流的情况。在本模型中计算了模拟河段内各个断面在每个时段的水流条件、输沙率及河床的断面形态。在河床演变过程中根据河流最小能耗原理对河宽的变化进行了调整。冲淤沿断面的横向分布是根据有效拖曳力的原则分配的。模拟结果与实测资料相当吻合。     

多沙河流治导线流路方程研究

为确定多沙河流河道整治治导线的形态特征,本文试图建立治导线流路方程,以便定量描述自然状态下主流线变化规律。通过整理黄河模型试验资料,发现诸断面最大单宽流量连线所给出的水流动力轴线与河道合理整治后的流路均呈曲率半径逐渐变化的圆滑曲线形式,因此可以正弦派生曲线作为描述自然冲积河流治导线流路变化的方程框架。通过理论探讨、天然河流与室内模型资料分析,建立了治导线流路特征参数同河流水力因子之间的定量关系式。其中弯曲系数及弯道幅度计算式采用61组取自黄河、长江、淮河干支流以及模型试验典型河段的资料进行拟合;流路起始角计算式考虑了实际作用流量与整治流量差异的影响,引入造床流量下流速与河床启冲流速来反映河床的相对稳定性;弯道跨度计算式考虑了弯道环流强度的作用,从而所建立的治导线流路方程不仅适用于砂质河床、卵石河床及砂卵石河床的稳定流路变化,还能描述实际作用流量变化时河道主流线"小水上提、大水下挫"的变化规律。此外,利用黄河上下游游荡型典型河段及寻峪河卵石河段资料对本文方法进行了验证与应用。