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。     

黄河下游河型分类与判别模式研究

利用黄河下游11年资料的计算表明，本文在前人研究成果的基础上，根据泥沙运动基本理论、河床演变基本原理以及河流输沙强平衡概念建立的，以实用冲积河流稳定程度公式为理论和计算依据，由模糊聚类分析和判别分析方法构成的黄河下游河型分类与判别模式，可以为小浪底水库运用后黄河下游河型的分类与判别提供有力的理论依据和具体的计算方法，同时，也对其它冲积河流河型的分类与判别有一定的借鉴作用。     

淮河中游河床稳定性分析

河床的稳定性指标是研究冲积型河流河床演变时的重要特征参数之一.根据实测水沙资料对淮河中游洪河口至小柳巷段的纵向稳定系数、横向稳定系数和综合稳定系数进行计算,并分析中游河段稳定性.     

冲积性河流的河型分类及判别方法研究综述

冲积性河流的河型分类及判别是河型研究的重点问题之一,对于河床演变规律的认识及制定河道治理措施具有重要意义。根据已有研究成果,归纳和分析了国内外河型分类和判别方法。针对河型定量判别方法,总结和分析了现有J-Q判别法、河床稳定性判别法、来水来沙条件与河床边界条件判别法的思路、判别指标和标准。采用量纲分析的方法分析了影响河型的主要因素,对比了不同判别式所用参数的特性,最后指出了现有河型判别方法的不足和有待解决的问题。     

河流最小可用能耗率原理和统计熵理论研究

河流是一个具有能量紊动粘性热耗散结构的开放系统 ,依照热力学熵差和统计熵定义了河流水力熵差和统计熵 ,根据耗散结构动平衡稳定的熵和能耗理论 ,建立明渠流和冲积河流的水力熵和统计熵理论 ,提出了明渠流和冲积河流稳定的最小可用能耗率原理和公式 ,该原理全面地反映了河道输水输沙的能耗特性 ,不仅在数学上完整地表达了冲积河流河床演变的基本原理———自动调整作用原理 ,而且还反映了床沙质和冲泻质的划分标准、高含沙水流和挟沙力等特性 ,并用该理论解释了冲积河流水沙运动和河床演变的各种现象。     

基于面积型Froude数的河型判数与黄河河道最大输沙流量及河槽宽深尺度

Froude数同水流强度和水流能量关系密切,水深型Froude数不适用于黄河沙质河段,面积型Froude数在判断复杂河流水流相对强度、河床冲淤与稳定程度等方面都有较大价值。本文以此为基础研究面积型Froude数在河型判别的应用,利用不同河型临界关系式,得到整治流量或整治河宽计算式,以及均衡条件下的河床形态公式。根据黄河模型小河造床过程,得到主槽最大输沙或相对稳定状态下,断面单位能量与河相系数关系方程,进一步研究了最大输沙流量对应的主河槽宽深尺度的计算。     

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.     

冲积河流河道演变的水沙因子指标研究进展

水沙条件对冲积河流河道演变起着至关重要的作用,典型水沙因子的选取及其对河床冲淤的影响是河流地貌及河流工程学科的重点,影响着河相关系的研究进展。历年来,不同领域的学者开展了大量相关研究,取得了丰硕成果。分别从流量、含沙量以及水沙组合3方面对水沙因子指标的研究现状进行了总结分析。结果表明:早期学者多以流量或者含沙量单一影响因子对河道冲淤变化规律进行讨论研究,后续研究发现单一影响因子与河床形态没能形成稳定的对应关系,进而指出河床冲淤受水沙组合关系的影响。近期一些水沙组合指标的提出,对滩槽冲淤的定量研究起到了重大作用。类似研究目前多集中在大江大河,较为成熟的研究成果多是以黄河流域为研究对象,在其它流域的应用及修正有待更深入的开展。     

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。     

河型及河流时空自塑模型研究

介绍了国内外在河型成因及相互转化判别指标方面的研究现状、常见的研究手段以及河流时空自塑模型试验研究方法的设计思路和特点,然后分析了河流时空自塑模型模拟河流自然发育的效果。结果表明:河流时空自塑模型可以很好地模拟冲积平原形成过程中河型的自然发展规律;在不同的水沙条件下,河流自然发育情况及周期性调整规律基本相同;河流时空自塑模型结合了河流自然模型以及微尺度模型的优势,通过模型试验不仅可以进一步深化认识黄河下游冲积性平原的形成与发展,而且可为未来水沙条件大幅变化后黄河下游不同河段河型可能发生的调整趋势提供参考。     

以水流挟沙力和河床演变规律研究调水调沙的主要水沙指标

冲积性河流的河床在输水输沙过程中,调节流量及含沙量和泥沙组成(调水调沙)可以调节河床水力几何形态和水流挟沙力,追求水沙输运和河床演变的相对平衡。在分析水流挟沙力和河槽水力形态规律的基础上,研究调水调沙的流量、含沙量等主要水沙指标,可以解决河道输沙减淤和河槽相对稳定问题。     

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。     

荆江河段崩岸机理及多尺度模拟方法

三峡工程运用后,进入荆江河段的水沙条件大幅度改变,导致近期崩岸频繁发生,影响局部河段的河势稳定及河道防洪安全。荆江段河岸组成一般为上层黏性土、下层沙土的二元结构,在近岸水流冲刷及河道水位涨落过程中受多种因素作用而发生崩塌。以往崩岸模拟考虑因素少,且相关参数难以量化确定。将河流动力学与土力学结合,提出了荆江段河岸土体物理特性与抗剪、抗冲及抗拉强度三大力学特性的量化指标,建立了上、下荆江二元结构河岸稳定性的计算方法,揭示了坡脚冲刷、潜水位变化等因素对岸坡稳定性的影响;提出了河岸崩退过程的多尺度模拟方法,将崩岸力学模型与水沙数学模型耦合,不仅能模拟河道内水沙输移及床面冲淤过程,而且还能模拟不同二元结构河岸的崩退过程。将建立的模型应用于荆江河段典型断面、长河段及局部河段的崩岸过程模拟,计算结果与实测值总体符合较好。提出的多尺度模拟方法为荆江崩岸预测提供了理论与技术基础。     

冲积河道冲刷过程中横向展宽的初步模拟

本文首先描述了冲积河道横向展宽现象，分析了河岸横向冲刷、崩塌的机理及展 宽原因。然后建立细沙河流一维非均匀悬移质泥沙数学模型，同时结合河道横向展宽模式，预测冲积河道冲刷过程中，粘性土组成的河岸的横向展宽过程。此外，还分析了不同来水来沙条件及河岸土体特性对河道横向展宽和河床冲刷的影响，指出了影响冲积河道横向展宽的主要因素。     

松花江干流河道演变与维持河道稳定的需水量研究

通过对松花江干流多年水沙过程、纵剖面及横断面形态、河道稳定性计算及河势变化分析，表明松花江干流河势总体相对稳定。针对松花江以推移质造床为主，输沙水量不是维持河道稳定的决定性因素的特点，提出了包含水量、流量和历时要求的维持河道稳定需水量的概念，以典型断面哈尔滨站为例，给出了维持松花江干流河道稳定的需水量为173×10.8m3，占全年总水量的40％；维持松花江干流河道稳定的平滩流量过程的重现期为1.3a，频率为9.6％。说明松花江干流水量充沛，平滩洪水重现和持续历时符合造床条件，基本能够满足维持河道稳定的需求。     

冲积性河流河床横断面形态研究与进展

冲积性河流河床横断面形态的变化调整,不仅影响河流的排洪输沙能力,而且还会影响河流两岸堤防的安全与稳定、岸边土地的规划利用及居民的正常生活生产。为此,深入研究河道横断面形态调整规律及其机理具有重要意义。主要对冲积性河流河床横断面形态现有研究成果和进展进行总结,归纳现有研究方法的优点与不足,提出有待进一步研究的问题:①现有研究手段和方法的完善。基于实测资料的经验分析,虽然简单方便,但其局限性很大,许多成果只对具体的实例有较好的适应性;而数学模型仅能模拟室内模型小河或人工渠道的调整过程,对于复杂天然河流的模拟,还需要进一步完善。②注重实测资料分析与理论研究的结合,深化对河床断面形态调整内在机理的理论认识。目前较为流行的力学理论、线性理论和滞后响应理论所建立的模型中各个影响参数和调整的内在机理都还有待进一步研究细化。③应拓展现有计算方法的应用范围。以往的计算方法一般是针对某一特定河段建立的,缺乏在其他河段的应用,需要扩大应用计算方法的适用范围,提高实用性。     

挟沙水流的冲刷率及河床惯性的研究

在清水水流河床冲刷率的实验研究基础上，本文进一步研究了挟涉水流来沙率对冲刷率的影响。结果说明挟抄水流的冲刷率随来沙率与水流输沙力欠饱和度之比以负指数律降低。当来水挟抄率与水流饱和输抄率相等时，冲刷率降刊0。河床惯性是河床在非恒定流中一种重要的动力学性质。利用河床惯性与冲刷率的关系测量了各种沙样的河床惯性值。发现河床惯性随床沙颗粒分选系数增大而增大，分选系数很大时趋近于极限值50t／Tn0。利用河床惯性和河床变形方程得出了冲刷过程中水流输沙率沿程和随时间的变化规律，结果说明水流输沙率欠饱和度向下游以负指数律下降，这与冲刷率随实际水流挟沙率与欠饱和度之比以指数率下降的规律有耜同意义。河床惯性愈大，实际水流输沙率增长得愈慢。河床惯性与于容重及摩阻流速之比构成的无困次数A。代表河床变形和水流实际挟沙量对水流挟沙力变化的响应程度。     

基于最小可用能耗率原理的河流水沙数学模型

本文把河流视为具有能量紊动黏性热耗散结构的开放系统，根据耗散结构的熵和能耗理论，提出了保持冲积河流稳定的最小可用能耗率原理和公式。该原理全面地反映了河道输水输沙的能耗特性，在数学上完整地表达了冲积河流河床演变的基本原理——自动调整作用原理。应用该原理的公式封闭河床演变方程组，建立了冲积河流河道输水输沙优化的数学模型，根据该模型的计算结果分析了黄河下游河道输水输沙的规律，并解释了河床演变的各种现象。应用该模型计算了黄河下游各河段输水输沙优化的临界指标，并提出了有利于改善小浪底水库调水调沙运用的建议，为小浪底水库调水调沙提供参考。