冲积性河流横断面形态调整研究方法及应用分析

总结了中外学者对冲积性河流横断面形态调整规律研究的现状,从研究方法上对其进行归纳和分析。内容涉及到经验公式、终极假说和力学理论分析等相关领域,分析了横断面形态与水沙及河床边界条件的相关关系。并对渭河下游河道的横断面情况作了简要分析,建立了主槽河宽与水沙及河床前期边界条件的相关关系。最后总结了三种方法的特点,并对以后研究工作提出建议。     

对黄河下游断面形态调整及影响因素的新认识

引入流量均匀系数的概念,系统地分析了流量、流量均匀系数、含沙量和比降对黄河下游河道横断面形态的定量影响,得到了黄河下游主槽河宽综合关系式,结果表明:比降的影响权重最大,当水沙条件相同时,比降越大,主槽河宽的调整越剧烈;主槽河宽综合关系式的计算结果与实测值基本吻合.     

渭河下游平滩流量与水沙条件响应关系研究

根据渭河下游平滩流量及来水来沙资料,分析了渭河下游平滩流量和水沙条件的变化情况,建立了平滩流量与河段前期水沙系列之间的定量关系,为研究渭河下游河槽演变提供科学依据。     

长江武汉河段平滩及枯水河槽形态近期调整的机理研究

依据实测水沙及地形资料,分析了长江武汉河段近期平滩及枯水河槽形态的调整特点,确定了其与来水来沙及河床边界条件等因素之间的相关关系。三峡工程运用后,进入武汉河段的沙量大幅度减小(汉口站年均沙量仅为1.03亿t/a),河床冲刷较为显著,2001-2016年该河段平滩河槽累计冲刷量近1亿m³。平滩及枯水河槽形态参数计算表明:近期河段平滩水深增加约1.8 m,但平滩河宽基本不变,面积相应增加约8%,故断面形态整体趋于窄深。由于枯水位下降与枯水河槽冲刷幅度基本一致,因此枯水河槽形态调整不明显,但枯水河槽宽深比在近些年略有减小。分析了河段尺度的平滩特征参数与各影响因素之间的关系,发现平滩水深及过水面积与前期水沙条件之间相关系数可达0.95,表明本文提出的经验关系能较好地反映水沙条件变化对平滩河槽形态调整的影响。     

渭河下游河道冲淤规律及断面形态变化研究

渭河具有水沙异源的特性,水量主要来自于咸阳以上干流,沙量主要来源于支流泾河。在天然水沙断面资料分析及实体模型试验研究的基础上,根据平滩水位变化情况等,将泾、渭河洪水分为4类组合,分析了典型年份不同水沙组合条件下渭河下游河道的冲淤规律及主槽形态的变化特点。结果表明:1975年以渭河为主的大洪水,对扩大主槽形态、提高主槽输水输沙能力具有明显作用,而1992年以泾河为主的大洪水的作用却不明显;河道萎缩条件下的1995年小水大沙使主槽严重淤积、变得更为宽浅,断面面积减小。     

小浪底水库运用后黄河下游河床调整规律

小浪底水库的运用改变了坝下游的水沙条件,引起了黄河下游河道的再造床过程,给防洪及滩地利用等带来了一系列影响。利用黄河下游1999—2015年水沙及断面地形等实测资料,分析了近期黄河下游河床的调整过程及特点:1进入下游河道的年均沙量仅为0.88亿t,累计河床冲刷量达18.7亿m3,其中游荡段冲刷量占总冲刷量的72%,在冲刷过程中河道纵比降变化不大,河床粗化较为明显,床沙中值粒径由建库前的0.06 mm增大到水库运用后的0.15 mm;2河床断面形态调整较为显著,下游各河段调整均表现为向窄深方向发展,其中游荡段主槽展宽较为明显,平滩河宽由1999年的943 m增大到2015年的1 275 m,过渡段及弯曲段的平滩河宽调整较小,此外各河段平滩流量也显著增大,游荡段、过渡段、弯曲段平滩流量分别由1999年汛后的3 229、2 339、3 080 m3/s增大到2015年汛后的7 126、4 864、4 721m3/s;3河床平面形态总体保持稳定,各河段深泓摆动幅度均有所下降,其中游荡段的年平均深泓摆动幅度由建库前的234 m降低到水库运用后的123 m;4河段尺度的平滩河槽形态参数(如平滩河宽、平滩水深、平滩面积、平滩流量)及深泓摆动强度与水库运用后前4 a平均的水流冲刷强度密切相关。     

黄河冲积性河段洪水塑槽机理初步研究

主槽断面的塑造过程是洪水动力克服河床阻力做功的过程，洪水对主槽的塑造作用来自洪水造床动力与河床阻力之对比。在非漫滩情况下，主槽的塑造机理可简化为断面变化量与洪水动力的关系。就塑造黄河下游一定断面的主槽而言，所需洪水动力特征值W^0.32Q^0.37是一定的，若流量较大，则需要的洪量可减少；要使某场洪水具有冲刷主槽的作用，其洪水动力特征值W^0.32Q^0.37应大于41。并非所有的漫滩洪水都具有淤滩刷槽作用，研究认为，对中低含沙洪水，只要当洪水流星达平滩流量的1．5倍以上，黄河主槽才出现明显冲刷。     

小浪底水库对下游游荡河段河床形态与过流能力的影响

小浪底水库蓄水拦沙以来,进入黄河下游的泥沙大幅度减少,引起了下游河道的再造床过程。以黄河下游游荡河段1986-2015年实测大断面资料为基础,从河床冲刷量、平滩河槽形态、平滩流量等方面分析了小浪底水库运行前后黄河下游游荡河段的河床调整过程及过流能力变化,并还原了无小浪底水库时的平滩河槽形态参数及平滩流量。研究结果表明:小浪底水库运行后,黄河下游河道持续冲刷,累计冲刷量为18. 6亿m~3,其中游荡河段所占比重达到72%。典型断面及河段尺度的平滩河槽形态调整明显,平滩河宽与水深增加,河相系数逐年递减,横断面形态总体向窄深方向发展。主槽过流能力明显增加,河段平滩流量都有不同程度增加,游荡河段内三个分河段的增幅分别为3 381 m~3/s、4 450 m~3/s及4 590 m~3/s。还原了无小浪底水库条件下2015年汛后游荡河段的平滩面积及平滩流量计算值,分别为有小浪底水库时的64%和80%。     

黄河尾闾河道平滩流量变化对来水来沙的响应

通过分析1976年清水沟流路以来黄河河口尾闾河道冲淤变化及河槽萎缩特点,探讨了利津平滩流量变化对来水来沙及河口延伸的关系。结果表明:河口区平滩流量变化不仅与来水量、洪峰流量、水沙搭配系数、河口河长相关,而且与前期河床条件有关。给出了维持河口河道4 000 m3/s平滩流量需要的水量、洪峰流量及水沙搭配的定量关系以及河口延伸长度的限制条件,为河口尾闾河道的综合治理提供一定的参考。     

黄河下游平滩流量对来水来沙变化的响应

本文探讨了平滩流量对来水来沙的滞后响应规律，发现平滩流量不仅与当年的水沙条件有关，而且与前期水沙条件有关，是一定时期内的水沙条件累积作用的结果。当采用滑动平均值来反应前期水沙条件的累积影响时，得出平滩流量与滑动平均汛期流量和滑动平均来沙系数的相关程度分别在4年和5年时达到最大值。据此建立了能够反映来水流量和来沙系数前期综合影响的平滩流量计算方法，可以用来估算黄河下游主要测站平滩流量随水沙条件的变化。