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。     

黄河下游典型河段滩岸崩退特性研究

黄河下游局部河段滩岸崩退频繁,严重危害堤防及滩区安全。通过对黄河下游开展现场观测,结合已有断面地形实测数据,描绘滩岸崩退全过程及特点,评估土体特性及近岸水沙条件对崩岸的影响。研究表明：滩岸崩退引起黄河下游河道展宽,且崩岸规模具有时空差异性,2006年和2018年汛期重点河段平滩河宽分别增加了57.03 m和7.83 m,代表性横断面单侧滩岸最大崩退宽度高达207.20 m。黄河下游土体压实程度低,抗冲能力差,加之土体抗剪强度随含水量增大呈反向变化,致使在汛期崩岸频发。“大流量-小含沙量”的水沙组合易于造成崩岸,而在大含沙量下因泥沙在近岸河床淤积而降低了崩岸发生规模。建议对重点区域滩岸进行长期监测,并加强生态友好型护岸系统建设。     

黄河下游游荡型河段洪水演进与河床变形过程的数值模拟

黄河下游游荡型河段的河床变形过程相当复杂，横向变形尤为突出，现有水沙数学模型一般仅能模拟河床纵向冲淤，不能模拟滩岸横向冲刷与崩塌，本文将平面二维水沙数学模型与粘性河岸冲刷的力学模型相结合，建立河床变形的平面二维混合模型。然后以黄河下游花园口至夹河滩的游荡型河段为例，采用该混合模型，首次较为全面地模拟了1982年汛期的洪水演进与河床变形过程。沿程最高水位、出口断面流量过程等计算值与实测值符合较好。计算结果还表现为大水时主槽冲刷，滩地淤积；小水时主槽淤积，滩地崩塌。该计算结果与游荡型河段的年内冲淤变化规律一致。     

下荆江熊家洲至城陵矶弯曲型河段河床调整规律

三峡水库运用后, 坝下游水沙过程发生了较大调整, 对下荆江熊家洲至城陵矶弯曲型河段河床冲淤演变造成较大影响, 从而对本河段河势稳定、防洪、航运等可能造成不利的影响, 基于此, 根据最新实测资料分析水沙条件变 化及其对本河段河床调整规律的影响。研究成果显示: 三峡水库运用后, 水流含沙量大幅减小, 且水库调蓄导致熊 家洲至城陵矶河段在枯水期径流量明显增加, 使弯道主流长期偏向于凸岸, 引起凸岸边滩大幅冲刷, 这是近期该河段发生“撇弯切滩”的主要原因之一; 随着三峡上游干支流水库群陆续建成运用, 坝下游河道将会长期遭受清水冲 刷, 河床仍将呈单向冲刷下切的趋势, 弯顶段主流平面摆动仍将较大, 弯道顶冲点也将相应下移, 导致主流贴岸距离 进一步下延, 引起河道岸线的崩退, 未来一段时期内典型弯曲型河道的局部河势变化仍将明显。     

小浪底水库拦沙期下游游荡性河段演变趋势研究

通过物理模型试验并结合数学模型计算分析，研究了小浪底水库拦沙期下游游荡性河段的河床演变问题。主要结果表明：（１）小浪底水库拦沙期下游河段自上而下将出现没程度的冲刷，受工程控制较好的河段，河床冲刷以下切为主，而控制较差的河段，河床下切的同时伴随着展宽，塌滩严重。（２）河床冲刷后使河道排泄能力加大，对河床变化过程的影响显著，河床综合稳定性增大，但河型并未转化，（３）游荡性河段冲刷期经常出现水流集中持续     

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。     

基于滩岸变形的游荡型河段崩岸计算模型研究

针对游荡型河道的演变特征,将主流摆动和河岸崩塌的计算模式与平面二维水动力学模型相结合,建立了游荡型河段滩岸崩塌的计算模型。介绍了滩岸横向冲刷距离计算和河岸稳定性分析的方法。描述了游荡型河道水沙数学模型计算中的边界处理方法、河岸横向冲刷与崩塌过程计算和河岸形态修正的主要步骤。该模型有效解决了崩岸尺度与河宽尺度不匹配的问题,能够模拟河岸后退或淤长过程。     

长江江湖汇流段河床演变分析

长江、洞庭湖汇流河段位于长江中游,由长江下荆江出口段、洞庭湖出口段及江湖汇流段3段组成.根据实测水文河道资料,结合河段的来水来沙、边界条件及河型等,分析了江湖汇流段的河床演变.结果表明:长江下荆江出口段历年河床演变主要表现为岸线崩退,河道横向位移,实施护岸工程后,目前岸坡崩退得到有效控制;洞庭湖出口段河床历年冲淤变化较小,河势较为稳定;江湖汇流段河床演变主要表现为局部洲滩和深槽的变化,河势变化不大.     

塔里木河河槽形态调整特点及影响因素Symbol`@@

为确定塔里木河干流河槽形态调整过程及特点,根据2005—2013年实测水沙数据及断面资料等,分析了塔里木河河槽形态演变特点及影响因素。结果表明:2005—2009年中上游河段河槽逐渐萎缩,平滩面积总体呈下降趋势;2010—2013年汛期水流冲刷强度增大,游荡型河段平滩河槽形态主要体现为横向调整,断面趋于宽浅,过渡段相对稳定,弯曲型河段汛期水流冲刷强度变化趋势与游荡型河段一致,期间平滩河宽变化较小,断面朝窄深方向发展;2009—2011年游荡型河段和过渡段纵比降减幅分别为1.7%和3.0%,河床比降趋于调平,弯曲型河段纵比降增幅为1.6%,河床略微冲刷;水流冲刷强度能够较好地响应河槽形态变化,可用于预测塔里木河平滩河槽形态冲淤情况。中上游河岸土体在近岸水流作用下容易分解,稳定性差,在一定程度上加快了河床调整过程。     

长江中游杨林岩水道近期演变分析

杨林岩水道位于长江中游,为顺直分汊型河段。历年河道实测水文、地形资料表明,该河段多年来河道外形相对稳定,河床演变主要受自身来水来沙条件的影响。三峡水库蓄水运行后,河段年际、年内的水沙条件发生较大改变,造成该河段江心滩南阳洲洲头低滩及右缘冲刷崩退,支汊有一定发展,右汊主航槽中段展宽,河段航道条件向不利方向发展趋势明显,应尽快实施整治工程。     

游荡型河流的平面二维水沙数学模型

本文为反映游荡性河流在水流弯曲、分汊等作用下所导致的环流输沙作用，首先在悬移质泥沙对流扩散方程中增加了横向输沙项，然后引入适合黄河粘性沙构成河岸物质的塌岸模式和局部动网格技术和网格融合技术等基础性研究成果，解决了河岸变形模拟、调整工程导致网格再生、床沙级配等关键性难题，首次开发出可模拟游荡性河床演变且可反映河道整治工程作用的平面二维水沙数学模型。最后，以黄河下游柳园口~夹河滩河段为例，应用本文模型对游荡型河流河势变化进行了数值模拟。其结果表明，本模型能够真实的模拟出游荡型河流独特的河床演变过程。     

荆江石首河段近50年河床演变分析

河道裁弯及三峡工程运用对荆江石首河段的河床演变产生了显著影响。结合实测水沙及地形资料分析,研究了该河段近50年来的河床演变特点,主要包括河床冲淤、平面及断面形态调整三个方面。分析结果表明:两次裁弯使得石首河段平面形态发生显著调整,1966-1975年该河段深泓平均摆幅达42.0m/a,且总体向左岸摆动。三峡工程运用后,大规模护岸工程的实施使石首河段的平面形态趋于稳定,深泓平均摆幅减小到29.8m/a,但北门口下段、调弦口弯道等位置的深泓摆动仍较为剧烈,使得这些局部河段岸线崩退现象十分明显。此外还分析了石首河段断面形态的调整过程,并建立了河段平滩河槽形态参数与前5年汛期平均水流冲刷强度的经验关系式,用于反映河段平滩河槽形态随水沙条件的变化趋势。     

塔里木河河槽形态调整特点及影响因素

为确定塔里木河干流河槽形态调整过程及特点,根据2005—2013年实测水沙数据及断面资料等,分析了塔里木河河槽形态演变特点及影响因素。结果表明:2005—2009年中上游河段河槽逐渐萎缩,平滩面积总体呈下降趋势;2010—2013年汛期水流冲刷强度增大,游荡型河段平滩河槽形态主要体现为横向调整,断面趋于宽浅,过渡段相对稳定,弯曲型河段汛期水流冲刷强度变化趋势与游荡型河段一致,期间平滩河宽变化较小,断面朝窄深方向发展;2009—2011年游荡型河段和过渡段纵比降减幅分别为1.7%和3.0%,河床比降趋于调平,弯曲型河段纵比降增幅为1.6%,河床略微冲刷;水流冲刷强度能够较好地响应河槽形态变化,可用于预测塔里木河平滩河槽形态冲淤情况。中上游河岸土体在近岸水流作用下容易分解,稳定性差,在一定程度上加快了河床调整过程。     

三峡工程运用初期监利河段河势变化预测

监利河段是下荆江变化最剧烈的河段之一,三峡工程运用后,下泄含沙量减小,该河段冲淤调整将更为明显.采用河道平面二维水沙数学模型,对监利河段在三峡工程蓄水运用初期可能产生的河床冲淤及河势变化进行了计算分析研究.结果表明:监利河段总体河势变化不大,但河床冲淤较为剧烈,断面冲深扩大,局部岸段和乌龟洲右缘部位崩退,乌龟洲左汊萎缩...     

安徽省长江崩岸预警技术研究与应用

近年来,长江安徽段水沙条件、河床边界变化明显,部分河段局部近岸河床冲刷下切,河岸崩退,威胁防洪和群众生命财产安全。为此,采用河道演变分析、近岸断面套绘、岸坡稳定计算等方法,结合已护岸工程、岸坡抗冲能力等情况,开展了长江崩岸预警工作。通过分析预测各崩岸段发展态势及崩岸发生可能性,结合崩岸可能造成的危害程度,向社会公开发布长江崩岸预警。该项工作开展以来,取得了良好的经济和社会效益,其经验可供长江其他河段开展崩岸监测分析与预警工作参考。     

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。     

水库下游不同约束条件分汊河道冲刷调整规律研究

在研究分析水库下游河道冲刷侵蚀特点的基础上,分强约束型和弱约束型分汊河道,分别研究其冲刷调整的规律。研究表明：①水库下游河道冲刷侵蚀过程往往存在先刷深、后展宽的冲刷侵蚀特点,河岸河床组成对纵横向侵蚀幅度的影响非常显著。②强约束型分汊河道冲刷调整规律为洲滩形态的调整,沙泓、石泓的下切以及分流比的变化。③弱约束型分汊河道的冲刷调整规律为岸线的崩退,心滩、边滩的切割侵蚀,新的洲滩形成,以及主支汊交替频繁,主泓摆动剧烈,汊道横向摆动大。在此基础上,总结分析了在冲刷调整过程中影响分汊河道演变的关键因素。     

基于洪水过程的黄河下游游荡型河段冲淤特性研究

为了把握洪水泥沙过程对黄河下游游荡型河段河床冲淤调整的影响,通过平面二维水沙数值模拟与实测资料分析,进行了不同水沙过程下黄河下游河道冲淤规律的探讨。研究发现不同洪水泥沙过程对河槽的调整塑造有明显不同的影响,大洪峰流量塑造的河槽在非洪峰期难以维持原有输沙强度。主槽累积刷槽效应与洪水泥沙过程有很好的响应关系,塑造出最适宜河床断面形态的洪水过程才能实现最佳输沙效率。在不同量级漫滩洪水条件中,对应洪峰6 000m3/s的洪水过程,塑造的断面形态具有最大累积刷槽效应,故可采用其作为黄河下游漫滩洪水的调控指标。     

边界条件对长江中游周天河段河道演变影响

周天河段是长江中游重点碍航河段,研究其边、心滩演变与上下游河势的联动关系、主流过渡形式与航道条件的关系,可指导该河段航道整治工程实践。采用1985～2014年实测水沙和地形数据,研究了自然条件及人类活动影响下的边界条件变化对周天河段演变过程的影响。在自然状态下,周天河段演变规律为:大水年左岸边滩与心滩合并,河道深泓为一次过渡形式;中小水年边滩与心滩分离,且窜沟发育,形成二次或多次过渡形式。三峡水库蓄水运行及航道整治工程的实施,改变了水沙及河道边界,其演变规律变为:应急清淤工程至控导工程期间(2001～2006年),临岸窜沟得到有效封堵,左岸侧边心滩冲刷,右岸侧滩滩体发育;控导工程至荆江河段一期工程期间(2006～2014年),左岸侧边心滩(九华寺、蛟子渊边滩及周公堤心滩)淤涨,新厂边滩和天星洲左缘崩退,右岸侧戚家台边滩淤积;荆江一期工程实施(2014年)以来,左岸侧边滩淤积,右岸侧边滩冲刷。分析表明:在"清水下泄"及航道整治工程作用下,未来一段时间周天河段河床仍以冲刷为主,但局部横向变形需引起关注,航道水深提高过程中应关注颜家台空荡区域的航道条件变化趋势。     

河床横向摆动计算方法及其在黄河下游游荡段的应用

深泓摆动、主槽摆动等河床横向变形过程容易引起游荡段河床形态的剧烈调整,从而对河道防洪及滩区土地利用等产生重大影响,因此提出河床横向摆动的定量计算方法并用于黄河下游游荡段,对深入研究该河段的河床演变规律具有重要意义。提出利用遥感影像资料、实测断面地形资料以及河段平均的方法来定量计算河床横向摆动宽度及强度,并通过1986—2016年黄河下游游荡段实测资料加以检验。结果表明:小浪底水库运用后,游荡段深泓及主槽摆动的宽度和强度均显著降低,深泓及主槽摆动宽度分别由1986—1999年的234、410 m/a减小到1999—2016年的119、185 m/a,分别减小49%、55%;来水来沙条件是影响深泓及主槽摆动强度的主要因素,年均水流冲刷强度则是影响摆动强度的关键水沙因子;深泓及主槽摆动是河床横向摆动的不同表现方式,但二者存在本质上的差异,通常大尺度的主槽摆动会引起深泓摆动,但深泓摆动不一定会引起主槽摆动。