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。     

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。     

三峡工程运用前后沙市段河床形态调整特点

为研究裁弯工程实施及三峡工程运用对沙市段河床演变的影响,依据近50 a实测水沙及地形资料,采用河段平均的方法计算了沙市段河段尺度的深泓摆幅及平滩河槽形态参数,定量分析了该河段河床平面及断面形态的调整特点。结果表明:下荆江裁弯后1966—1987年该河段深泓摆动剧烈,平均摆幅约为30.8 m/a;1987—2002年深泓较为稳定,平均摆幅减小为19 m/a;三峡工程运用后2003—2015年深泓摆动有所加剧,平均摆幅约为32.6 m/a。太平口心滩及金城洲处典型断面形态在三峡工程运用前调整幅度较大,运用后相对稳定,而三八滩处典型断面形态在运用前后均发生了明显调整。总体上,三峡工程运用后沙市段平滩河槽形态调整以平滩水深及面积的增加为主,而河宽变化较小。建立了河段尺度平滩河槽形态参数与前5 a汛期平均水流冲刷强度的幂函数关系式,用于反映河槽形态随水沙条件的变化过程。     

长江城汉河段深泓线演变对水沙异变的响应研究

深泓线演变规律对于研究河势与河床地貌的变化具有重要意义。为探明三峡水库蓄水后水沙条件改变对下游城陵矶-汉口河段(城汉河段)深泓线演变的影响,基于1998～2017年城汉河段实测深泓线高程资料,对比分析了此期间深泓线高程和空间分布模式的变化,及其与水沙条件的关系。结果表明：三峡水库蓄水前深泓线总体上冲淤平衡,蓄水后的2003～2008年间河道深泓线剧烈冲刷下切,2008年后冲刷态势有所放缓,且不同高程深泓点分布的多样性增大;蓄水后深泓线的冲刷下切也导致与之相关的聚集性地貌单元的平均间距由30 km左右大幅缩短为20 km;河道水沙条件对深泓线演变相对贡献率高达88.9%,三峡水库蓄水引起的河道汛期水流冲刷强度增大是引起深泓冲刷下切的最主要原因。     

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。     

下荆江熊家洲河段平面形态与河床冲淤变化

熊家洲河段位于长江中游下荆江尾端,其平面形态从顺直过渡到微弯再逐渐演变成S型,是目前荆江最为弯曲的河段。受水沙条件、河岸边界条件、自然裁弯和人工裁弯等因素影响,局部河势调整频繁。熊家洲凸岸斜槽裁弯形成新河槽,导致主流与支汊成为共生的分汊河势,改变了熊家洲出口段水流条件,进而影响下游七弓岭弯道崩岸速率和河床冲淤。为全面分析熊家洲河段平面形态演变过程和河床冲淤变化,选取枯水期遥感影像数据及沿程代表性断面进行分析。结果表明:熊家洲河段整体向下游蠕动且河道展宽,熊家洲弯道新生河槽呈冲刷扩大趋势,7 a平均展宽70 m;出流沿程断面深槽从左岸向右岸方向发展,熊家洲下游的深泓线偏向右岸;三峡水库建成运行后,深泓线开始贴近七弓岭凸岸,而原深槽回淤形成2个沙洲,经过七弓岭弯顶后逐渐向凹岸偏移,出熊家洲弯道后河道沿程呈现冲刷下切趋势。研究成果对目前该段河势控制工程的实施提供了参考意见,为下一步研究三峡水库运行的河势控制提出了思路。     

珠江三角洲典型交汇河段河床演变分析

以容桂水道与顺德支流交汇河段为例,对1999—2017年河段深泓平面、垂向变化、典型横断面变化、河相关系及冲淤变化进行了深入分析,并对河床演变影响因素及趋势进行了预测,为珠江三角洲网河区典型交汇河段特征因素的演变特点及规律提供了参考依据。主要结论为:(1)容桂水道与顺德支流交汇河段河道堤防逐步完成达标加固,岸滩趋于稳定。(2)顺德支流和容桂水道交汇前河道深泓线平面均整体偏向右岸,交汇口以下容桂水道河段深泓线整体居中,深泓平面和垂向整体变化不大。(3)交汇河段各横断面主槽形态基本稳定,深槽平面位置和河床高程自然调整。(4)交汇河段河宽总体相对稳定,交汇口上游顺德支流整体略有淤积,容桂水道主槽略有冲刷,汇流后容桂水道下游略有淤积,年均冲刷厚度约为0.34 cm,河道容积变化较小,总体冲刷强度相对不大。     

长江中游周天河段河床演变分析

周天河段为顺直微弯放宽型河段,洲滩变化十分复杂,历史上曾因严重碍航而被称为"瓶子口" 河段,是长江中游重点碍航浅滩河段之一,因其位于上下荆江的交接段,荆江大堤距其较近,防洪形势较为险要.根据历年的水文及地形资料分析表明,该河段多年来河道外形相对稳定,但深泓线及边滩变化复杂,深泓线年际间摆幅较大,过渡段随来水来沙与两岸边滩的消长经常发生上提与下移,直至20世纪90年代以后,本河段的深泓摆动及边滩消长幅度才相对较小,现有洲滩格局有利于荆江大堤的防洪安全与航道稳定.     

论沙市河段主泓南移的趋向性

沙市河段因主泓紧贴北岸荆江大堤,而成为长江中下游重点防洪河段.本文分析了该河段主泓变化的规律,发现主泓南移及其回复,与三八滩的冲淤消长相关;运用弯道环流理论、耗散结构理论研究了该河段演变及主泓位置变化机理:根据数模计算成果,三峡水库运行后水流的含沙量大幅度减少、坝下游冲刷使上荆江比降有所增大,预测沙市河段河势变化趋势,论述了主泓南移的必然性.同时因水库调蓄作用,流量变化幅度减小,河势趋稳定,将有利于防洪.     

丹江口水库蓄水以来汉江中下游河床冲淤变化研究

丹江口水库蓄水运用后,汉江中下游河床发生了显著调整。为了加深对水库调蓄影响下汉江中下游河床整体冲淤规律的认识,根据大量实测资料,对汉江中下游水沙与河床冲淤变化进行了较为系统的分析。结果表明:丹江口水库蓄水运用后,汉江中下游洪峰削减,枯水期流量增大,中水期延长,径流年内分配更加均匀,坝下游输沙总量大幅度减少。南水北调中线工程运行后,径流年内分配更趋均匀,坝下游输沙量进一步减少。1978～2020年,丹江口至河口河段平滩河槽冲刷了10.75亿m3,冲刷强度自上而下逐步减小;中游丹江口至碾盘山河段仍是冲刷发展最为剧烈的河段。近期河床演变分析结果表明:丹江口至襄阳河段洲滩变化较大,江心滩面积有所淤长且整体下移;襄阳至碾盘山河段洲滩、汊道基本稳定,河道游荡性减弱;碾盘山至仙桃河段深泓线横向摆动频繁,洲滩冲淤变化较为剧烈;仙桃至河口河段河床演变强度相对较小,但局部弯道有裁弯取直现象发生。分析成果可为汉江中下游防洪减灾、规划设计、河道治理、采砂管理、航道整治等提供参考。     

前置掺气坎坡度对阶梯溢洪道掺气水流影响的数值模拟

为研究复杂边界条件下气液两相界面的流动及混掺现象对工程建设的影响,结合某大型水电站的溢洪道,利用RNG k-ε模型对其进行三维流场模拟,采用有限体积法离散控制方程,并用GMRES算法进行压力求解,对前置掺气坎式阶梯溢洪道和传统阶梯溢洪道泄流壁面上的高速掺气水流进行数值模拟。结果表明:随着掺气坎坡度的增加,其掺气空腔及掺气浓度均有所增大,随着水流下泄掺气浓度沿程降低,达到一定距离后趋于稳定,掺气浓度值达到了减免空蚀破坏的要求;与传统阶梯溢洪道的模拟结果进行对比可知,增设前置掺气坎后,既可以增加前几级阶梯的掺气浓度使水流提前达到水气平衡,也没有降低阶梯式溢洪道的消能率,为解决传统阶梯溢洪道中出现的工程难题提供了一种新思路。     

重力坝加高结合部位粘结性能试验研究

针对水库重力式大坝加高加固问题进行试验研究,对后帮式、前帮式、外包式以及戴帽式加高方式建立实验模型评价新旧混凝土结合面的粘结性能。抗折强度试验和微观电镜试验结果表明,四种类型的加高方式,外包式的结合面最大,抗折强度最高,粘结性能最强。采用水泥砂浆处理后增多了结合面的纤维状C-S-H凝胶,增强了新旧混凝土之间的粘结性能,合理的加固方式加上结合面处理有利于提高坝体的安全性能。     

桥梁对水流的影响分析

根据哈尔滨水文水资源勘测总站实测水下地图及水文资料,针对桥梁上、下游浅滩变化,分析桥梁对水流的影响。     

稳定河床水位流量关系单值化原理

采用数理计算方法建立流量与综合落差、稳定流流量计算公式，从而使受洪水涨落和变动回水影响的非单元值的水位流量关系单值化。为精减测次、简化外业洲验，水文预报、水文及整编工作电算化提供了新的分析手段。     

船闸输水廊道门楣研究

门楣通气措施不仅可以消除阀门顶缝空化,而且可以抑制阀门底缘空化。通过对门楣缝隙比和掺气坎长度的研究,得到其临界条件和通气量大小,从而确定较优的缝隙比和掺气坎长度。     

小浪底地下厂房围岩稳定计算地质模型的研究

根据工程勘探资料,在分析小浪底枢纽地下厂房区主要结构面的分布规律及其特征的基础上,建立了几何传真概化地质模型,并采用不连续介质有限元离散化计算模型,模拟计算地下厂房围岩的应力应变。计算结果表明,所建立的概化地质模型符合实际地质状况,计算的应力分布与实测的变形特征相吻合,这与目前按常用的其它模型及连续介质计算的结果有明显不同。