应用分形原理建立小流域泥沙输移比模型

长江上游川中紫色土丘陵区是三峡库区的主要产沙源之一.在以小流域为单元的水土保持治理工作中,小流域治理的规划、设计及治理后减沙效益的评价均需要对小流域的地面侵蚀量、泥沙输移量进行定量评价和预报.通常小流域的输沙量通过水文泥沙测站监测资料获得,但由于种种原因,在许多地区没有水文泥沙测站,利用长江流域的地形资料,应用分形理论的自相似原理,探讨泥沙输移比与小流域集雨面积的关系,并得出泥沙输移比(SDR)的统计模型.该模型可用于估算紫色土丘陵区资料短缺小流域的输移比和产沙量.     

川中丘陵区小流域泥沙输移比研究

本文对泥沙输移比的概念做了进一步讨论,通过对川中丘陵区塘库淤积资料分析,认为川中丘陵区小流域泥沙输移比跟面积密切相关;对于面积小于1km^2的小流域而言,其泥沙输移比均小于0．7,得出该区的归槽率为0．48。同时分清了归槽率、侵蚀量和泥沙输移比的关系。     

泥沙输移比尺度依存及分形特征

泥沙输移比是连接流域地面侵蚀与河道输沙的纽带,是反映流域侵蚀产沙及输移能力的指标,对正确评价水土保持减沙效益与生态建设宏观决策有重要意义。本文基于对国内外泥沙输移比研究的系统梳理,探讨了流域泥沙输移比的尺度依存及分形特征。分析认为：泥沙输移比在其内涵中深刻体现了对尺度的标定;国内外不同区域内流域泥沙输移比具有尺度依存性,并有严格的尺度域;泥沙输移比可以由分形维数来定量描述,即由1km2左右的典型流域单元的泥沙输移比值和流域的分形维数来建立尺度上推或下推的测算模型。本研究结果明确了泥沙输移比研究不能割裂“尺度性”这一学术认知,并为泥沙输移比尺度效应及转换研究提供了新的思路。     

我国流域泥沙输移比研究进展

从研究内容和研究方法两个角度,详细阐述了我国在泥沙输移比研究中取得的主要成果,指出:①泥沙输移比的研究涉及到土壤侵蚀学、地貌学、地质学、生态学和环境学等多门学科,我国研究者所进行的泥沙输移比的研究还很不成熟,许多问题还处于定性描述或者推理性解释的阶段;②大部分泥沙输移比模型都是在几个特殊的区域利用20世纪60年代的观测资料建立起来的,针对目前流域内降水、下垫面状况均有改变的情况,需要应用新的观测资料,采取多种研究方法深入研究流域泥沙输移比的变化特征.     

长江上游泥沙输移比初探

首先阐述泥沙输移比界定的三个条件一是粒级 ,二是时间 ,三是空间 ,在此基础上讨论了长江上游泥沙输移比研究中存在的主要问题是缺少可靠的侵蚀产沙量 ,对悬移质和推移质的分界线不明确 ,对坡面侵蚀产沙和重力侵蚀产沙在总输沙量中的权重缺少量的概念 ;针对上述问题对河道及沟道泥沙输移比的推理分析 ,再根据反映泥沙输移比的形态指标的定性分析 ,认为长江上游除丘陵宽谷区泥沙输移比会小于 0 .5外 ,高中山区长时段的泥沙输移比都接近 1(不包括泥石流在内的重力侵蚀 )。     

小流域治理措施对泥沙输移比的影响

以黄土丘陵沟壑区第一副区韭园沟小流域为对象,探讨了1953年以来水土保持治理措施对流域泥沙输移比的影响。结果表明:该流域土壤侵蚀、泥沙输移和沉积与治理措施有着极为密切的相关性。在天然下垫面条件下,韭园沟小流域的泥沙输移比接近1.00。经过50多年来规模性水土流失治理,泥沙输移比下降到0.27。该流域的泥沙侵蚀量减少、沉积和输移比的改变,在水土保持措施达到一定程度时才逐步显现出来,小流域泥沙输移比变化的影响因素中,流域内人为沉积汇(淤积)的作用明显大于坡面水土保持措施的效果。因此,现行生态环境建设中,在注重坡面治理措施合理配置的基础上,更要加强小流域沟道泥沙拦截工程的建设。     

泥沙输移比问题的分析研究

泥沙输移比定义一直存在着不够准确清晰的缺点，对泥沙输移比概念及其影响因素进行了更深入的探讨是非常有必要的。首次在泥沙输移比公式中引入粒径、时段因子，利用量纲分析推求了不同区域的泥沙输移比公式。从理论上阐明泥沙输移比并不是单纯与整个流域面积成反比，而是与流域产沙面积成反比     

影响黄土丘陵区次降水泥沙输移比的水文要素

以桥沟小流域为研究对象,利用该流域不同地貌部位的野外径流场及沟道水文站网观测资料,计算了不同场次降水的泥沙输移比,较为系统地研究了影响桥沟流域次降水泥沙输移比的水文要素。结果表明:土壤前期含水量、流域的降水过程特征、洪峰流量、径流量、水流含沙量是影响次降水泥沙输移比的主要水文要素;提出了表示降水、径流、泥沙对泥沙输移比影响的表征参数,即降水峰现系数、径流侵蚀力和泥沙相对容重。     

中国南方红壤丘陵区土壤侵蚀量与泥沙输移比研究

依据"层次类剔法"的研究思路,估算了赣江各水文站控制流域的年均侵蚀量与泥沙输移比。结果表明,赣江流域年均侵蚀量1923.0万t/a,平均侵蚀模数237.6t/km2·a;流域内中、低山地貌类型区泥沙输移比大于0.9,丘陵和平原区介于0.5~0.9之间,流域平均为0.54;且土壤侵蚀强度和泥沙输移比分别与流域面积没有规律性的趋势性关系。     

紫色土丘陵区小流域地面侵蚀量预报

 针对长江上游紫色土丘陵区小流域面积侵蚀及泥沙输移特征以及现有资料的可利用性，用演绎法建立了小流域地面侵蚀的预报模型及相应的输沙预报模型。模型参数求取简便，经研究区的典型小流域实测资料检验，预报精度较高，可用于研究区资料短缺小流域的地面侵蚀量和输沙量的估算。     

宽级配卵石泥沙颗粒特性的分维值及其应用

针对过去床沙粗化实验中依据推移质输沙量确定粗化稳定的不足,利用分维测度提出了两种新的判别方法,即通过计算分析粗化层及推移质级配分维值稳定程度而加以识别。通过实验资料计算验证,得到了较满意的结果,对研究泥沙级配特性及粗化稳定具有积极指导意义。     

三峡水库淤积排沙及河型转化规律

三峡水库泥沙排沙在其论证和运行阶段一直是关注的热点问题。根据上游来水来沙、实测固定断面和河床质地取样等资料,分析了三峡水库运用以来进出库水沙变化、总体淤积和排沙规律、沿程淤积规律、河型转化规律等,并将初步设计论证研究成果与其他成果进行了对比分析。研究成果表明:三峡水库运用后,入库年径流量与建库前变化不大,但年输沙量锐减60%,来沙减少的趋势仍将持续;三峡水库平均年库容损失率为0.3%,在世界范围内是非常低的,可确保水库长期使用;三峡水库的年淤积量与入库沙量基本呈线性关系,汛期蓄水位越高则其斜率越大;三峡库尾河段总体呈冲刷状态,泥沙主要淤积在常年回水区,尤其在河道开阔断面;部分分汊河道发生了河型转化,淤积后河道总体朝单一、归顺方向发展。研究成果可为三峡水库运行管理和研究提供支撑,也为同类型水库决策提供参考。     

宽级配泥沙分形特性及其输移规律试验研究

为了探寻宽级配泥沙粒度分形特性及其输移规律,通过水槽冲刷试验,分析了床沙和推移质的分形特征,并对不同床沙、不同流速条件下的泥沙粒度分维值进行了定量的计算和对比。结果表明:不论床沙还是推移质的级配都具有良好的统计自相似性,具有分形特征;级配是否连续对于粒度分维值的变化存在显著影响,床沙粗化后粒度分维值变小,且随着冲刷流速的增大,非连续级配时粒度分维值逐渐变小,而连续级配时粒度分维值逐渐变大。推移质粒度分维值与其所对应的中值粒径存在显著的负相关性。     

泥沙粒径分布函数的分形特征与吸附性能

应用分形几何原理，从理论上研究了泥沙颗粒的粒径分布特征，将分维作为描述泥沙颗粒的粒径分布特征的参数，给出了泥沙颗粒粒径的分形分布函数，并应用分形分布函数讨论了不同粒径分布的泥沙吸附重金属污染物的问题。     

位山灌区沉沙池输沙通道减淤效果研究

根据位山灌区西沉沙地泥沙清淤观测资料,总结了不同时期的灌区泥沙处理特点,比较了传统清淤与输沙通道改造的泥沙处理费用的差别,分析了输沙通道改造后渠道输水输沙能力的差异。结果表明,在新的水沙条件下输沙通道改造能有效减轻沉沙池的泥沙淤积,延长沉沙池的使用年限,同时实现灌区泥沙远距离输送、分散沉沙的目的,减淤效果明显。     

西北江三角洲来水来沙的非线性分形特征

根据西、北江干流高要、石角及西北江三角洲网河区顶点马口、三水四个水文站的流量和含沙量资料 ,应用非线性分形原理的R S方法 ,计算西北江干流及西北江网河区顶点四个水文站的流量、含沙量的赫斯特数H和分形维数D ;探讨西、北江干流来水来沙的分形特征及西北江三角洲的分水分沙规律。结果表明 ,流量的分维数略大于含沙量的分维数 ,三水站流量及含沙量的分维数与其上游的石角站流量、含沙量的分维数相差较大 ,与思贤的分水分沙造成西北江的水沙交换有关     

洪水期水库调水调沙与黄河下游河道排沙分析

从1973～1990年期间，选取了60个洪峰时段的实测资料，分析了黄河下游河道的泥沙淤积和排沙比，得出结论为，如果洪水期三门峡出库平均含沙量为100～200kg／m3时，出库洪峰流量在4000～5000m3／s之间，可把50％～80％左右0．025～0．05mm和0．05～0．1mm的两级中粗沙排入海里；洪水期出库平均含沙量为50～100kg／m3，出库洪峰流量为3500～4000m3／s左右时，可把50％～190％的0．025～0．05mm和0．05～0．1mm的两级中粗沙排入海里．