黄河口海洋动力输沙能力分析

采用数学模型和资料分析的方法对清水沟时期黄河入海泥沙的输移扩散规律进行了分析研究。通过数模计算得出：随着河口三角洲的演变，河口海洋动力输沙能力也相应变化，河口沙嘴突出岸线的程度越大，海洋输沙能力越大，输入外海的泥沙越多；对于特定的岸边界，海洋输沙能力的变化取决于入海水沙搭配关系，在入海沙量相同条件下，来沙系数越小，输送至外海沙量越多，反之亦然。通过实测资料分析指出：黄河口海洋输沙十分复杂，涉及岸边界、各种持续和偶发的动力等诸多因素。实测的冲淤分布往往是诸多因素综合作用的结果，很难分离出某种因素单独所起的作用。实测数据显示，河口泥沙冲淤分布与来水来沙条件相关性不强。但总的看来，黄河改道清水沟以来，1977-2000年间，来沙量偏少，输入外海泥沙的比例比其它流路时期偏大，排沙比达54％，平均每年输入外海泥沙的绝对量为2．83亿t。但具体到各个年份，不论是排沙比还是绝对量，年际间差异都很大，每年输入外海的沙量并不局限在2.3亿t。     

黄河口清水沟流路冲淤发展与使用年限预测

本文利用作者开发的一、二维连接的黄河口整体冲淤数学模型,根据有、无古贤水库二种情况进入黄河下游的水沙条件,对未来黄河口清水沟流路的淤积发展过程进行了计算研究,并根据计算结果对流路使用年限、河道向海域延伸的安全距离、淤积量和淤积分布、海域容沙量及海洋动力输沙能力等相关问题进行了分析探讨,旨在为黄河口的整治规划提供科学依据.计算研究结果表明,各流路组合运行方案的清水沟流路使用年限为53~77年,古贤水库的修建和不同流路的交替组合使用皆有利于延长清水沟流路的可使用年限.有、无古贤水库条件下河口的入海输沙能力均较为稳定,海域年均输沙量分别为2.53亿t和2.71亿t左右.     

长江口北港主槽河道悬沙输运空间结构特征分析

长江口为多级分汊型中等潮汐河口,北港是长江口二级入海汊道,被规划为长江口重要通航水道,对其悬沙输运过程和规律的研究至关重要。根据大潮期间北港主槽横断面上均匀分布的5个站点的同步水沙观测资料,采用准调和分析等方法将观测数据分解为潮平均量和多个随潮波动量,以分析北港悬沙输运的横断面空间结构特征和各动力因子的贡献机制。研究结果表明:大潮期间北港主槽横断面总输沙量主要由余流输沙、半日潮流输沙和M_4潮流输沙构成,各部分输沙量空间结构差异显著。总输沙量在断面北侧大部分区域指向外海,南侧小部分区域指向上游。强径流作用下的海向余流输沙是构成北侧海向输沙的主要因子。在径流及微弯河势影响下,北侧河道断面落潮流输沙显著强于涨潮流输沙,致使北侧半日潮流输沙指向外海,其贡献机制仅次于余流输沙。南侧河道断面陆向输沙主要由半日潮流输沙和M_4潮流输沙组成,其中半日潮流输沙占主要部分。北港水下地貌结构和冲淤演变趋势与断面悬沙分布特征和输运结构密切相关。     

基于黄河中游水库群调控的下游河道输沙能力分析

充分挖掘黄河中游水库群调控作用潜力，提高黄河下游河道的输沙能力，对黄河下游河道与滩区治理具有重要指导意义。通过实测资料分析、数学模型计算等方法，计算不同水沙条件下优化现状水库群调控方式对黄河下游河道输沙能力的影响，进一步分析古贤、东庄水库投入运行后黄河下游河道输沙能力的变化。结果表明：优化现状水库群调控方式，水库增加泄放较大含沙量的水流过程，可提高下游河道输沙能力10%～12%;古贤、东庄水库投入运行后拦沙期内进入下游河道的沙量和输沙入海量减少，正常运用期可进一步提高输沙能力11%～12%。     

尾闾河道及海域整体冲淤数学模型研究

针对黄河下游水少沙多和河口淤积延伸速度快的特点，本文建立了一套包括一维河道和二维海域、适用于多沙河口的整体泥沙冲淤数学模型。模型建立在高含沙的不平衡输沙理论上，采用动边界和动床阻力技术，模型可同时考虑径流、潮流及波浪等多种动力因素共同作用，可用于尾闾河道冲淤、河口泥沙输移扩散和河口演变计算。本文 应用二维模型计算了整个渤海的潮汐过程，得到几个主要分潮的同潮图，计算与实测值符合良好。用1983年汛后至1996年汛前艾山-口门河道地形资料、1996年6～10月和1996年10月～2000年10月的海区地形资料对一、二维连接模型进行了验证。计算结果给出的黄河下游河道的淤积延伸过程、河道水位、河道及海区冲淤量和流路河长延伸等均与实测值基本一致，证实了模型的可靠性。     

潮流作用下潮汐汊道稳定关系及试验研究

通过分析现有国内黄渤海、东海、华南沿海潮汐汊道的口门稳定纳潮棱体P与过水口门断面面积A的关系,对P-A关系的局限性及其存在问题进行了说明.在此基础上对维持潮汐汊道口门稳定的动力及其条件特点进行了分析,利用几个天然海湾参数资料,并考虑潮流动力、底床稳定因素推导出新的湾内纳潮面积S、口门断面平均流速V和口门断面面积A的关系即VA=0.001 5SH.同时通过建立潮流物理模型,保持湾内水域面积不变,进行250～400 m口门宽度条件下的口门流速试验,得到口门断面面积与口门流速间的关系.考虑潮流动力因素所得到的S-VA关系计算结果与模型试验得到的结果相吻合.     

现行黄河口区的水沙动力与汊道演变

近年来黄河入海水沙量持续减少,河口水沙动力和地貌演变出现了新的情势。基于黄河口区实测水文泥沙和利津站水沙数据等,阐述目前黄河口的水沙动力与汊道演变。研究发现,现行黄河口区潮汐存在“潮位一升一降,潮流二次往复,流速四峰四谷”的特征,形成了涨潮北流、涨潮南流、落潮北流和落潮南流4种流动形式,以及近岸与远岸对峙的余流场;河口径流量减少,潮流界和潮区界有所上溯;口门东、北两汊涨落时刻不同步,形成了短时汊道环流。剪切应力计算结果显示,口外悬沙含沙量主要取决于床面的泥沙动态,悬沙含沙量主要受泥沙的沉降和再悬浮控制。口门进出潮水量计算结果显示,口门进潮量北汊大于东汊,而入海水量北汊小于东汊,表明目前北汊趋于衰退,而东汊将逐渐成为径流入海的主汊。     

黄河口水流和延伸对渤海流场的影响

利用平面二维水流模型,进行了渤海流场模拟,分析了渤海流场变化特征,结果表明:在黄河三角洲北部行河的黄河口向北延伸时会造成黄河口附近M2分潮无潮点大幅度向西偏北移动;在黄河三角洲东部行河的黄河口向东延伸时会造成黄河口附近M2分潮无潮点向东北方向移动,但移动幅度较小。随着现代三角洲的形成,黄河口附近M2分潮无潮点北移,莱州湾潮差加大。黄河口地形变化对秦皇岛附近M2分潮无潮点位置变化影响不大,黄河口沙嘴延伸约40km时口门流速最大,黄河入海流量5000 m3/s时仅对口门附近约15 km范围的水位、流速有影响。初步成果表明,单用延伸黄河口、加大入海水流的方法来解决黄河口泥沙淤积问题效果不会很明显。     

黄河下游河道平衡输沙的沙量阈值研究

考虑黄河未来可能的水资源条件,以及生态保护、经济社会发展多目标对水量年内过程分布需求,根据黄河下游水沙资料、河道冲淤资料,采用实测资料分析、公式计算、数学模型模拟等多种方法研究了有利于黄河下游河流生态良性维持的平衡输沙的沙量阈值。未来进入黄河下游的年来水量为250亿m~3左右,实测资料分析和公式计算表明,未来较小的平衡输沙阈值为2.0～2.2亿t。数学模型计算在小浪底水库等现有工程联合调控作用下黄河下游平衡输沙的临界沙量为2.5亿t。中游古贤水库建成后和小浪底水库联合调度,可以进一步提高汛期的输沙效率,平衡输沙的沙量阈值可进一步提高。研究成果对黄河下游治理具有重要意义,可为黄河泥沙处置措施优化提供技术支撑。     

黄河干流泥沙空间优化配置研究(Ⅱ)———潜力与能力

本文采用实测资料分析和数学模型计算等方法,系统研究了2050以前不同水沙系列条件下黄河干流泥沙空间优化配置的潜力与能力及经济投入指标。结果表明,黄河干流河道的输沙潜力与能力较大,2008—2050年下游河道利津站的年最大输沙潜力为10.22～18.08亿t/a,年平均输沙能力为3.46～6.24亿t/a,河口造陆的容沙潜力为254亿t,深海输沙能力为1.74～2.57亿t/a。河道输沙是长期的,应充分利用河道输沙能力输沙到河口造陆和输沙深海。水库拦沙的潜力与能力也较大,干支流水库的拦沙潜力为531.06亿t,小浪底水库的年平均拦沙能力为5.07～5.94亿t/a,古贤水库的年平均拦沙能力为3.42～5.45亿t/a,水库拦沙库容是有限的,应合理利用水库的拦沙能力改善河道冲淤。滩区放淤潜力与能力相对较大,干流滩区放淤的潜力为192.1亿t,下游滩区的年平均放淤能力为0.34～0.64亿t/a,小北干流滩区的年平均放淤能力为1.07～1.42亿t/a,温孟滩区的年平均放淤能力为0.43～1.06亿t/a,滩区放淤是有条件的,应合理利用滩区放淤能力改善滩槽泥沙分布。黄河干流具有一定规模的引水引沙潜力与能力,干流年最大引水引沙潜力为2.8亿t/a,年平均引水引沙能力为1.62～2.54亿t/a,引水引沙也是有条件的,并对河道冲淤有影响。经分析,排沙入海的经济投入较低,其次为水库拦沙,滩区放淤的经济投入较高。研究成果为黄河干流泥沙空间优化配置提供可定量的约束条件和控制指标。     

Hydrologically Based Environmental Flow Methods Applied to Rivers in the Maritime Provinces (Canada)

The demand for water withdrawal continues to increase worldwide. These water withdrawals from rivers can affect fish habitat and aquatic life. As such, environmental flow assessment methods are used in order to protect rivers against excessive water withdrawals. The concept of environmental flow relates to the quantity of water required in rivers to sustain an acceptable level of living conditions for aquatic biota at various phases of their development. For many agencies, environmental flow methods are essential in environmental impact assessments and in the protection of important fisheries resources. The present study deals with the evaluation of hydrologically based environmental flow methods within the Maritime Province of Canada. In total, six hydrologically based environmental flow methods were compared using data from 52 hydrometric stations across the region. Some methods provided adequate environmental flow protection (e.g. 25% mean annual flow and Q₅₀ flow duration method); however, other methods did not provide adequate flow protection (e.g. Q₉₀ flow duration method and 7Q10 and 7Q2 low‐flow frequency). The 70% Q₅₀ method provided adequate flow protection only under good baseflow conditions and should be applied with extreme caution. The present study shows the importance of the hydrologic flow regime, particularly as it pertains to the baseflow component, as a significant determinant in the level of instream flow protection. © 2014 Her Majesty the Queen in Right of Canada. River Research and Applications © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

AN APPROACH IN MODELING TWO-DIMENSIONAL PARTIALLY CAVITATING FLOW

1. INTRODUCTIONCavitation is a phenomenon that widely occurs in liquids. When the flow leads to the local pressure below the saturation vapor pressure of water (the fluid medium, in our research), usually incipient cavitation firstly occurs on the solid b…     

中小型泄水工程利用附着混合流消能问题的探讨

本文介绍了混合流的概念，结合某一中型水库的试验，观测了混合流在抬高尾水时的下游流态。流速分布的变化规律以及对消能效果的影响。从而说明了低水头泄洪建筑物利用挑流消能有更多的可能性。     

台阶式溢流坝中小流量流态改善方式研究

台阶式溢流坝有显著的掺气效果和消能效果,目前在中小型工程中广泛应用。但是台阶式溢流坝在小流量浅水深的工况下,坝面上流态较差,呈现跌流或者过渡流态,容易形成水翅和水流跃离现象。为了解决上述问题,本文结合某工程通过水工模型试验研究对台阶起始端的体型进行优化,结果表明优化方案能够很好地改善较小流量时的过渡流态。     

Application of the ‘natural flow paradigm’ in a New Zealand context

The natural flow paradigm (NFP) emphasizes the need to partially or fully maintain or restore the range of natural intra‐ and interannual variation of hydrologic regimes to protect native biodiversity and the evolutionary potential of aquatic, riparian and wetland ecosystems. Based on our studies of natural and managed flow regimes in New Zealand, we do not believe that all components of the natural flow regime are necessary to achieve the objectives of the NFP, either partially or fully, because many aquatic species have very flexible niches and life‐history requirements (i.e. there is ‘ecological redundancy’). Obviously, maintaining the natural flow regime will maintain the hydrologic and hydraulic conditions necessary for sustaining natural ecosystems. However, if there is adequate knowledge of what ‘values’ need to be maintained in a waterway, and the aspects of the flow regime that are required to maintain those values are also known, then regimes can be designed that target these requirements and thus optimize conditions for the ‘values’. We believe that an assessment of ecosystem requirements using information on river processes together with habitat requirements and life‐history strategies of biota can achieve the best balance between resource use and sustaining ecosystem function and value, and show examples where changes to natural flow regimes have maintained, or even improved, instream values in some New Zealand rivers. We caution that simple flow‐based rules, such as those that might be developed under the NFP, could be unnecessarily restrictive on multiple use of water in New Zealand while, at the same time, preclude the opportunity for enhancement of key ecosystem values in many waterways. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

ON THE CALCULATION OF FLOW OVER AND THROUGH A ROCK-FILL DAM

1.INTRODUCTIONInthedesignofanovertoppedrock--filldam,oneofthemajortasksistodecidethesizeofthedownstreamprotection.Theovertoppedrock--filldamismadeofporousmedia,thereforethewaterwillpenetrateintothedamfromtheupperfaceandemergeoutofitfromthelowerpart,whileitflowsoverthedam.Hence,theprotectionissubjectedtotheactionofboththeoverflowandtheseepageflow,andneitherofthemcanbenegligible.Inthiscase,theflowfieldconsistsoftwoparts:theopenflowandtheseepageflow,whichhavedifferentproperties.Infact,forthe…     

无旋流研究

本文将变分法和流网相结合,从理论上证明了无旋流条件下流量达到极大值,并总结出流量达到极大值时,下游流动的两种表现形式:临界流和均速流。文中给出了下游流动分别为临界流和均速流两种情况下的7个实例。在无旋流条件下,应用本文的结果可以进行如下两种情况的计算:(1)利用求极大值来求流量;(2)当流量已知时,如果下游流动为临界流,则可求水深及流速;如下游流动为均速流,则可求流速等。     

低含沙水流运动特性综述

本文着重综述了清水水流、挟沙水流的流速分布动特性、能量间分配关系等流动现象的内部规律，并系统分析比较了它们的异同，文中还兼论了卡门常数。     

直槽流动失稳过程数值模拟的可视化

本文利用计算机可视化的方法对直槽流动的数值模拟结果进行了处理，得到了若干组显示涡量场和涡管运动变化的计算机动画，通过对这些直观的动画进行分析，发现了直槽流动失稳的一些现象，对于流动稳定性的研究具有一定的参考价值。