黄河源白河与黑河下游凸岸点边滩形态与变化规律

黄河源白河与黑河是典型的弯曲河流,河道沿程凸岸分布着形态各异的点边滩。作为凸岸前缘的新淤积体,点边滩的变化与弯道形态和同岸泥沙淤积具有密切联系。基于遥感影像解译与野外观测,识别河道边界和提取点边滩,分析点边滩的几何形态特征及其变化规律。白河与黑河下游54个凸岸点边滩可按形态特征分为圆弧形、长条形、U型和微弯形点边滩,其形态特征由弯道曲率决定。岸线曲率最大的点边滩呈圆弧形,最小的点边滩呈微弯形。长宽比最大的是微弯点边滩,长宽比最大值为41.38,长宽比最小的是长条形点边滩,长宽比最小值为16.80。不同河段中各类型点边滩分布情况不同,如圆弧形点边滩在白河占比约50%,在黑河仅占32.5%。弯道凸岸点边滩的发育过程是持续的淤积增厚,且其内外边界同时向凹岸方向横向迁移。     

常曲率U型弯道水流结构与泥沙冲淤试验研究

通过在常曲率U型弯道水槽试验中采集的流速和水深过程数据,研究了弯道内水流结构及泥沙冲淤形态,分析了水流与床面之间的相互影响。试验发现:(1)弯道水流结构水面线发生扭曲,水流动力轴线及三个方向的垂线平均流速随流程和横向分布均有变化;(2)由于弯道特有的几何特征,使弯道中水流产生特有的弯道环流运动,弯道环流运动引起弯道泥沙的横向输移,形成弯道凹岸冲刷、凸岸淤积的冲淤特性,反之,床面形态的变化也使水流结构发生改变。研究所得结果可为河流泥沙研究提供参考。     

饮马河流域河道积沙量的估算方法

根据弯道环流水沙分流原理，论证了河道凹岸坍塌后，泥沙横向交换淤积在凸岸，并用几何法估算出凸岸积沙量。同时运用输沙率法和断面法对河段内悬移质、推移质泥沙的冲淤量进行了估算。这些估算方法的提出，为有计划地开采河沙资源，合理收费，提供了可靠的依据。该估算方法自１９８０年８月先后在饮马河流域九台辖区２０余处沙场试用，都取得可喜成效，与以往估算方法相比，精度明显提高。     

天然边滩游泳场整治工程泥沙冲淤特性研究

天然游泳场的冲淤变化是影响边滩游泳场正常稳定运营的关键。首先分析闽江西河流态和输沙特征,表明闽江西河边滩及附近河段的输沙不平衡将很大程度上危及该天然游泳场的边滩稳定性。在此分析结论的基础上,结合数值模拟技术,计算出工程整治措施对边滩游泳场及其附近河段冲淤变化的影响。研究结果表明:对旧洪山大桥桥下深槽进行抛石填充以及对游泳场边滩进行平整能够有效的抑制游泳场的弯道环流,改善本河段的流速分布,从而改善边滩河段纵向及横向的输沙不平衡的现象。因此,工程措施能够减弱游泳场上游淤积下游冲刷的现状,对促进边滩的稳定起到积极的作用。     

河道改造对弯曲河段的水力影响模拟研究

以浏阳河朝正垸急弯河段为例 ,采用MIKE21水动力平面二维水流 -泥沙模型先进行率定 ,综合考虑长沙枢纽运行后湘江水位抬升对浏阳河下游的顶托与浏阳河不同频率洪水的叠加作用 ,采用该模型对上游直线段、弯段、下游直线段的水文变化、流速变化及冲淤情势进行多工况模拟.结果表明 :对于弯曲河道尽管改造拓宽弯曲段 ,在凸岸水流流速增大 ,可能存在冲刷 ,凹岸局部会产生淤积 ,在近邻弯曲下游段凹岸局部还会产生水位壅高.结果可指导本河段防洪规划设计 ,对类似工程也具有借鉴意义.     

基于CCHE模型的石门子渠首弯道水沙数值模拟

采用CCHE 2D软件中的k-ε闭合紊流模型,对大西沟石门子渠首人工弯道段进行二维水沙数值模拟研究,得到弯道水位横比降、典型断面泥沙冲淤形态、泥沙的横向输移现象以及泥沙冲淤后的河床变形,并将断面泥沙冲淤形态与物理模型试验数据进行对比,二者吻合较好,并且符合弯道凹岸冲刷,凸岸淤积的机理。通过对比分析可知,CCHE2D软件在用于模拟弯道水沙运动时,可充分展现弯道环流作用下的泥沙冲淤效果,但对于横断面环流作用下的流速矢量分布及水沙变化过程还需借助三维软件。     

长江口北支近期水沙特性及河道演变特征

根据近年来长江口北支实测水文地形资料,分析了2001年后北支的水沙特性、岸线、深泓线、等高线和河床冲淤等变化情况。分析结果表明:近年来长江口北支分流比的变化趋缓,含沙量和床沙粒径沿程变化有一定的规律;岸线变化集中在三和港至启东港段,岸线缩窄率超过50%;深泓变化集中在进口至大洪河、大新河至三和港,进口深泓呈现崇头→海门港→崇头变动;崇头至灵甸港段深槽呈弯曲河道特征,灵甸港以下河道顺直展宽;河槽总体表现为淤积,其中,崇头至大新河段深槽冲刷边滩淤积,三条港至连兴港段的深槽基本不变,边滩淤积。总体来看,北支的淤积集中在主流变动段、凸岸边滩与崇明北缘边滩,而冲刷则集中在深槽、弯道凹岸与整治工程前沿。     

黄河源区滨河草甸对弯曲河流河道演变的影响

通过对黄河源区弯曲河流的6个河段进行水流特征和边岸植被特征等方面的野外调查研究,分析了河岸植被对弯曲河流河床演变的影响。结果表明:①黄河源区弯曲河流普遍发育于山地草甸和高寒草甸分布区,河岸植被发育良好,河流形态发育良好;②研究区6个试验点的植物种类繁多,以中生、湿中生植物为建群种或优势种,凹岸和凸岸的植被覆盖情况差异明显,凹岸植被生长时间长、植被群落相对稳定、物种多样性指数高、植株平均高度较高,平均覆盖度是凸岸的1.5～2.0倍;③凹岸草甸植被的淘刷主要发生在每年7—8月的洪水期,植被根系层下部因淘刷临空而坍塌形成护岸,从而减小了凹岸河湾演变速度;④发育良好的河岸植被不仅减轻了河岸侵蚀程度,而且提高了河岸土体的机械强度,有利于保持河湾形态的相对稳定性。     

饮马河流域河道积砂量的估算

本文根据弯道环流水砂分流原理，重点论证了河道凹岸坍塌后，泥砂横向交换淤积在凸岸，并用几何法估算出凸岸积砂量；对直线河段内悬移质、推移质泥砂的冲淤量，运用输砂率法和断面法进行估算，做了一船性阐述。通过对河道泥砂淤积量的估算，可以有计划地开采河砂资源并提高管理费收缴率。此外，对整治疏浚河道，也有积极的意义。     

连续弯道水流运动的三维数值模拟

基于雷诺方程和有限体积法建立了描述连续弯道水流的三维数学模型,用Shukry的强弯道试验结果对数学模型进行验证.结果表明,该模型能够很好地模拟弯道内水流的流速分布.采用该模型模拟了在不同弯曲度的连续弯道中的水流运动,结果表明:水流流速在弯顶靠近凸岸处较大,而凹岸处较小,弯顶处的水流断面流速分布和下一个弯顶处呈横向对称,且在两弯顶中间形成过渡.由于水流凸岸流速大于凹岸,因此当河岸类型为可侵蚀河岸时,凸岸将可能向后崩退,形成切滩.随着弯曲度的增大,弯道水流动力轴线更贴近凸岸.当河道弯曲到一定程度,一旦遇到洪水,很可能冲开河岸的束缚发生裁弯取直现象,并发展出新的河道.     

基于树木年轮的弯曲河流河湾迁移速率估算

针对河流源区缺乏长期的河流监测数据,难以确定河湾迁移速率的问题,通过2016年和2017年2次对黄河源区的实地考察和采样情况,以典型弯曲河流白河的9处河湾为例,根据河湾凸岸淤长与植被演替的关系,利用树木年轮分析判断树龄,依据树木位置和树龄的关系估算弯曲河流河湾迁移速率。估算得出白河9处河湾迁移速率为0.38～6.10 m/a,迁移速率与水流流速、河道比降、凹岸滩高和河谷宽相关,最大迁移速率出现在河湾弯曲度最小的9号河湾。     

水位调控下分汊型河道淤积影响试验研究

为研究尾闾河道下游调控措施对上游各支汊河道泥沙淤积形态变化,进行了赣江尾闾河道悬沙淤积试验。试验结果表明,由于闸上调控水位抬升的影响,河道演变趋势由冲转淤。预计工程实施20年后主要淤积区域干流和西河位于西河上游赣江大桥到泥家洲附近的河道,平均淤积深度为1.10 m,东河中支位于中支赣江大桥到上房村之间的河道,平均淤积深度为1.48 m,东河南支位于豫章大桥到洲头村的河道,平均淤积深度为0.86 m。淤积主要集中在深槽以及河道凸岸下游区域,河道顶冲段受到堤防的限制,河势总体基本稳定;深泓线在水平方向和垂向均有所调整,垂向变化以抬高为主,水平方向的变化符合凹岸顶冲区冲刷,凸岸下游回流区淤积的一般规律。     

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。     

荆江门弯道近期滩槽演变特点及影响因素分析

三峡水库运用改变了下泄水沙条件,坝下游弯曲河型均呈现“凸冲凹淤”演变规律,以致碍航问题日益突出。为研究弯曲河型滩槽演变特点及其成因,以下荆江河段荆江门弯道为例,利用三峡蓄水后近15 a实测地形资料,采用逻辑推理及统计分析方法分析其影响因素并预测了航道变化趋势。结果表明:三峡工程运用后,凸岸边滩年际间呈持续冲刷趋势,冲刷位置不断下移导致河段展宽引起航道条件恶化;在平滩流量(20 000~25 000 m³/s)持续时间＞15 d的年份,凸岸边滩冲刷后退,反之淤长;冲淤幅度与年均来沙量,尤其细沙(d≤0.125 mm)含量密切相关,基本呈同步变化趋势;荆江一期工程实施后,在当前水沙条件下凸岸边滩会继续受冲,形成枯水双槽,航道条件将恶化。水沙过程的改变是弯曲河型滩槽演变的主要原因,遇大水且来沙量较少的年份,荆江门河段很可能出浅碍航,这可为下荆江弯曲河段航道治理提供一定的参考价值。     

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。     

白河河湾迁移速率及影响因素分析

白河为黄河源区典型弯曲河流,2016年和2017年对白河9处典型河湾进行了考察采样。分析表明,白河河湾凸岸植被呈环形条带状分布,一般有2~3个植被群落;湾顶从前至后的树木尺寸显示出明显的由低矮到高大的梯度变化。对凸岸树芯和圆盘样本进行年轮分析,获取了树木的分布和树龄数据,提出了通过树木年轮和距离计算河湾迁移速率的方法。通过绘制树龄分布云图找出关键样本,测算白河河湾迁移速率为0.38~6.1 m/a,与遥感影像估算得出的迁移速率基本一致。对白河河湾迁移速率与水流流速、河宽、滩高等数据进行回归分析,建立多元线性回归模型,结果表明水流流速和比降是白河河湾迁移速率的主要影响因素,迁移速率与流速和比降均成正比。     

黄河源草甸型弯曲河流的悬臂式崩岸机制

弯曲河流的滨河草甸对抑制河岸崩塌和维持河湾蜿蜒具有重要作用。2011—2014年,在黄河源区兰木错曲的弯曲河段对河岸植被根系、崩塌块几何尺寸、根土复合体物理和力学特性等开展野外调查,并通过原位拉拔试验测定河岸崩塌面植被根系抗拉强度,进而分析草甸型弯曲河道的崩岸机制。草甸型弯曲河流的滨河植被根系网络具有较强缠绕和固结土体作用,河岸根系的力学特性是抑制凹岸崩岸的关键因子。近岸水流淘刷作用集中于根系作用范围以下的砂卵石层,当砂卵石层被淘刷至上部悬空,在自重作用下达到临界状况,河岸沿纵深方向出现贯穿性裂缝,最后崩塌块垮塌贴住河岸。崩块的破坏形式以悬臂式张拉破坏为主。崩塌块的植被根系长度与崩塌块厚度呈明显对数函数关系,其体积也随根系长度增大而增加。分析草甸型弯曲河流的新崩岸模式,建立了近岸根土复合体崩岸的临界力矩平衡方程,并简化得到崩塌块的临界宽度表达式。崩塌块体的临界宽度是崩塌块根系长度和根系产生的抗拉强度增量的函数,临界宽度的计算值与实测值较为符合。     

狭窄连续弯道河段航电枢纽平面布置原则探讨

依托湘江土谷塘航电枢纽工程,采用资料分析、整体定床水流模型与船模航行试验相结合的研究方法,对船闸分别位于狭窄连续弯道中的下游反向弯道凸岸和凹岸2种枢纽布置方案进行了研究,并结合其它将坝线布置在弯道段的已建或拟建的枢纽布置情况,对狭窄连续弯道河段枢纽平面布置应遵循的一些原则进行了探讨,提出对于上游为急弯、下游为反向弯道的狭窄连续弯道河段,当枢纽坝线位于下游弯道段时,宜采取将船闸布置于凸岸侧的分散布置方式。     

冰期河流弯道冰水动力学行为研究

以黄河什四份子弯道为研究对象,基于2019-2020年度的凌情监测影像及现场试验数据,分析了河流弯道冰水动力学行为特征。结果表明:上宽下窄的河道形态是造成弯道卡冰的主要原因,流凌-封河阶段,弯顶节点工程对水流的顶托作用促进了上游回流区的形成;受弯道离心力作用,河冰聚集于河道凹岸一侧,并在回流区堆积形成冰桥,从而缩小了断面过冰面积,河道逐渐封冻;弯顶下游流速大且来冰量少,形成清沟,主流向河中发展;冰塞堆积于弯顶上游凹岸主河槽内,水流被挤压至凸岸非冰塞区,弯道主流易位;在稳封期,河道冰水动力特征基本不再变化,在解冻开河期,凸岸非冰塞区流速较大,主流区冰盖优先解冻且沿主流输移,回流区冰盖最后消融,河道主流逐渐恢复至畅流阶段,整体呈复归式。