漫滩水流的水流结构及其悬沙运动

本文通过漫滩水流的水槽试验,对其水流结构和悬沙运动作了比较详细的分析.水流漫滩后,随着滩槽之间水流动量的横向传递,泥沙也随之发生横向输移;在一定水位范围内,主槽的流速、含沙量和输沙率都较平滩水位的小,滩地的则增大.并对平滩流量作为造床流量,作了理论上的解释。     

复式断面河槽流速横向分布及其对滩唇形成的影响

通过对水流微小控制体进行受力分析,建立了复式断面流速横向分布模型,该模型考虑了侧向副流惯性力的影响。采用实验资料对该模型进行检验,模型计算值与实测值符合较好。运用该模型计算了不同条件下复式断面流速和挟沙力的横向分布,并定量分析了横向分布特性对滩唇形成的影响。分析表明,水流漫滩时,复式断面的横向挟沙力变幅较大,尤其是在主槽和河漫滩交界处,挟沙力减小迅速,而含沙量减小相对较小,泥沙发生淤积,容易形成滩唇。单从水流挟沙力角度考虑,水流漫滩后水深越小、滩槽的糙率差越大,越容易形成滩唇。     

河滩种树对行洪影响试验研究

对宽滩和窄滩河槽的过流能力以及滩地种树的漫滩水流水力特性进行了研究表明：像珠江三角洲网河这样的窄滩复式河槽，滩地种树对水位的影响不大，也不会影响滩地的槽蓄滞洪作用，但种树使滩地水流归槽，主槽流速增大；滩地种树的利和弊及对行洪的影响是多方面的，应视具体情况分析。     

漫滩高含沙水流滩槽水沙交换的形式与作用

本文根据游荡型河段概化模型的试验成果，分析了漫滩高含沙水流滩、槽间水沙交换的主要形式，论述了滩、槽间泥沙同时进行质（粒配）与量（含沙浓度）的交换过程，指出了这种交换的单向性，认为正是由于滩、槽水沙的交换，滩地才不断淤高，滩唇得以形成，高含沙洪水期间才会出现水位异常升高的现象，以及高含沙水流才能沿程调整变化。     

漫滩水流水沙运动规律的研究

本文根据漫滩水流的运动特点，将漫滩水流的复式断面分为主槽平衡区、滩槽交互区、滩地平衡区及边壁区等4个区，并给出了各区宽度的经验公式.根据滩槽交互区垂线流速分布的变化特点，提出了附加尾流函数的对数流速分布公式.在简化水流运动方程和泥沙扩散方程的基础上，对滩槽交互区内垂线平均流速及含沙量沿横向分布进行了理论分析，提出了反映滩槽水流动量交换强度的横向涡量粘性系数及横向扩散系数的表达式，得到了漫滩水流垂线平均流速及含沙量沿横向分布的解析解，并与实测资料吻合较好。     

漫滩水流流速垂线分布规律的研究

根据顺直河道漫滩水流的运动特点，将复式河道的横断面分为主槽平衡区，滩槽交互区，滩地平衡区及边壁区等４个区，在此基础上，结合水槽试验资料，分析得出漫滩水流各区的流速垂线分布规律，并对现有的对数流速公式进行了修正。     

冲积河流滩槽定量划分方法及应用

通过理论分析与数值计算,研究了冲积河流漫滩水流水力因子的变化特性。结果表明,断面平均流速在漫滩瞬间迅速减小,然后逐渐增大;断面综合动能修正系数、动量修正系数均随水深而缓慢增加,在漫滩瞬间迅速增大,随即快速减小。根据漫滩水流水力因子沿水深的变化特性,提出采用断面横向平均流速为判别因子以定量划分复式断面的滩与槽。此外,文中将其应用于黄河下游漫滩水流的水沙数值模拟,其结果与实际情况符合较好。     

考虑水沙相互作用的河堤溃决二维数值模型

该文建立了洪水漫堤导致河堤溃决的平面二维水沙运动数值模型,以模拟溃口扩展和堤身冲刷的过程。该模型基于有限体积法、采用显式格式求解平面二维水流运动和非平衡全沙泥沙输移方程,并考虑了边坡崩塌、底床急剧变形以及高浓度泥沙输移对水流运动的影响。溃口处的混合流场采用HLL approxim ate Riemann solver处理,非黏性土溃口边坡的崩塌采用不同干、湿静止角处理。通过对英国HR Wallingford实验室一组实验的计算,结果表明该模型能较好地模拟非黏性土堤坝溃决过程中的溃口展宽、坝体冲刷、流场分布以及溃口流量过程线。对模型参数的敏感性分析显示了水沙耦合溃决模型的非线性特征。     

考虑滩地横比降漫滩水流二维流速解析解研究

黄河下游河道滩地横比降较大,大洪水时漫滩行洪,滩槽水沙交换剧烈,考虑滩地横比降的影响既符合实际又具有较强的理论意义。漫滩水流流速是研究河流横断面形态调整的重要水力参数,目前对其二维解析解的研究均未考虑滩地横比降的影响。在前人研究基础上,推导出考虑滩地横比降影响的漫滩水流运动方程,拟合无因次横向涡黏性系数计算公式,求解滩地垂线平均流速横向分布的解析解,并利用实测资料进行验证。验证结果表明该解析解可以用来计算滩地垂线平均流速横向分布。     

漫滩水流特征综述

水流漫滩后,主槽流速减小,滩地流速增大,但主槽流速大,滩地流速小,滩槽之间流速的差别使滩槽交界面上产生剪切力,两部分水流在交界面上发生动量交换,滩槽交界面产生大量次生流、旋涡,并伴随着大量的能量耗散。滩槽的边壁切应力分布不均,尤其是滩槽交界面处。流速和切应力不均匀分布导致了主槽水流含沙量降低,滩地水流含沙量升高。从五方面对漫滩水流特征的研究成果作简要概述。     

漫滩洪水水沙输移的数学模型及其初步验证

本文初步提出了天然冲积河流滩槽泥沙交换的三种模式,分析了入滩含沙量与主槽含沙量的关系,以非均匀泥沙上扬模式为基础,建立了漫滩洪水的一维扩散方程。针对天然河流滩槽流线长度不同的情况,对以往的一维水流连续与运动方程进行了修正。以此为基础利用黄河下游实测资料进行了验证计算,结果表明,计算结果与实测符合较好。     

顺直型与宽窄型复式河道水沙分布规律的比较

本文在总结水槽试验资料的基础上．对顺直型及宽窄相间型复式河道的过流能力、流速及含沙量分布特性进行了比较分析。研究结果表明，两种复式河道的水沙分布具有一定的相似性，但也存在着较大的差别，并对其产生的原困进行了初步探讨。此外，通过比较滩槽流速比及滩槽流量比可以知道．宽窄复式河道的滩槽动量交换较顺直复式河道强烈。     

冲积河流推移质输沙最优河道形态影响因素理论分析

为从理论上确定水沙动力、阻力和边界条件对冲积河流推移质输沙最优河道形态和最小比降的影响,基于 水力半径分割方法将河床整体糙率划分为河岸糙率和河底糙率;采用河道形态自动调整变分方法,以等腰梯形为 河道过水断面,推导推移质输沙率与河道形态的关系,分析河岸与河底相对糙率、河岸坡角、流量、输沙率、中值 粒径和河底糙率对最优河道形态和最小比降的影响。结果表明：最优河道形态和最小比降随河岸与河底相对糙 率的增大而减小,随河岸坡角的增大而增大。流量或者河底糙率的增加将使最小比降减小,同时造成最优河道形 态趋向窄深。输沙率或者中值粒径的增加将使最小比降增大,但两者对最优河道形态演变的影响不同,输沙率增 大将使最优河道形态向宽浅发展,而中值粒径增加将使最优河道形态向窄深发展。     

复式河道漫滩水流计算方法研究

对复式顺直河道和复式游荡型河道中漫滩洪水的计算方法进行了研究.其中，对复式顺直河道，从Shiono-Knight方法出发，将二次流项归并入雷诺切应力项，并将主槽和滩地的流速分布曲线直接相接，推导出一套不需联立求解系数方程组的漫滩水流流速和床面切应力分布的计算公式以及床面平均切应力的解析计算公式；对复式游荡型河道，建立了一种新的上层水流计算方法.文中的计算结果与前人的实验资料基本一致，初步表明文中的方法是合理的.     

黄河合理整治宽度研究的理论思考

水流及泥沙输运都遵循通用对流扩散微分方程。现有的研究表明,平面二维对称及非对称突扩层流运动存在多解性,圆柱及方柱绕流也存在多解性。河道沿深平均平面二维水流及泥沙输运微分方程亦应存在多解性。对此类问题理论分析、数值模拟乃至物理模拟都应该在对应的边界条件下及计算长度内进行。该边界条件及计算长度与多解性相适应,和通常的对应于唯一解的情形不同。据此分析可得出不同来水来沙条件下所对应的河道合理整治宽度。这为黄河在此方面的研究从理论上提供了新思路。     

珠江河口区水环境整体数学模型研究

根据珠江河口区的特点，建立了珠江河口区水流，泥沙及含氟度的整体联解数学模型，探讨了联解的计算模式；利用珠江三角洲和河口区水流泥沙、含氟度连续条件，把珠江三角洲网河区一维水沙、含氟度输移数学模型和河口区二维水沙、含氟度输移数学模型进行联解。同时采用最新的地形资料并选用洪、中、枯水及大、中、小潮等多种水文组合条件对该模型进行分区验证和整体验证，模型验证成果满足精度要求。     

宁蒙黄河治理对策

资料分析表明,宁蒙黄河冰凌灾害频繁的被动局面是由于主槽萎缩、卡冰结坝所致;而洪灾与用水安全问题则是河势变化无常和多沙支流突发性洪水淤堵干流形成"沙坝"引起的。为有效恢复宁蒙河段的行洪排沙功能,实现河道减淤、恢复和维持河道中水河槽、保障防洪(凌)安全的宁蒙黄河治理目标,从产沙、输沙、调控机理三个角度出发,分析了各因素对宁蒙黄河河床演变特征的影响。就产沙而言,通过产沙地貌分区、遥感影像分析和流域水系分区相结合的方法确定黄河上游不同沙源区的分布。基于提出的风蚀输沙通量计算方法及风沙入河估算方法,并结合区域风速与植被覆盖率实测数据,发现近30 a风速下降、区域植被覆盖率上升是风沙侵蚀量与入黄风沙量逐渐减少的原因。分析宁蒙河段日均风速、日降雨量和已有侵蚀观测资料,发现宁蒙地区的风水两相侵蚀主要体现为风蚀与水蚀交错存在及其交互促进,风力侵蚀主要发生在3—5月,水力侵蚀则集中在7—9月。现场观测与黄土降雨侵蚀模型试验则表明,重力侵蚀在黄土高原的整个侵蚀过程中占有重要的份额,暴雨形成的径流是黄土遭到侵蚀的主要外营力,也是激发和加剧重力侵蚀发展的重要影响因子。总体来看,宁蒙黄河的流域产沙具有典型的风-水-重力多营力交互特点,在比尺模型与野外观测揭示的流域径流汇集过程、沟道水流与河床自适应以及非平衡输沙机理基础上,构建了复杂地貌形态的小流域产流产沙动力学模型,成功模拟了不同植被特征和分布状况对流域产流产沙的影响,并得出了植被的减水减沙效果与延滞径流洪峰的作用同郁闭度呈正相关关系,陡坡区域植被对径流洪峰的延滞作用大于缓坡区域的结论。就输沙而言,以泥沙起动、推移质输沙与河床均衡调整等基础理论为基础,提出了水沙两相流数值模拟方法与冲积河流全沙运动模型相似条件。数值计算与模型试验表明,龙羊峡、刘家峡水库联合运用改变径流分配是导致宁蒙河道淤积萎缩的主因,协调水沙关系是修复黄河行洪排沙功能的有效途径。并分析确定了宁蒙黄河河道水沙调控阈值和多沙支流入汇口干流防淤堵的流量阈值,即宁蒙黄河临界调控流量为2 000～2 500 m~3/s,临界含沙量5.4～10.5 kg/m~3,调控时间为15～20 d,证实了通过协调水沙关系可修复和维持宁蒙黄河行洪排沙功能;防止多沙支流入汇堵河的黄河流量阈值为2 500 m~3/s,治理淤堵沙坝配合"挖引疏浚"有效冲刷的干流阈值流量为3 000 m~3/s。从各河段模型试验给出的来沙系数阈值沿程减小的变化趋势看,在内蒙古河段现状河床边界条件下,全线冲刷要求的流量至少为2 600 m~3/s,表明黑山峡工程必须预留充足的水沙调控库容。就宏观调控而言,针对流域下垫面条件多样、入黄泥沙沙源众多、河道输沙受水库调度影响显著等特点,以干流水库群为调节器,以径流泥沙为调节对象,采用模块化开发方法集成了风-水-重力侵蚀模型、河道输沙模型、冰情预报模型于水库联调模型上,构建了可进行大范围、高精度的水沙过程模拟预报的宁蒙黄河区域数字流域模型平台,并成功在下河沿—石嘴山河段进行了调试和应用。此外,针对宁蒙黄河河型复杂、凌汛期易卡冰结坝、夏季多沙支流突发性洪水易堵干流形成"沙坝"等河情状况,提出了"水沙调控、支流拦沙、堤外放淤"的处治模式。在稳定性分汊河段、大型支流入汇段、受沙卵石河床组成限制的河段,则指出不宜强行套用微弯型治理方案,而可采用"工程导送(简称为‘导’)、塞支强干(简称为‘塞’)、挖引疏浚(简称为‘挖’)"方针,亦即"导、塞、挖并举"的对策。建设黑山峡水库、南水北调西线工程等是宁蒙河段长远治理的根本对策,通过增加河道内汛期水量和调水调沙,恢复并维持中水河槽,提供防凌库容,才能彻底解决宁蒙河段凌洪灾害,并得出建立黄河上游沙源固定、支流泥沙阻截、干流泥沙输导与堤外淤沙处置的"固-阻-输-置"综合防治体系,是目前可行的治理对策的结论。