2012年调水调沙期间黄河口水沙扩散途径及范围

以2012年7月调水调沙期间黄河口海域4个连续测站的水文资料为依据,分析研究区海洋动力状况、冲淡水范围及泥沙扩散机理。结果表明:调水调沙期间径流的注入增强了落潮动力;径流在河口向外扩散过程中逐渐被海水掺混成冲淡水,冲淡水大面积扩散,北至38°10'N,东至119°30'E,南至37°45'N。入海泥沙以悬浮扩散方式为主,在近岸区受潮流切变锋阻隔,发生快速沉积。其中受内落外涨锋面阻隔,快速沉积更显著;受内涨外落锋面阻隔,形成通往莱州湾南部海域的泥沙传输通道。从MODIS遥感影像反演的悬沙浓度分布显示,调水调沙期间表层含沙量0.4g/L的水体主要分布在现行河口南部的沿岸带,与冲淡水主要向西北方向扩散不同,而含沙量为0.2-0.4g/L的水体向北扩散范围与冲淡水主体扩散范围较一致。     

伶仃洋洪季悬沙分布特征及变化过程分析

根据珠江三角洲伶仃洋河口2003年洪季(7月)潮流、泥沙和盐度现场观测资料,通过对悬沙分布特征及变化过程进行深入分析,结果表明:伶仃洋河口洪季的悬沙浓度在径流、潮流作用下具有明显的潮周期变化,泥沙再悬浮多发生在落急、涨急后1～2小时;在0303站附近形成最大混浊带,在最大混浊带上游段,呈现涨潮优势沙,泥沙净向陆输移,而下游段,呈现落潮优势沙,泥沙净向海输移;泥沙纵向输移机制分析表明,拉格朗日输沙、潮汐捕集输沙和垂向净环流输沙是伶仃洋泥沙运动的主要形式.     

长江口徐六泾断面近底悬沙测验及影响分析

近底悬沙浓度的确定对于研究床面泥沙的起动和输移具有十分重要的意义。基于双尾翼近底悬沙采样系统,选择徐六泾断面浅滩和深槽,在洪、枯季水文监测期间同步采集了距河床50 cm和10 cm的水样。现场实测资料分析表明：(1)浅滩和深槽含沙量垂向分布规律不同,浅滩泥沙粒径较粗且越靠近河床泥沙越粗,含沙量垂向分布呈“L”形,中上层水体含沙量变化较小,越靠近河床含沙量变化越大;深槽泥沙粒径较细,含沙量垂向分布较为均匀。(2)近底悬沙对浅滩和深槽的测验成果影响程度不同,计入近底悬沙后,浅滩处平均含沙量平均增幅为7.37%,深槽处平均增幅小于1%。(3)近底悬沙对测验成果的影响程度在时间尺度上有差异,计入近底悬沙后,含沙量一般情况下是增大的,但增幅不同,枯季大于洪季,落潮大于涨潮,大潮大于小潮。     

博贺湾海域悬沙输移机制分析

根据博贺湾海域大潮期间的水文泥沙实测资料,采用悬沙通量机制分解法将悬沙净输移通量分解为多个动力项,并分别从平流输沙、潮泵输沙和垂向净环流输沙三方面分析了悬沙输移机制。结果表明:博贺湾海域大潮期间拉格朗日余流基本沿涨潮方向,离岸越远,余流值越大,欧拉余流大小与拉格朗日余流相近,斯托克斯余流接近于零;平流输沙在悬沙净输移中占主导作用,其中欧拉余流输沙作用方向与涨落潮优势流相关;博贺湾海域潮泵效应输沙作用不强,潮泵作用由涨落潮潮流和含沙量在潮周期的不对称性引起;垂向余环流输沙作用很弱,垂向净环流输沙和拉格朗日余流和含沙量的垂向分布有关。     

珠江磨刀门河口洪季悬沙与沉积物颗粒度分布及交换过程

基于洪季磨刀门河口实测水沙观测资料和河床表层沉积物数据,通过对不同区域不同时刻悬沙浓度和粒度、沉积物粒径组成分析,运用因子分析和粒度谱等统计计算方法,重点研究近期洪季磨刀门河口及滨海水域悬沙与河床沙交换过程及其动力机制。结果表明:磨刀门河口拦门沙内河道及汊道口区域的动力以径流为主的涨落潮流流系,悬沙与河床沙交换过程较弱;拦门沙浅滩区域泥沙运动表现为"波浪掀沙,潮流输沙"特性,再悬浮泥沙平均量占实测悬沙浓度的32%;拦门沙外滨海水域悬沙组成受径流与潮汐相对强度影响显著,构成上大潮时以再悬浮泥沙为主,小潮时则以径流下泄悬沙沉积为主,而悬沙输运方向受到东南向波浪和沿岸流控制。     

珠江磨刀门河口悬沙浓度变化特征分析

根据2011年枯季和2012年洪季在大、中、小潮期间的多点同步现场观测资料,分析研究了磨刀门河口悬沙浓度变化特征。结果表明:磨刀门口悬沙浓度纵向分布呈近岸高,远岸低的趋势;横向分布具有季节性差异,洪季主槽大于滩地,枯季滩地大于主槽;垂向分布洪季主要以斜线型分布为主,枯季主要以抛物线型分布为主。潮周期平均含沙量大潮普遍大于中、小潮;洪、枯季磨刀门口外落潮含沙量普遍大于涨潮含沙量。洪季含沙量混合较为均匀,落潮时含沙量增大,涨潮时含沙量减小,枯季含沙量分层明显,。受波浪潮汐作用,一个周期内有多次明显的再悬浮过程,涨潮时增大,落潮时减小。     

长江河口北槽近期盐淡水混合与悬沙输运研究

基于2013年枯季大潮期间在长江口北槽河道现场定点观测数据(包括潮流、悬沙浓度、盐度),通过对盐水入侵影响水流结构及泥沙运动过程的分析,对北槽河道盐淡水混合与悬沙输运进行了研究。结果表明:观测期间,北槽河道纵向及垂向受不同程度的盐度梯度影响,涨落潮过程中垂线流速不再保持无潮河流的分布规律,河口水流结构发生改变,促使出现上层水流向海、下层水流向陆的河口环流。在多重因素作用下,特别是环流阻碍了河流泥沙的正常下泄,并有利于底层泥沙上溯,出现上层输沙向海、下层输沙向陆的现象。各段河道中,垂向净环流项均向陆输沙,但向海的平流输沙及潮泵输沙作用更强,所以观测期间悬沙表现均为向海净输移。     

2002年黄河调水调沙试验河口形态变化

近年来黄河河口水沙条件基本处于维持不断流状态，汛期非汛期界限已非常不明显，河口形态变化基本特征发生明显改变。调水调沙试验前河口径流作用微弱，河口沙嘴长时间主要受潮流侵蚀作用逐渐向临界平衡状态调整。但是2002年7月调水调沙试验河口有一个14天的0．664亿t泥沙人海口门快速堆积过程，河口形态又形成一个不稳定的快速堆积状态。本文通过2001年6月与2002年7月两次拦门沙测验地形与相关水文资料，计算输海泥沙的数量及其分布，分析了该次调水调沙试验后河口形态特征变化。     

2010年黄河调水调沙对河口近海盐度影响

通过在黄河调水调沙期前后对近海水域盐度进行连续监测,结果表明,黄河调水调沙极大地改变了河口盐度及其分布,入海冲淡水影响范围急剧增加,显著降低区域盐度极值,并由河口口门处向东南向逐渐扩散;但同时,调水调沙对近海盐度的影响主要集中在表层,中层、底层影响效果减弱。调水调沙结束后,近海盐度及其分布逐渐恢复至原有水平。     

长江口悬沙浓度变化趋势及成因

基于1959-2011年长江河口水域实测悬沙浓度数据,对其悬沙浓度分布特征及变化趋势进行研究。结果表明:1流域入海水量无明显增减趋势,年内分配过程为洪季水量减少枯季增加,入海沙量和含沙量无论是洪季、枯季或年均为减小趋势;2河口段徐六泾、南支、南北港及北槽进口悬沙浓度伴随入海泥沙量锐减呈现减小趋势,北支受潮汐影响也呈减小趋势,南槽因水动力增加变化不明显;3受分流比减小、上游来沙锐减及河床粗化等影响,2005-2011年北槽上段和下段平均悬沙浓度较2000-2002年减小约33.25%,中段(CSW)受越堤沙量影响较大,呈现一定增加趋势;4长江口外海滨泥沙的再悬浮作用,有效减缓该区域悬沙浓度减小幅度,但仍不能改变其伴随流域入海泥沙锐减的减小趋势,2003-2011年平均悬沙浓度较1981-2002年减小约21.42%;其峰值向口内上溯约1/6经度,且峰值移动主要由径流和潮流水动力对比决定。     

黄河水沙关系协调度与骨干水库的调节作用

提出了水沙关系协调度的概念,认为黄河协调的水沙关系是指长时段内维持下游河道(主槽)不淤或微淤的水沙搭配过程。黄河下游冲淤平衡临界来沙系数是0.01 kg·s/m6,采用来沙系数和冲淤平衡临界来沙系数相对关系建立了黄河水沙关系协调度表达式。当水沙关系协调度大于1,说明某断面来沙系数大于河道冲淤平衡临界来沙系数,河道呈现淤积状态,水沙关系不协调;反之,当水沙关系协调度小于1,说明水沙关系协调,且数值越小说明协调程度越高。小浪底水库拦沙和调水调沙提高了水沙关系协调程度,减轻了下游河道淤积,但是小浪底水库拦沙库容淤满后,黄河下游的水沙关系会变为不协调,河道仍将处于淤积状态。     

多沙河流水库“蓄清调浑”运用方式及其设计技术

系统总结了1950年代以来我国多沙河流水库运用方式发展历程，阐释了不同时期水库运用方式及其设计技术的发展变化，详细剖析了“蓄清调浑”运用方式及其设计技术。“蓄清调浑”运用将以往低壅水“拦粗排细”传统拦沙模式发展为“小水拦沙，大水排沙，适时造峰，淤滩塑槽”滩槽同步塑造运用和拦沙库容多元化利用，改变了只淤不冲的传统拦沙模式，正常运用期采用水沙分级分类调度辅以非常规排沙调度，实现协调水沙关系和拦沙库容再生利用，能在长期保持水库有效库容的基础上，进一步兼顾水库调水调沙需要，有效避免了泥沙淤积占用水库有效库容，减少了水库强迫排沙对下游水沙关系的不利影响，是对“蓄清排浑”运用的继承和对“调水调沙”的全面发展。在设计技术上，为了更好地满足调沙需要，要求科学合理设计调沙库容和排沙水位相应泄流规模，考虑调沙过程中的不同淤积状态，按照“深槽调沙、中槽兴利、高槽调洪”的库容分布规则进行水库库容配置；超高含沙量河流要在正常泄流排沙孔以下增设非常排沙底孔，形成“正常+非常”双泥沙侵蚀基准面；特高含沙量河流水库有效库容保持和供水调节之间难以协调，要采用水沙分置开发方式。研究成果将为当前和今后一段时期内多沙河流水库...     

基于CCHE模型的重力沉沙池水沙数值模拟

为了研究重力沉沙池流量、含沙量与水沙分离效率的关系,借助CCHE软件,建立CCHE2D水沙两相流数学模型,采用混合掺长紊流模型,对重力沉沙池进行数值模拟,得到沉沙池内水流流态、悬移质输移规律以及沉沙池的水沙分离效率,并在前人研究的基础上,进一步对不同流量、含沙量情况下,其流量和含沙量对沉沙池水沙分离效率的影响进行分析。结果表明:当流量在0. 05～0. 30 m~3/s时,随着流量增大,则流速增大,水流挟沙力增大,不利于泥沙沉降,使沉沙池的水沙分离效率降低;改变初始含沙量(5～20 kg/m~3),随着初始含沙量的增大,由于沉淀池尾部回流区存在,使得部分泥沙直接被带入清水池,使得沉沙池水沙分离效率降低。     

Equilibrium sediment transport in lower Yellow River during later sediment-retaining period of Xiaolangdi Reservoir

The Xiaolangdi Reservoir has entered the later sediment-retaining period, and new sediment transport phenomena and channel re-establishing behaviors are appearing. A physical model test was used to forecast the scouring and silting trends of the lower Yellow River. Based on water and sediment data from the lower Yellow River during the period from 1960 to 2012, and using a statistical method, this paper analyzed the sediment transport in sediment-laden flows with different discharges and sediment concentrations in the lower Yellow River. The results show that rational water-sediment regulation is necessary to avoid silting in the later sediment-retaining period. The combination of3 000 m3/s < Q < 4 000 m3/s and 20 kg/m3< S < 60 kg/m3(where Q is the discharge and S is the sediment concentration) at the Huayuankou section is considered an optimal combination for equilibrium sediment transport in the lower Yellow River over a long period of time.     

Effect of water-sediment regulation and its impact on coastline and suspended sediment concentration in Yellow River Estuary

Implementation of the water-sediment regulation (WSR) scheme, mainly focused on solving the sedimentation problems of reservoirs and the lower reaches of the Yellow River, has inevitably influenced the sediment distribution and coastal morphology of the Yellow River Estuary. Using coastline delineation and suspended sediment concentration (SSC) retrieval methods, this study investigated water and sediment changes, identified detailed inter-annual and intra-annual variations of the coastline and SSC in the normal period (NP: 1986–2001, before and after the flood season) and WSR period (WSRP: 2002–2013, before and after WSR). The results indicate that (1) the sedimentation in the low reaches of the Yellow River turned into erosion from 2002 onward; (2) the inter-annual coastline changes could be divided into an accretion stage (1986–1996), a slow erosion stage (1996–2002), and a slow accretion stage (2002–2013); (3) an intra-annual coastline extension occurred in the river mouth in most years of the WSRP; and (4) the mean intra-annual accretion area was 0.789 km² in the NP and 4.73 km² in the WSRP, and the mean SSC increased from 238 mg/L to 293 mg/L in the NP and from 192 mg/L to 264 mg/L in the WSRP.     

基于有限体积法的鄱阳湖水沙交换数值模拟

为了研究通江湖泊与外部江河的水沙交换过程,运用基于有限体积法的二维非稳态水流和泥沙耦合数学模型,对平水年水文条件下鄱阳湖的水沙交换过程进行了数值模拟。结果表明:鄱阳湖与上游五河、下游长江的水沙交换在时间上分布不均,主要集中在3~8月。计算得出2010年上游五河入鄱阳湖水量和泥沙量、鄱阳湖入下游长江水量和泥沙量以及全年长江倒灌入湖水量和沙量。倒灌入湖水沙量分别占出湖水量和沙量的4.88%和12.35%。研究成果为鄱阳湖水环境保护工作提供了重要参考。     

信江中下游近60年水沙分配变化特征

针对信江流域水利工程建设以及大规模水土保持工作、河道采砂等人类活动不断增加的现状,为了更好地了解人类活动对信江水沙输移特性的影响,确保对水沙资源的合理开发与利用,基于信江梅港站近60年径流量输沙量实测资料,采用数理统计和Mann-Kendall秩次相关检验法对信江水沙分配变化特征进行分析,探讨人类活动对水沙输移特性的影响。结果表明:梅港站各年代径流量、输沙量年内分配基本呈明显的"单峰型"分布,在6月到达峰值;水沙关系呈现出"大水多沙,小水少沙"的态势,泥沙主要集中在主汛期,月最大输沙量与洪水相对应;汛期与非汛期径流量呈上升趋势、输沙量呈下降趋势,且输沙量下降趋势显著;汛期径流量、输沙量波动较大,明显大于非汛期径流量、输沙量波动幅度;历史上信江流域水沙相关性较稳定,但随着经济社会的发展,大规模水土保持、水利工程建设及河道采砂等人类活动不断增加,对水沙关系造成明显影响。     

坝上水文站悬移质颗粒级配测验优化分析

为科学合理地在坝上水文断面开展悬移质颗粒级配测验,更好地收集相关水文资料,根据1956～2019年连续64年含沙量资料及1970～2019年连续50年粒径资料,分析了流域泥沙变化趋势,开展了受水利工程影响的坝上站悬移质颗粒级配测验方式优化分析工作,制定完善的测验优化方案,可保证在新水沙特性下水文资料收集的代表性和精度的同时减轻测验工作量.     

小浪底水库对水沙的调控及下游河道响应

冲积性河流上修建水库后,由于对水沙的调节,下游河道将发生相应调整,直至和新的水沙条件相适应。小浪底水库位于控制黄河水沙的关键部位,1999年10月25日下闸蓄水,目前水库仍处于拦沙初期的运用阶段,五年来以水库异重流排沙为主,期间进行了三次调水调沙试验,绝大多数中粗泥沙拦在库内,进入下游的水沙量和过程均发生了显著变化,主要表现为:下泄水流含沙量低、泥沙颗粒较细、洪峰调平、汛期(7-10月)水量减少、非汛期水量增大。在这种水沙条件下,黄河下游河道持续冲刷,平滩流量增大,河槽趋于窄深、河床粗化,河势发生调整。     

VELOCITY DISTRIBUTIONS OF SUSPENDED SEDIMENT-LADEN FLOWS IN OPEN CHANNELS

This paper presents an analysis on the velocity distributions of steady,uniform suspended sediment-laden flows in open channels.The sediment particle-particle interactions and the buoyancy effects due to density stratification are taken into account respectively through the water-sediment mixture's constitutive relationship and an adapted Monin-Obukhov lengthscale to validate the theory for a wider spectrum of sediment concentrations.The developed model,with the same yon Karman coefficient as that of a single phase flow,is shown to be in excellent agreement with measurements of controlled experiments with both low and heavy sediment concentrations.