淤滩与刷槽之间有必然的联系

实测资料与动床摸型试验均表明，在洪水过程中淤滩与刷槽虽然同时发生，但它们之间并没有必然的联系。在多沙河流上洪水漫滩必然会造成滩地淤积，并在滩唇形成自然堤，阻断滩槽水流交换；主槽的冲刷发生在涨水期，在落水期不管含沙量大小，河床均处于淤积状态。漫滩后的清水在滩地上流动缓慢，远远小于主槽水流的运动速度，因此漫滩水往往在落水期才能汇入主槽，且只能起到减少主槽淤积的作用，无法改变由于洪水的非恒定性形成的落水期河床必然淤积的状态。实测资料表明，含沙量100～200kg／m^3的不漫滩洪水在涨水期仍可造成主槽的强烈冲刷。     

黄河下游漫滩洪水淤滩刷槽基本规律分析

通过分析黄河下游11场典型漫滩洪水的资料,探讨了发生漫滩洪水时滩槽水沙的交换模式及淤滩刷槽的机理。结果表明:1花园口—利津河段滩地淤积量随着花园口站来沙量的增大而增大,滩地淤积量越大,相应河段主河槽的冲刷量越大;211场典型漫滩洪水过程中,除1953年第二次大洪水槽滩均发生淤积,1988年、1996年主河槽冲刷量占滩地淤积量的比例较低外,花园口—利津河段主河槽冲刷量基本上为滩地淤积量的65%~99%;3漫滩洪水全断面冲淤量随含沙量的变化趋势与不漫滩洪水主槽冲淤量随含沙量的变化趋势基本一致。     

黄河下游漫滩洪水的淤滩刷槽作用

淤滩刷槽是指多沙河流发生漫滩洪水时出现的滩地淤积、主槽冲刷(或少淤)的现象,为多沙河流的主要特征之一。以黄河下游河道为对象,利用实测洪水资料,对漫滩洪水的滩槽水沙交换、主槽断面形态改善及其对滩槽冲淤的影响进行了研究。滩槽水沙交换及其引起的主槽断面形态改善是造成漫滩洪水淤滩刷槽的主要原因。淤滩刷槽可减少河道的总淤积量,并可改善河道的横断面形态。当漫滩洪水来沙系数小于0.012 kg·s/m~6及洪水漫滩系数大于1.5时,淤滩刷槽作用明显。为减少主槽及河道的淤积,其可作为漫滩洪水调度的调控指标。     

黄河下游漫滩洪水淤滩刷槽及淹没风险研究

黄河下游漫滩洪水具有较强的塑槽作用,同时存在较大的淹没风险。通过实测资料分析、实体模型试验和数学模型计算,对黄河下游大漫滩洪水淤滩刷槽作用及淹没风险进行了初步探讨。研究表明:对于漫滩系数大于1.5的实测大漫滩洪水,主槽冲刷量一般是滩地淤积量的0.35~0.80倍。在漫滩系数小于2.5时,主槽冲刷量增加不明显,但滩区淹没面积及淹没损失增加显著;在漫滩系数大于2.5时主槽冲刷量明显增大,其滩地淹没面积达到最大,淹没损失增加缓慢。     

黄河下游河道冲淤计算方法

本文介绍黄河规划治理中常采用的下游河道冲淤计算方法.黄河下游来水含沙量大,含沙量变幅大,河床边界条件复杂,特别是漫滩洪水及高含沙洪水,洪峰沿程传播变形及滩槽水流横向交换引起的滩槽冲淤变形均较明显.实际上是三维非恒定流的河床变形问题.本计算方法由黄河下游实测水沙资料分析求得黄河下游各水文断面主槽输沙公式,它反映了黄河下游各断面输沙率不仅与本断面水力条件有关,而且与上游断面来水含沙量有关.根据下游河道型态特性对河床边界条件进行概化处理,运用一维河床变形的三个基本方程进行河床变形计算.漫滩洪水采用马斯京根法进行洪水推演,将不断进行的滩槽水沙横向交换概化为分段进出的漫滩水流.在每小段进出口处进行滩槽水流混合及滩槽分流计算,在每小段内分别进行滩地和主槽的一维冲淤计算.经过三十余年实测资料验证,不论冲淤总量还是沿程各河段及横向滩槽冲淤分布均较符合实际.     

黄河下游游荡性河道双岸整治淹窄河段冲淤影响

通过研究黄河下游及渭河、北洛河等主要支流实测高含沙洪水的输沙特性与冲淤特性，发现：河道比降沿程虽然变缓，但是河宽会相应变窄，流速沿程增加，认为这是冲积河流保持洪水输沙准平衡的边界条件；底沙的运动速度比洪水波传播速度慢，是造成河道长距离冲刷的根本原因；洪水非恒定性是造成冲积河道输沙与冲淤特性的主要控制因素，由于作用在床面上的剪力(或功率)在涨水期迅速增加，落水期减小，因此必然造成涨水期河床强烈冲刷与落水时迅速淤积。通过分析动床阻力与输沙特性间的关系，发现当床面形态进入高输沙动平整状态后，河道输沙呈现多来多排状态。在实测比降相差10倍的条件下主槽均会发生强烈冲刷，因此认为比降在实测变化范围内对洪水造床、输沙作用影响不明显。黄河下游游荡性河道经双岸整治后将形成有利于排洪输沙的窄深、归顺、稳定的通道，进人下游窄河段的洪水造床和输沙作用增强，洪水对河道仍会产生冲刷作用。     

黄河下游漫滩洪水淤滩刷槽试验研究

利用"82·8"型不同量级漫滩洪水,进行了黄河下游漫滩洪水淤滩刷槽系列模型试验,结果表明:①漫滩洪水淤滩与刷槽之间有必然联系,滩地淤积量与主槽的冲刷量呈正相关关系,在同等水量、沙量条件下,滩槽冲淤量随洪峰流量的增大而明显增大;②不同量级洪水漫滩后,嫩滩的淤积量随洪峰流量的增大变化不大,二滩的淤积量随洪峰流量的增大而明显增大;③滩槽交换分三角形滩区交换和条形滩区交换,洪水过程中前者交换的频率大、时间短,后者交换的频率小、时间长;④上滩挟沙水流在运行过程中,具有明显的含沙量衰减及粒径分选作用,泥沙粒径分选细化的程度与含沙量衰减率呈正比,较大洪峰流量的上滩水流在三角形滩区上含沙量衰减率较大,较小洪峰流量的上滩水流在条形滩区上含沙量衰减率较大.     

黄河下游洪水期主槽水力因子变化研究

洪水过程中主槽平均流速和断面冲淤变化是影响下游河道排洪能力的主要因素。对黄河下游实测资料的系统分析结果表明，涨水期主槽平均流速随流量的增大而增加，但当主槽平均流速达到2.5m/s时，流速随流量的增加而增加的幅度明显减小，主槽平均流速和流量呈对数关系；洪水过程中主槽涨水期冲刷、落水期回淤，相应的冲淤面积与洪水流量的变幅呈较好的线性关系；涨水期主槽冲刷面积受含沙量的影响不明显。     

黄河下游漫滩高含沙洪水淤滩刷槽效果研究

采用定性和定量分析相结合的手段,分析了黄河下游漫滩高含沙洪水淤滩刷槽的效果。结果表明:黄河下游漫滩高含沙洪水淤积主要集中在高村以上河段,高村以下河段淤积量仅占全下游淤积量的3.2%;从同流量水位以及横断面的调整变化来看,高村以上河段的淤积主要集中在滩地,而主槽大多表现为冲刷;从滩槽淤积量分配来看,发生漫滩高含沙洪水年份整个汛期利津以上河段主槽淤积量占全断面淤积量的47.7%,而漫滩高含沙洪水期间主槽淤积量仅占全断面淤积量的10.3%。     

黄河下游游荡性河道双岸整治对窄河段冲淤影响

通过研究黄河下游及渭河、北洛河等主要支流实测高含沙洪水的输沙特性与冲淤特性,发现:河道比降沿程虽然变缓,但是河宽会相应变窄,流速沿程增加,认为这是冲积河流保持洪水输沙准平衡的边界条件;底沙的运动速度比洪水波传播速度慢,是造成河道长距离冲刷的根本原因;洪水非恒定性是造成冲积河道输沙与冲淤特性的主要控制因素,由于作用在床面上的剪力(或功率)在涨水期迅速增加,落水期减小,因此必然造成涨水期河床强烈冲刷与落水时迅速淤积。通过分析动床阻力与输沙特性间的关系,发现当床面形态进入高输沙动平整状态后,河道输沙呈现多来多排状态。在实测比降相差10倍的条件下主槽均会发生强烈冲刷,因此认为比降在实测变化范围内对洪水造床、输沙作用影响不明显。黄河下游游荡性河道经双岸整治后将形成有利于排洪输沙的窄深、归顺、稳定的通道,进入下游窄河段的洪水造床和输沙作用增强,洪水对河道仍会产生冲刷作用。     

优化小浪底水库调水调沙运用方式的建议

对小浪底水库运用以来黄河下游河道冲刷情况及调水调沙运用存在的主要问题进行了分析,并对调水造峰期间下游河床冲淤特性进行了研究。结果表明:经过小浪底水库10 a调水造峰与清水冲刷,黄河下游河道主槽排洪能力已经得到有效恢复,为利用洪水排沙创造了有利条件;连续10次调水调沙,冲刷效率逐步降低,且存在排沙期下游河道淤积、流量沿程增大等问题。洪水具有"涨冲落淤"的输沙特性,因此小浪底水库应改变目前落水时加沙的调水调沙运用方式,尽量在洪水涨水期集中排沙出库,一般情况不要再放平头峰,以提高下游河道的输沙效率。     

辽河干流河道演变与维持河道稳定的输沙水量研究

在对辽河干流河道冲淤演变特性观测研究的基础上，对维持河道稳定的输沙水量进行了分析计算。研究成果表明，辽河河道输沙水量与来沙量大小成正比，上中游河段输沙水量为16.15亿m3，下游河段输沙水量为26.22亿m3，辽河干流下游河段多年平均输沙水量小于不淤(高效)输沙水量，说明现有的来水量不足以维持下游河道的冲淤平衡，要保证下游河道不发生持续性淤积，还需要采取其它措施增加输沙水量，以便维持下游河道的相对稳定。     

三峡水库蓄水前后窑监河段年内河床演变分析

三峡水库蓄水后,窑监河段上游的来水来沙条件发生改变,使河床发生相应调整。三峡工程不仅引起该河段年际间水沙特征变化,含沙量显著减小,年内水沙过程也发生变化,表现为蓄水期流量减少,退水过程加快。根据现有实测地形数据,对三峡水库蓄水前后2002和2007年年内监利河段河床冲淤分布、横断面变化与航道条件进行了比较,并采用资料分析、数学模型等方法对航道条件变化的原因进行了分析。研究表明:三峡水库蓄水后,监利河段年内仍遵循蓄水前"涨淤落冲"的规律;汛期淤积强度较蓄水前减弱,汛后冲刷动力也有所减小,水沙不利年份时航道条件仍呈恶化态势。     

Engineering application of submerged water jets for sediment removal in a tidal riverbed

Sediment deposition problems have attracted the interest of engineers and researchers. Several experimental studies have been conducted on scour depth using turbulent jets. However, field observation and monitoring have rarely been reported. This study aimed to eliminate sediments on a tidal riverbed using a prototype device, which consisted of a set of submerged vertical water nozzles and submerged horizontal air nozzles. The effectiveness of the water jet in sediment removal during spring and neap tides was evaluated. The quantitative relationships of dimensionless parameters, such as (1) the relative sediment scour volume versus the number of flows from the jet exit, (2) the relative sediment scour volume versus the relative scour depth, and (3) the relative scour size versus the relative jet intensity, were analyzed. The results showed that the freshwater flowing to the sea affected the sediment scour volume during the falling cycle of spring tides. In contrast, the rising cycle of spring tides retarded the freshwater flow, resulting in a decrease in the sediment scour volume. A steep water surface slope accelerated the river flow and further influenced the cross-flow current around the study area. As a result, a highly diffusive turbulent flow was produced, causing suspended sediments to be rapidly removed from the scour hole center. An increase in the number of flows from the jets led to intensified diffusion of turbulent energy into the flow. The rapidly varying water depth caused jet energy to be dissipated before approaching the riverbed, and it significantly affected the scour process during the spring-tide period. The proposed equations can be used to estimate the scour volume, scour size, and re-suspended sediments in tidal rivers within defined ranges of parameters.     

黄河下游泥沙沉积汇对入海悬移质泥沙粒度的影响

黄河下游泥沙沉积汇在黄河流域系统的泥沙收支平衡(Sediment budget)中起着重要的作用。通过河床主槽中泥沙的淤积和冲刷,运动泥沙的组成发生变化;通过滩地上泥沙淤积和河岸坍塌,河漫滩上前期淤积的泥沙与洪水所挟带的泥沙发生交换,使悬移质泥沙的组成发生变化。泥沙冲淤量对不同粒径组入海泥沙百分比的影响是不同的。小于0.01mm细泥沙的百分比与下游河道淤积量呈正相关,0.025~0.05mm和大于0.05mm的较粗泥沙的百分比与下游河道淤积量呈负相关。入海泥沙平均粒径与深泓年摆幅之间也存在着负相关关系。自20世纪60年代,中期以来,特别是自80年代中期以来,由于黄河下游径流量显著减小,黄河下游河道发生萎缩,河宽减小,因而主流线的摆动幅度也显著减小。这使得原来十分强烈的河岸侵蚀和滩槽泥沙交换强度大为减弱,主槽洪水得到的来自河岸侵蚀的细粒泥沙越来越少,因而使入海泥沙粒径变粗。     

黄河下游洪水期断面调整对过洪能力的影响

水位表现是水流与河床边界相互作用的客观反映。对于不同的河流二者所起的作用各不相同，一般河流，河床变形不显著，水位主要依赖于流量的大小而变化；而像黄河这样的多沙河流，周界变化迅速，尤其是洪水期，槽冲滩淤，涨冲落淤，断面调整对水位影响很大。文中从定性到定量对中低含沙量的各级洪水，主槽冲刷对过洪能力的影响进行了详细分析，成果对防洪有指导意义。     

大洪水条件下黄河下游河道冲淤及滩区安全

在大洪水期行洪滞洪沉沙是黄河下游宽滩区的主要功能之一。近十几年来,随着黄河水沙的变化和小浪底水库的建成运用,对宽滩区运用方式的争论更为激烈,却一直缺乏系统的对比研究。为此,黄科院利用小浪底至陶城铺河道实体模型,采用2013年汛前地形,开展了黄河下游宽滩区是否修建防护堤两种不同运用方式下,大洪水期的洪水演进试验,通过对比分析不同运用方式下的下游河道在冲淤演变、洪水位变化和滩区防洪安全等方面的问题,探讨了大洪水条件下黄河下游河道冲淤及滩区的安全形势,以期为黄河下游河道治理措施的决策提供科学的参考依据。结果表明,宽滩区修建防护堤后,中常高含沙洪水条件下主槽淤积量小于不修防护堤方案,大洪水条件下主槽冲刷量大于不修防护堤方案,说明主槽过流能力和输沙能力均有所增大。但是,修建防护堤后的嫩滩淤积量,两种洪水条件下均呈现出明显大于不修防护堤方案,河道的横断面形态和"二级悬河"形势均有所恶化。同时,由于目前地形条件下夹河滩以上河段主河槽过流能力达到了6 000m3/s,洪水向下游的演进速度和水量明显增加,导致高村以下的洪水位比不修防护堤时显著提升,增大了高村以下河段的防洪压力,滩区的防洪安全受到严重威胁。     

增大主槽过流能力 淡化生产堤存废之争

从大洪水发生几率大幅度减小、下游河道具有极强的泄洪输沙能力、刷槽和淤滩没有必然的联系等方面,论述了目前条件下黄河下游滩区生产堤存在的合理性。同时指出:三门峡水库"蓄清排浑"运用的减淤作用已经使花园口以上河道基本不淤,温孟滩已经成为小浪底水库的移民区;小浪底水库投入运用以后,下游河道平滩流量增大,但夹河滩以上河道依然宽浅散乱,急需采用双岸整治措施形成稳定的窄深河槽;通过小浪底水库泥沙多年调节优化水沙组合,将泥沙调节到洪水期输送,可以控制河道主槽不抬高。只要主槽过流能力增大了,洪水漫滩几率就会减小,生产堤存废的争论自然得到淡化,滩区问题就能得到合理的解决。     

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。     

非均质河床双排桥墩局部冲刷数值模拟研究

精确模拟山区河流非均匀沙质河床桥墩的局部冲刷对桥梁设计和安全运行具有重要的意义。以黑石渡大桥河床床沙特征为背景,采用Flow3D软件开展非均匀沙质河床上双排圆柱形桥墩冲刷三维数值模拟研究。为考虑河床非均匀泥沙的悬移质运动、泥沙挟带、推移质输运等过程,在数值模拟过程中,根据非均匀沙质河床的颗粒分布曲线,对所筛取的各个级配范围内的颗粒采用其对应的中值粒径来表征。模拟得到了双柱排桥墩局部流场结构、河床的冲淤变化和上下游桥墩周围冲刷坑形态。研究表明:受桥墩阻水作用影响,墩前壅水、墩后跌水现象明显。墩周冲刷坑基本贯通整个墩周区域,受上游墩保护作用影响,下游墩冲刷坑的发育深度和规模小于上游墩。将数值模拟结果与试验结果进行了对比分析,二者吻合较好。研究成果可为深入开展非均匀沙质河床桥墩局部冲刷研究提供参考。