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1.
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不同来水来沙条件下山区河流的河床响应试验研究
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郑媛予 王慧锋 王海周 王协康《四川大学学报(工程科学版)》,2017年第49卷第Z1期
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山区河流受季节性水文条件及产沙过程的影响，水沙条件变化频繁。尤其是暴雨山洪频繁挟带大量泥沙进入河道，从而引起河床急剧调整。本文以龙溪河典型河段为研究对象，通过调查天然河道的地形、床沙组成及来水来沙特性，开展了系列水沙模型试验，突出分析了来水来沙条件变化的河床响应。试验包括不同流量下清水冲刷和恒定流量下改变泥沙补给条件两种对比方案。以泥沙起动条件的沙莫夫公式判定方法，分析比较了不同工况条件下的断面泥沙起动流速和水流运动平均流速的关系，揭示了不同断面间泥沙冲淤特性及河床变形特点。在此基础上，探讨了河道沿程水位变化及致灾范围，对比分析表明，龙溪河在清水来流条件下，即使通过最大流量300m3/s，洪水位也未超过龙池镇堤防高程，即清水来流条件一般不会影响龙池镇的防洪安全。若大量泥沙下泄至主河道，龙池镇段由于河床比降变缓与河道展宽等床面形态的变化，水流平均流速显著降低，携沙能力减小，引起大量泥沙淤积，致使水位陡增，甚至出现漫滩现象，存在显著的防洪安全隐患。随着泥沙补给量的不断增加，河床不同区域输沙动力的调整制约了泥沙的输移距离，从而引起局部区域河床的淤堵，并导致洪水位的增加，甚至产生漫滩洪水并诱发洪水灾害。研究表明，山区河流泥沙补给对河床响应及水沙灾害具有重大的影响，来水来沙变化下的水沙运动致灾机理急需深入研究。
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2.
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山区河流河床形态与水沙变化下的水位响应机理研究
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王海周 张晨玲 郑媛予 王协康《四川大学学报(工程科学版)》,2017年第49卷第5期
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山区流域暴雨山洪、滑坡、泥石流等灾害频发，大量泥沙以不同方式进入河道，河床形态在极短时间内迅速调整。在宽窄相间河段水流输沙能力差异较大，展宽段常因挟沙能力的降低而淤高河床，致使水位陡增，引发洪水灾害。为探讨山区河流宽窄相间河段与泥沙补给变化下的水位变化致灾机理，以室内物理模型系列试验结果为依据，分析不同流量定床清水时河床形态参数与各水力参数的变化关系，以及泥沙补给变化对河床形态及水流参数的影响。试验表明：上游泥沙补给量及河床形态是影响水流流态、水位变化的重要因素；定床清水条件下，河宽与比降的局部急剧调整影响水流参数变化，水流对河床变化的响应具有滞后性；当上游有泥沙补给时，水深变化较清水来流明显；随着来沙量的增大，大量泥沙淤堵河道且呈现溯源淤积的趋势，并淤高河床；在淤积段顶端，水流发生水跃现象，水位陡增，甚至出现漫滩致灾。由此可见，上游来沙及水流挟沙能力的降低将引起河床不同程度的落淤，造成河床形态改变，特别是在宽窄相间河段泥沙易落淤，水位增幅较大，为洪灾泛滥区，应作为水沙灾害的重点防治区域。
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3.
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山区变比降河道卵砾石溯源淤积的数值模拟
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雷明 余海逖 许泽星 王协康《工程科学与技术》,2019年第1期
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山区河床组成多为宽级配卵砾石颗粒、沿程河床比降陡缓相接,受泥沙补给及水流过程影响,不同河段冲淤变化复杂多变,溯源淤积引发山洪现象频繁发生。为探究泥沙补给条件的变化对于山区河流河床冲淤变形以及水位变化的影响,作者以变坡陡比降河道为研究对象,通过计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)与离散元(discrete element method,DEM)耦合的方法对不同来水来沙条件下典型山区河道中卵砾石的溯源淤积过程进行了数值模拟,并将计算结果与室内水槽试验结果进行了比对。计算结果表明:强输沙水流由陡比降河道进入缓比降河道后,泥沙一旦在下游发生淤积,便会迅速向上游传播,进而导致河床大范围淤积抬高。溯源淤积的起始位置,发展速度以及淤积床面的厚度与上游泥沙补给强度、水流速度、颗粒粒径等因素有关,来流流量越小、泥沙补给强度越大,溯源淤积的起始位置越靠近河道上游,淤积发展速度越快,淤积床面厚度越小。泥沙淤积会导致淤积段沿程水位显著升高,在淤积锋面处,水位变动最为剧烈,水位增加明显,随着溯源淤积的继续发展,该位置处的水位会稍加回落并且趋于稳定。由此可见,山区河流泥沙补给条件的改变对于河床变形以及水沙灾害具有重大的影响,为揭示山洪泥沙灾害的致灾机理提供了理论基础。
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4.
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山区河流形态对不同来沙过程的响应试验研究
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张晨玲 关见朝 方春明 王协康《泥沙研究》,2018年第2期
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山区流域突发性暴雨洪水常携带大量泥沙及石块进入河道,使河流形态急剧改变,引发局部区域水沙灾害。结合野外调查与室内物理模型试验,探讨了不同来水来沙条件对宽窄相间和比降骤变河段河床形态的影响,研究了泥沙落淤发展趋势及河床演变特征。结果表明:上游有泥沙补给时,泥沙在宽窄相间河段落淤,呈现溯源淤积现象,流量越小,泥沙淤积向上游发展的速度越快,铺床作用明显,堆床作用较弱;随流量增大,淤积锋面向上游发展速度减小,铺床作用减弱,堆床作用增强。下游河段泥沙落淤使得原有的局部河床抬高,纵比降减小,落淤趋势进一步发展扩大,泥沙输移与河流形态之间形成一种互馈机制,相互影响制约。
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5.
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泥沙补给突变下的山洪灾害研究构想和成果展望
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王协康 刘兴年 周家文《工程科学与技术》,2019年第4期
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全球山地面积占陆地面积的30%,每年有超过5 000人死于山洪灾害。中国山洪灾害防治区面积占陆地面积的48%,居住人口占全国人口的44.2%。2000年以来,中国每年约1 000人因山洪灾害死亡,山洪灾害死亡人数占洪涝灾害死亡人数的70%左右。山地区域地形险峻,地表破碎,表层风化层厚,局地暴雨频发,洪水陡涨猛落,沟床冲淤调整剧烈,山洪水沙运动耦合致灾突出。山洪灾害防治已成为中国工农业、能源、交通、国防安全等国家重大工程基础建设、区域社会经济发展和人民生命财产安全面临的突出难题,暴雨山洪灾害研究仍是中国当前防洪减灾工作的重点和难点。面对严峻的山洪水沙灾害风险形势,传统忽略泥沙运动影响的防灾理论与技术难以解决山洪水沙耦合致灾问题,无法满足目前重大山洪水沙灾害防治的实际需求,突出表现为泥沙补给突变对重大山洪灾害的成灾效应认识不够、山洪水沙运动耦合成灾区识别不清、山洪水沙灾害防治技术针对性不强、山洪水沙运动防灾减灾的区域联动性考虑不全等。因此,急需通过系统梳理暴雨山洪水沙运动规律,实现山洪水沙耦合成灾理论创新,提出重大山洪水沙灾害的源头治理和区域全面防范的有效措施,显著提高中国山洪水沙灾害防治技术水平,为保障国家重大工程安全和人民生命财产安全提供理论基础和技术支撑。长期以来的暴雨山洪灾害预报预警理论及防治技术研究多以降雨–径流–水位分析为主,以临界降雨/水位阈值条件为判据,较少涉及泥沙补给突变引发的沟床剧烈调整致灾机制,而大量的暴雨山洪灾害现场表明泥沙补给与洪水的耦合作用是重大山洪灾害的关键源动力。"泥沙补给突变下的山洪灾害研究"项目以山区暴雨山洪灾害现场调查与灾害试验反演模拟为基础,采用水文学、土力学、水力学及河流动力学等理论方法和水沙运动数值模拟技术,突出研究山区小流域暴雨洪水、坡地破坏产沙、宽级配卵砾石输沙以及沟床来沙超量补给的水沙运动耦合致灾过程。通过系统研究山地区域暴雨洪水及其产沙特征、复杂沟床输沙动力,以及超量泥沙补给下的水沙运动及其沟床响应规律,以揭示山地区域暴雨山洪过程与泥沙补给突变的沟床响应致灾机理,为山地区域山洪灾害预警及灾害防治提供依据,并及时丰富和完善暴雨山洪灾害所涉及的水沙运动规律与沟床响应致灾防治技术。
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6.
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近40年来长江上游干支流悬移质泥沙粒度的变化及其与人类活动的关系 被引次数：12
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许炯心《泥沙研究》,2005年第3期
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以实测资料为基础,研究了长江上游干支流5个代表站即金沙江屏山站、岷江高场站、乌江武隆站、嘉陵江武胜站和长江宜昌站的悬移质泥沙粒度随时间的变化。研究发现,近40年来长江上游不同的水沙来源区和干流控制站的悬沙粒径均呈现出明显的减小趋势。长江上游干支流悬沙粒径的细化趋势,与水库的修建有密切的关系。长江上游的水库均以蓄水发电和灌溉为目标,水库拦截了来自库上游流域的泥沙,其中粗颗粒部分淤积在库内,使得经水库下泄的泥沙显著变细。长江上游干支流绝大多数河流为沙卵石河床或基岩河床,已建水库下游河道均为沙卵石河床,通过水库下游的冲刷得到的细泥沙补给是很有限的。由于床沙中含细颗粒泥沙少,水库下泄的清水无法通过冲刷河床来得到大量泥沙的补给,故经过长距离的水流-河床相互作用后,因水库拦沙而显著变细的悬沙粒径不会因河床冲刷而明显增大。长江上游流域内大规模的水土流失治理收到了明显成效,使重点产沙区的产沙量减小。各种水土保持措施的实施,拦截了较粗的泥沙,也会使进入河道的泥沙粒度变细。运用多元回归分析方法,研究了不同水沙来源区悬沙粒度的变化和两个重点产沙区产沙量的变化,对宜昌站悬沙粒度变化的影响。运用所建立的多元回归方程式,可以根据上游各站悬沙粒径特征和两个重
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7.
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山区河流宽窄相间河段山洪水沙输移2维数值试验 被引次数：1
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闫旭峰 许泽星 孙桐 王协康《四川大学学报(工程科学版)》,2021年第53卷第6期
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山区河流山洪过程常挟带大量泥沙，并引发河床剧烈变形，尤其是宽窄相间河段河床急剧调整、水位陡涨极易增加展宽河段的洪水淹没风险，深入研究山洪演进的水沙输移及河床变形对于防洪减灾具有重要意义。本文采用二维水沙动力学数值试验探究了上游来沙变化条件下宽窄相间河段水沙输移及河床变形过程。结果表明：当上游来沙充足时，洪水携带泥沙在展宽段淤积、缩窄段冲刷，河床在泥沙输移过程中整体上抬；而当上游没有来沙时，河床整体呈现下切趋势。究其原因，主要在于河道饱和输沙导致河床整体淤抬，而河床淤抬导致上游水位陡涨增加水面比降，床面切应力变大，从而提高河道输沙率，而宽窄河段床面起伏则增大床面形态阻力，促使上游水位上涨；泥沙来量较少时，河床冲刷为主，水位下降、水面比降趋于变缓。
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8.
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云南浑水沟泥石流与大盈江河床演变
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王士革《泥沙研究》,2005年第5期
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通过对浑水沟泥石流治理前后,泥石流输沙量变化与大盈江南底河段河床演变关系的研究,指出泥石流沟对主河河床演变影响的主要原因是,支沟泥石流输入主河泥沙数量的急剧变化改变了主河的来沙条件,导致主河河床的剧烈演变。当支沟泥石流输入主河的泥沙量大于主河输沙量时,主河河床将上涨,在宽谷或山间盆地可形成与平原河流相似的游荡性河流;当支沟泥石流输入主河的泥沙量小于主河的输沙量时,主河河床将下切,并逐渐恢复山区性河流的特征。
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9.
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山区河流植被洲滩河段水沙运动特性试验研究
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叶晨 许泽星 关见朝 方春明 王协康《四川大学学报(工程科学版)》,2020年第52卷第1期
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山区河流受水沙条件和河流形态影响，植被洲滩发育丰富，显著改变局部河段的水沙运动及其演变特征。基于室内洲滩模型自然生长植被的水沙试验，探讨了植被与泥沙补给对洲滩河段水流结构及冲淤变形的影响。试验结果表明：植被茎叶加大对水流扰动，减缓水流流速，上游补给泥沙在植被周围形成小型沙丘，以波状输移为主；大量来沙条件下，泥沙多落淤洲头及洲尾，促使洲滩的快速发育；淹没植被枯萎，茎叶凋落，加剧洲头及洲滩两侧坡脚冲刷；植被与上游来沙显著影响洲滩汊道分流特性，加沙和植被茎叶部分促使左汊分流比降低。因此，山区河流植被与上游泥沙补给调整洲滩汊道过流能力及发育过程，对植被洲滩河段的水沙运动产生较大影响。
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10.
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山区河流河床对漂石的突变响应及其近底水流结构特征 被引次数：1
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叶晨 王海周 郑媛予 董晓 王协康《四川大学学报(工程科学版)》,2017年第49卷第3期
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山区河流受暴雨洪水、滑坡和泥石流等灾害的影响，漂石颗粒在河床不断集聚，从而改变局部区域的河床形态及其水流结构。本文基于对野外典型漂石河段的调查和室内概化水槽试验，指出了河床变形及水流运动对漂石的突变响应特征。试验床面分别预铺粒径为2.5mm和7.5mm的均匀沙，并在其上放置粒径为15.7cm的天然漂石，利用声学多普勒测速仪和全站仪测量漂石局部区域的水流结构及河床冲淤地形。试验分析表明：漂石河床局部调整受相对淹没度和床沙粒径的影响，随着相对淹没度的变化，冲坑深度及范围也随之调整，但淤积的最大高度值则趋于稳定；床沙粒径与冲坑深度、范围呈现出较好的线性正相关关系，但其对后者的影响要远大于前者。漂石河床的局部响应主要是因为漂石的存在促使了其局部区域的水动力条件变化。在无床沙工况下，漂石局部近底流速分布随着相对淹没度的变化而变化，而在有床沙工况下，其对相对淹没度的变化却并不敏感，但它们都较为符合对数分布。漂石局部的紊动强度及紊动耗散均在漂石下游的△x≤1.5D范围内出现陡增现象，且随着床沙粒径的增加，紊动强度陡增的幅度变小，其影响范围也随床沙粒径及相对淹没度的变化而变化。因此，山区河流河床漂石对水流运动及河床变形的作用主要表现在局部近底水流结构及紊动统计特征出现陡变特征，从而引起局部冲淤程度加剧，对河床的水沙运动及其稳定形态产生较大影响。
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11.
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圣海伦斯火山爆发对图特河北汊河床演变的影响
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郑珊 吴保生《水力发电学报》,2013年第32卷第4期
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受1980年美国华盛顿州圣海伦斯火山爆发的影响,图特河北汊的流域特性、水沙条件和河床边界条件均发生了巨大变化,河流的调整和响应十分迅速,为研究河流受突发剧烈扰动后的河床再调整过程提供了一个很好的范例.本文选取图特河北汉上中游14个测量断面为研究对象,收集了近30年来的水文泥沙和断面资料,对河道的垂向、横向及纵向的形态调整过程进行了全面分析.结果表明,图特河北汉在火山爆发后前3年内的调整最为迅速,后期调整逐渐减缓,并向平衡状态发展,显示了河流受到扰动后调整速率逐渐衰减的重要特征,这一特点是冲积河流自动调整的反映.图特河北汉河床的调整在空间上呈现上冲下淤的特点,河流正是通过河床上冲下淤的调整方式,使得河道比降整体不断变缓,水流能量降低,上游河道冲刷减弱,进而使河流逐渐向平衡状态发展.此外,河岸崩塌展宽也是图特河北汉调整的重要方面,上游源区段和峡谷段的河岸侵蚀主要由河床持续冲刷下切导致,而宽谷段河岸的崩塌主要是由于河道的横向摆动引起.
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12.
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山区河流河床基岩暴露与沙卵石覆盖反常关系研究——以陇西河为例
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顾继一 范念念 刘兴年《四川大学学报(工程科学版)》,2017年第49卷第Z1期
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山区河流不同河段的河床形态常处于基岩暴露与沙卵石覆盖的相间变化中。野外调查发现，至少在青藏高原与四川盆地过渡带，不少河流出现了坡度大反而沙卵石覆盖多，坡度小反而基岩暴露多的现象。为了研究该反常规律，以岷江二级支流陇西河为例，进行了多次野外观测与数据采集，通过提取流域地形数据，得到并分析其干流沿程剖面，并结合已有的室内水槽实验研究结果，进一步说明床面沙卵石的运动情况与分布特性，得到以下结论：陇西河流域岩性以砂岩为主，干流从上游向下游依次出现陡、缓、陡、缓交替的四段，平均坡度依次为8.1%、0.2%、6.2%和1.2%，较陡的两段全部沙卵石覆盖而较缓的两段全部基岩暴露。产生这种现象的原因：一是较陡段泥沙颗粒通过两侧山体崩塌滑坡侧向补给，床面大尺寸漂石与周围的较细颗粒会逐渐形成相对稳定且水流阻力大的自锁结构，且床面粗糙，有助于提高床面抗冲刷性，抑制基岩的暴露，因此导致输送到下游较缓段的输沙率很低；二是砂岩颗粒岩性较软，少量被输移到下游的颗粒容易破碎成更小的颗粒，更容易被输移，使得较缓段基岩暴露现象突出。较陡段被沙卵石覆盖，将有效抑制窄深处基岩河床的侵蚀下切速率，从而进一步影响相关流域地貌的演化，如增加河流袭夺的机率。
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13.
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山洪携带泥沙引发的山区大比降河流水深变化规律研究 被引次数：1
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侯极 刘兴年 蒋北寒 杨奉广《水利学报》,2012年第Z2期
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山洪常常携带大量泥沙进入山区河道,运动的泥沙从水流中吸收能量,增大了水流阻力从而使水位额外升高.本文通过大比降水槽试验模拟该现象,试验结果表明泥沙进入河流后因颗粒间的碰撞、运动吸收能量导致阻力增大,水深增加;水深受携带泥沙粒径、输沙率、床面形态、底坡与水流的影响.最后分析以上的各因素对水流阻力的变化规律,推导出泥沙进入河道情况下山区大比降河流水深的变化,建立起水流挟沙后水深变化的经验表达式.
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14.
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来沙条件变化对河床形态及推移质运动的影响 被引次数：1
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王强 聂锐华 范念念 刘兴年《四川大学学报(工程科学版)》,2016年第48卷第Z1期
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摘要：针对山区河流的来沙条件的不确定性导致的河流形态变化的问题，根据J . G. Venditti的系列来沙条件变化水槽试验成果，引入无量纲参数河床结构强度Sp,充分考虑推移质泥沙运动特性，探讨了来沙条件变化对卵石河床形态、推移质输沙率和河床级配的影响。结果表明:在已经粗化的河床上加入细沙会对河床形态、推移质输沙率和河床级配产生影响。加入细沙会造成河床重新出现冲淤变化，底坡变大，冲刷变严重，最终降低河床结构强度Sp；加沙会增大推移质输沙率，其中中值粒径为3mm的细沙运动表现为行进推移质，而中值粒径为8mm的粗沙运动表现为结构推移质；加入细沙后会细化河床，且加入的粒径越小，细化效果越明显，加入中值粒径为3mm的细沙后推移质的中值粒径先减小后增大，与加入中值粒径为8mm的粗沙后推移质的中值粒径先增大后减小相反。
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15.
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顺直型展宽航槽沿程水沙运动规律试验研究
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李福建 黄胜 谢玉姝 刘超 刘兴年《工程科学与技术》,2018年第4期
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由于山区地势原因,山区卵石航槽几何形态时常由窄深突然转变为宽浅,引起水沙运动特性的改变。本文开展了概化模型试验,研究了单一航槽(窄深段)到复式展宽航槽(宽浅段)水沙运动沿程变化规律并开展了机理分析。在不同上游来流条件下,测量了主航槽中心线沿程水位以及滩槽流速,用于探究水流特性的沿程变化规律。同时,开展了床面切应力测量和推移质试验用于判断推移质在粗化层不发生破坏的山区河道中的运动状态。试验结果表明,航槽几何形态变化明显影响水沙运动,水深在窄深航槽段与宽浅航槽段交界处附近变化最为明显;上游窄深航槽段与下游宽浅航槽段稳定水深的差值随着来流量的增大而增大;主航槽断面平均流速从窄深段逐渐增加,在窄深和宽浅断面交界处附近达到最大值(约为上游窄深段断面平均流速的1.5倍),而后逐渐降低直至稳定(约为上游窄深段断面平均流速的0.8倍);推移质淤积试验结果表明,可通过比较床面摩阻流速与推移质临界起动摩阻流速来判断推移质的运动状态,当满足淤积条件时,绝大部分推移质会停止运动并淤积在下游宽浅航槽段。在山区卵石航槽中,当河床粗化层不发生破坏,可通过直接比较局部航槽段床面摩阻流速与推移质临界起动摩阻流速来预测推移质运动或淤积情况。
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16.
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弓江口水利枢纽下游河道重建平衡过程分析
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封光寅 李光辉 周晓英《人民长江》,2006年第37卷第12期
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丹江口水利枢纽修建运行后，形成清水下泄，作为冲积型河流的下游河道将失去原有平衡。河流为了适应新的水文情势必重新建立平衡。自丹江口水库运行以来，下游河道的水沙变化，使泥沙运动和河道形态进行了新的调整。由清水下泄而引发的冲刷、下切、崩岸等河流造床活动，导致形成了新的抗冲层和与之相适应的新的河床坡降、过水断面等水力因素，使河槽的挟沙能力减低，以适应急剧减少的上游来沙量，使河道建立起新的平衡。
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17.
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丹江口水利枢纽下游河道重建平衡过程分析
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封光寅 李光辉 周晓英《人民长江》,2006年第37卷第12期
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丹江口水利枢纽修建运行后,形成清水下泄,作为冲积型河流的下游河道将失去原有平衡.河流为了适应新的水文情势必重新建立平衡.自丹江口水库运行以来,下游河道的水沙变化,使泥沙运动和河道形态进行了新的调整.由清水下泄而引发的冲刷、下切、崩岸等河流造床活动,导致形成了新的抗冲层和与之相适应的新的河床坡降、过水断面等水力因素,使河槽的挟沙能力减低,以适应急剧减少的上游来沙量,使河道建立起新的平衡.
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18.
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沙波运动对冲积河流悬移质冲刷不平衡输沙的影响 被引次数：2
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钟德钰 王勤香 丁 赟《水利学报》,2005年第36卷第12期
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基于冲积河流河床活动交换层动力学基本方程和悬移质不平衡输沙方程，利用数值方法计算了冲积河流冲刷不平衡输沙过程。结果表明，冲积河流床面沙波准周期性运动的动力学特征影响了河床中泥沙暴露至河床表面的速度，延缓了河床冲刷时由河床表面补充到水体中的速度，从而对悬移质不平衡输沙产生显著影响。分析结果同时表明，悬移质冲刷不平衡输沙恢复饱和系数的理论值是在不考虑沙波运动对河床内部泥沙暴露到河床表面的速度的制约条件下得到，使得理论值大于经验统计值。
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19.
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宁蒙黄河治理对策
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张红武 方红卫 钟德钰 王新军 李振山 黄河清 张俊华 安催花 刘青泉 李颖曼《水利水电技术》,2020年第51卷第2期
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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。
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20.
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山区河流推移质运动的野外试验研究
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余国安 王兆印 张康 黄河清《水利学报》,2012年第43卷第6期
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山区河流推移质运动与河床结构发育程度之间紧密联系,认识这种联系有助于揭示山区河流的推移质输沙规律。通过专门设计制作的推移质运动观测-视频采集系统和河床结构发育程度测量装置,对河床结构发育良好、部分发育及无河床结构(平整床面)三种典型床面条件的山区河流推移质颗粒运动进行了观测分析,并初步研究了推移质运动和河床结构发育程度的制约关系。试验发现,河床结构发育良好时,推移质输沙率很低,推移质输沙主要通过跃移运动实现;河床结构部分发育时,颗粒跃移强度上升,并逐渐有颗粒突破结构束缚,在床面滚动(间或滑动);无河床结构条件下,滚动(间或滑动)和跃移输沙均为推移质输沙的重要方式;如果水沙浓度达到一定值,可能发生层移质运动,滚动(滑动)输沙超越跃移输沙成为推移质输沙的主要方式。宏观上看,山区河流推移质输沙和河床结构发育程度之间相互制约。对同一河段,当水流功率不变时,推移质输沙率和河床结构发育程度之间在对数坐标下基本呈线性负相关关系。
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