黄河上游高含沙水流交汇区河床形态及冲淤变化规律

黄河上游交汇区为典型的高含沙水流交汇区,支流高含沙洪水往往引起剧烈的河床形态调整及冲淤变化。利用室内模型实验、野外观测资料,研究了支流高含沙洪水入汇干流后,交汇区变化过程及冲淤计算方法。研究表明,交汇区河床形态包括壅水区淤积沙坝、分离区沙洲、输水输沙主槽及分离区以下河段的沙洲等基本元素。进入交汇口上游壅水区的泥沙全部落淤,淤积量随高含沙洪水沙量的增加呈线性线增加;提出的交汇口以下河段的泥沙淤积模式,揭示了泥沙淤积的主要影响因素为支流高含沙洪水沙量、汇流比、恢复饱和系数等,支流高含沙洪水沙量的作用更为明显,该模式可以定量描述交汇口以下河段的泥沙淤积。支流高含沙洪水形成的淤积沙洲的冲刷,取决于干流洪水流量及持续时间。黄河上游交汇区的淤积沙洲,较优的冲刷流量为2000 m3/s左右,冲刷历时为10天左右。     

三峡水库首次蓄水对泥沙输移特性的影响

以2003年三峡库区及坝下游水文站水沙整编资料为基础,分析了水库上游来水来沙情况,并与2002年比较,讨论了不同阶段水库悬移质泥沙输移的不同特征。结果表明,在水库135m蓄水以前,库区河道微冲;蓄水期间排沙比最小,仅10%左右;两次蓄水过程后排沙比约15%左右;全年排沙比约30～40%,其中约85%左右的泥沙输移是在两次洪水过程中完成的,两次洪水过程排沙比近50%。来水来沙量大时,泥沙主要淤积在万县—大坝区间,来水来沙量小时,主要淤积在清溪场—万县区间。水库的输沙特性主要受库尾地形、水面比降、流量、含沙量等因素的影响。     

水沙条件变化对青岩子河段泥沙淤积和河势变化的影响

三峡水库入库水沙条件及蓄水进程的变化必然影响青岩子河段的淤积发展过程.蓄水以来的实测资料与可行性论证阶段的成果对比表明,该河段淤积部位基本相同,但淤积数量和范围有所缩小.应用平面二维水沙数学模型,在利用蓄水后实测资料进行验证的基础上,对小同水沙条件下该河段的泥沙淤积和河势变化进行了模拟,60系列结果与已有研究成果基本一致;90系列山于来沙减少且细,同期淤积数量和范嗣缩小,河型转化时间推迟;上游建库的综合作用将使淤积发展过程进一步减缓,但随着上游来沙量逐渐恢复,河型转化仍将发生.三峡水库蓄水后,水沙条件变化仅改变了该河段的淤积发展速率,主要淤积部化及总体演变趋势末发生明显变化,主支汉易位过程中,仍存在碍航问题.     

三峡水库库区香溪河河口泥沙淤积特性研究

三峡水库库区分布有大小66条支流,水库蓄水后大部分支流河口段淤积明显,常年回水区内部分支流口门形成类似拦门沙的淤积体,可能对水库库容及支流航运造成影响。本文以香溪河河口段为例,分析其泥沙淤积特性及成因。结果表明,2006—2011年香溪河河口段约6.6 km范围内淤积泥沙241万m3,2002—2015年河口段深泓平均抬高7 m以上,口门附近断面最大抬高约12 m,淤积幅度大于干流河段。香溪河河口段淤积的泥沙以干流倒灌为主,随着干支流来沙量减少,其河口泥沙淤积将趋缓。     

入湖三角洲形成过程与淤积形态变化的实验研究

入湖三角洲的形成和发展过程是冲积河流演变的重要组成部分，三角洲尾闾水道生成、地貌演变机理更是河流动力学研究中的重点问题。利用自然模型法对入湖三角洲形成与形态发展过程进行模型试验，通过改变上游来沙和下游水位探究不同边界条件对三角洲平面形态、纵向推进、横向展宽及垂向抬高的影响。三角洲堆积体先呈舌状推进，随后随朵体的生长而变化，其长宽比先迅速增大后逐渐减小。上游来沙量越大，三角洲长宽比越小，下游水位越高对三角洲尺寸抑制越明显。三角洲纵向推进和横向展宽都呈现先迅速增长，后进入相对平稳期，并出现“台阶式”增长的趋势。来沙越多，横纵推进速度越快，越早出现突变式的增长。水位越高，三角洲越早以较小尺寸进入平稳期，突变周期越长，增长值越小。泥沙主要落淤在三角洲中下游，但较多来沙量会促使泥沙淤积在上游，并使上游河槽深度减小，中下游横截面坡度增大，三角洲整体纵向坡度也增大。     

水沙条件变化对三峡水库泥沙淤积的影响

三峡水库上游来水来沙变化必然影响水库淤积发展过程,进而影响航运状况。本文运用一维及二维泥沙数学模型计算分析了上游水沙条件变化对三峡水库泥沙淤积及航运的影响,一维计算结果表明,90年代相对于60年代来沙变少变细后,三峡水库的淤积发展过程将明显减慢,淤积部位偏下,并且平衡淤积量也相对于60年代水沙情况下减小;上游建库的综合作用将延缓三峡水库的淤积发展过程,上游建库情况下,变动回水区河段在三峡水库运用40年内不会出现泥沙淤积问题;重庆河段整体呈现冲的趋势,100年内基本不发生淤积。二维计算结果表明,相对于上游无库情况下,上游干流建库后,重庆河段长江干流泥沙淤积量及淤积厚度明显减少,甚至出现冲刷,航运条件明显改善;金沙碛河段受上游干流建库影响较小,仍会出现碍航问题,需要进一步整治。     

交汇河段水沙运动和冲淤特性的试验研究

本文叙述了交汇河段水沙运动特性的模型和水槽试验研究的成果。作者曾利用嘉陵江和长江交汇河段模型研究天然情况和水库运用情况下悬移质水沙运动特性,以及利用具有不同交汇角的汇流水槽研究推移质水沙运动特性。文中指出汇流比、交汇角、输沙率比以及下游水位等因素对河段的水沙运动都具有影响,其中干支流流量和汇流比的不同组合起着关键作用。河道模型试验表明:水位的变化规律是干流在固定流量下水位随汇流比的增加而增加,支流随汇流比的增加而减小;冲淤特性是汇流比大时干流边滩淤积多而支流口门段冲刷,汇流比小时反之。汇流水糟试验表明:交汇口上游干流段水面比降随交汇角的增大而变缓;相同汇流比情况下,干支流河段淤积量随交汇角的增加而增加。     

卵砾石淤积的沙洲发育机理

卵砾石的沙洲在山区河流的局部河段广泛发育。通过对沙洲平面形态的概化,推导菱形沙洲的沿程水头损失表达式。依据最小阻力原理,沙洲只有通过洲头淤积向上游生长的发育模式才能实现其沿程阻力达到最小。卵砾石淤积的沙洲洲头浅滩、边滩和洲尾浅滩的边坡泥沙颗粒临界起动的受力分析可知,洲头浅滩的推移质处在逆坡中最难起动,洲尾浅滩处在顺坡次之,两侧边滩沿水流方向最易起动,故洲头相对于洲尾更易于推移质停留与淤积。植被发育可促进沙洲前期发育和后期稳定,洲头一般堆积卵砾石的浅滩,洲头中部为草本植物,洲尾为灌木林覆盖,沙洲洲面的不同植被覆盖情况不仅揭示沙洲植被演替规律,而且验证沙洲向上游生长的发育模式。     

溪洛渡水电站对三峡工程的减沙效益研究

通过溪洛渡水电站与三峡水库之间，400余km河道冲淤变形的多种途径研究，认识到坝下游宽级配卵石河床清水冲刷的冲刷量是有限的。悬移质基本不与床沙交换，上游水库淤积多少悬移质泥沙量，下游水库入库输沙量就几乎减少同样多的量；在上游水库推移质未出库前，下游水库入库推移质输沙量随时间增长呈递减。两库之间的河床变形不明显，河槽冲刷深度、水位下降幅度很有限，对环境影响不大。在不影响溪洛渡水电站的功能和效益的条件下，溪洛渡水库泥沙淤积后，对三峡水库的减沙效益是显著的。与三峡单库运行相比，不但减少了三峡水库淤积量，增加了词节库容，防洪库容，还降低了水库尾部洪水位，减小水库淹没损失，改善了通航条件。随着三峡上游若干大型水库不断修建，上游诸水库与三峡水库进行联合调水词沙，三峡泥沙问题将能延缓到大坝设计基准期以后出现。其前提是主要产沙区河流上拦沙能力很强的水库要尽早修建，其中最重要的就是金沙江上的白鹤滩水电站，必须加快设计，尽早建设。     

弯道推移质同异岸输移的时空演变模拟

野外及室内实验观测均表明,弯道内的推移质泥沙运动同时存在着沿河道同岸和异岸的输移,然而对于同异岸输移的比例以往文献中还存在着很大的分歧。本文采用平面二维水沙数学模型CCHE2D模拟固定河岸大曲率弯道(中心线为110°正弦派生曲线)内的水沙运动,定量地描述了床面变化过程中泥沙同异岸输移的时空演变规律。计算结果表明,大曲率弯道在平床到冲淤平衡的发展过程中存在两个高强度冲刷区,即凸岸边滩上游区和凹岸区。凸岸边滩上游冲起的泥沙绝大部分都沿河道同岸输移到同一边滩下游;凹岸冲起的泥沙则先以同岸输移为主,待河床变形稳定后,受主流贴近凹岸的影响,异岸输移逐渐占优,绝大部分推移质颗粒都集中在"凹岸—过渡段浅滩—凹岸"这条输沙带内运动。     

缓变曲线改善120°弯道水沙运动的三维数值模拟

人工河道的弯道段大多曲率单一,水流动力轴线的曲率与弯道曲率难以匹配,导致了流固分离和弯道二次流的产生。针对弯道曲率突变问题,引入两种插有缓变曲线的弯道形式,研究缓变曲线对120°弯道水沙特性的影响和流态的改善。运用MIKE 3水动力模型和泥沙输移模型对单曲线弯道、缓圆缓弯道和对称凸弯道进行数值模拟,对比分析不同弯道型式在冲刷和定床两种工况下的近底流速、水面横比降和超高、弯道环流和河床冲淤变形。研究结果表明：插有缓变曲线的两种弯道可以遏制弯道中水体湍动的发展,改善120°弯道水流的流态,能够有效减小弯道凹岸冲刷、凸岸淤积的现象,缓解河床的冲淤变形。     

不同治理模式下黄河河口段冲淤演变的数值模拟

黄河河口为弱潮陆相河口,具有区间来水量少、来沙量高、河口延伸速度快的特征,进入河口的沙量对特定流路河口冲淤演变起主导作用。在前人研究基础上,认为预测河口段河长延伸值必须考虑陆上和滨海淤积量的共同影响,再基于1958年汛后—2000年汛后利津以下实测资料建立了河口段各部分累计淤积量与利津站累计来沙量的相关关系,利用准二维水沙数学模型对黄河下游及河口段进行耦合模拟,在年均来沙3亿t、6亿t和8亿t这3种设计水沙系列条件下, 计算了黄河下游小浪底—河口段现状治理模式和“两道防线”治理模式对黄河河口各部分累计冲淤量、西河口以下河长延伸值等特征量的影响。其结果表明：黄河河口段未来50年在现状治理模式和“两道防线”治理模式下均呈淤积趋势,在三种水沙条件下“两道防线”治理模式的河口段淤积量较之现状模式增淤量分别为2.10亿t、3.48亿t和4.20亿t;同时,“两道防线”治理方案中设置的防护堤对西河口以下河长有明显影响,与现状模式相比河长延伸值分别增加1.27 km、2.07 km、2.49 km。     

大型城市湖泊群引水调度模式研究

武汉东湖是国内最大的城中湖,东湖、沙湖、严西湖和北湖组成了大型城市湖泊群。＂大东湖生态水网构建工程＂将重建长江与湖泊群的水力联系,通过引江济湖改善湖泊群的水生态系统。为确定工程合理的引水调度模式,本文建立了湖泊群水动力水质模型,采用正交规则网格,考虑污染物的自然降解和底泥释放,采用零厚度隔板模拟湖中的隔堤,并对模型进行了率定和验证。综合考虑可引长江水量和入湖径流总量,选取典型平水年,对三种引江济湖调度模式进行了深入研究,通过建立的水动力水质模型的动态模拟计算,分析与比较各种调度模式的引水效果,为大东湖生态水网连通工程的实施提供科学的决策依据。     

黄河下游河道的输沙平衡关系及应用

Equilibrium sediment transport relations in terms of discharge and channel shape for the lower Yellow River were obtained by introducing the characteristics of sediment transport of the lower Yellow River into the general formulations of equilibrium sediment transport for two-phase heterogeneous flows. These relations can be used for analyzing the characteristics and trend of adjustments in longitudinal and transverse channel shapes of a channel reach in response to variations of flow and sediment load. The applicability of the equilibrium sediment transport relations was verified for adjustment of channel cross section based on the stage-discharge relation of a typical hyperconcentrated flood at the Jiahetan station in 1977, which indicates that the adjustment was not a permanent one.The proposed equilibrium sediment transport relations for the lower Yellow River are closely related to parameters of “equilibrium slope” and “hydraulic geometry” used in river training. Because of the adjustment of channel slope is related to cross-sectional shape, the cross-sectional parameter must be included in the “equilibrium slope”.The equilibrium sediment transport relations for the lower Yellow River provide a quick calculation method for various channel designs. This is very important for transport of sediment from the Yellow River to farmland using irrigation channels, deposition of sediment on floodplains using desilting channels, and reduction of sediment deposition in the lower Yellow River.     

基于河道平面变形数值模拟的等效造槽流量计算方法

针对河岸崩塌剧烈、河道平面变形特征显著的冲积河流,从河岸变形角度提出等效造槽流量(造床流量)的计算方法.以等效造槽流量作为计算条件,成功应用于下荆江石首河段平面变形的三维水沙数值模拟中,结果表明:采用等效造槽流量近似天然水沙过程,能较好地模拟出时段内河道的显著平面变形特征,与天然来水来沙过程模拟结果较接近;采用等效造槽流量作为计算条件时,其最大优势在于节省计算用时,提高计算效率,为长河段、长历时的河势模拟研究提供了一有效途径.     

三峡水库修建后下游长江冲刷及其对防洪的影响

求文首先阐述了三峡水库下泄流量过程、含沙量过程及悬移质级配的变化和长江中下游河道边界条件，以及下泄水沙条件变化对河床演变的影响。其次介绍了三峡水库修建后长江中、下游河道冲刷的预报，包括冲刷概况、冲刷重量、冲刷深度以及水位降低等。同时分析了冲刷的特点及机理，并用三门峡水库下游黄河、丹江口水库下游汉江、葛洲坝水库下游荆江的实际冲刷资料和美国柯罗拉多河上三座水库下游河道冲刷数据论证了研究结果的合理性。最后论证了三峡水库下游河道冲刷导致长江水位降低和洞庭湖减淤等，在整体上对防洪是有明显效益的；至于冲刷过程中的河道普遍展宽并不可能，但局部崩岸需要而且可能防止。     

排沙漏斗悬板倾角优化试验研究

通过系列模型试验研究了溢流悬板近心端向下倾斜、向上倾斜和水平布置对排沙漏斗水沙分离性能的影响。结果表明,溢流悬板倾斜与水平布置时排沙漏斗的截除率基本一致。悬板向上和向下倾斜时漏斗室和悬板表面的泥沙淤积量均小于悬板水平布置时的淤积量,倾角越大,淤积量越小。当悬板近心端向上倾斜时,泥沙淤积量的减幅大于悬板向下倾斜工况,排沙耗水率低于向下倾斜和水平布置工况,且向上倾角越大排沙耗水率越低。因此,将悬板近心端向上倾斜一定角度可有效解决悬板表面泥沙淤积问题,而且可减少排沙耗水率和漏斗室内的淤积量,研究成果可为排沙漏斗的悬板优化设计提供依据和指导。     

某电厂淤泥质土岩土工程特性分析

某电厂位于长江南岸的长江大堤堤内圩区。属长江河漫滩地貌单元。厂区分布第四系冲积物及牛轭湖相沉积层, 基岩为第三系红层。通过工程地质钻探、原位测试、土工试验、综合试桩及复合地基试验。对区内淤泥质土进行岩土工程特性分析, 提出岩土工程设计所需各种参数和地基处理建议方案。