冰塞渗流阻力特性的实验研究

冰塞引起的上下游水位变化与内部水流阻力有关,其堆积演变形成的固液多孔介质中存在渗流问题,且渗流阻力对上下游水头压力具有一定影响。本研究基于实验室冰水力学模型实验,通过设定不同的水力条件,获取不同冰塞剖面形状及沿冰塞剖面累积方向冰盖下流速分布,采用非达西渗流理论对冰塞内渗流阻力进行率定,获得了渗流阻力能量损失的变化特征。结果表明,渗流阻力能量损失占总能量损失的比例为11%～21%,冰厚较大位置可达到42%,沿冰塞累积方向,渗流能量损失占比与冰厚和水深之比呈典型的正相关。渗流流量为河道内重要的槽蓄水量,孔隙率在0.39～0.51之间,冰厚与水深之比在0.6～1.4之间时,渗流流量占总流量的9%～26%。渗流流量的变化受孔隙率、冰塞结构及水力特征等共同影响,冰颗粒均匀且随机堆积情况下,冰塞厚度越厚,冰体排列越紧密,孔隙率和渗流系数越小,流体通过多孔介质的比表面积越大,渗流能量损失也越多。本研究进一步明晰了冰塞阻力机理及渗流阻力在冰塞中的重要性,为受凌汛灾害困扰流域解决实际问题提供理论科学依据。     

采用水量平衡法分析呼伦湖水域面积变化因素

为摸清呼伦湖水位下降而导致周边生态环境恶化的原因,以呼伦湖为研究对象,通过Landsat ETM+和OLI影像资料得到呼伦湖面积变化情况,将1960-2013年共分为4个时期,利用水量平衡法分析影响呼伦湖水量的主要因素。结果表明:不同时期影响因素及影响程度均不同,径流量的R值分别为0.42、0.93、0.60、0.86,每个时期影响最大值,面积减小了213 km~2,水位降低了3.35m。综合以上所述,得出入湖河流的径流量为调控呼伦湖水量的主控因子,其水域面积的持续萎缩主要是受气候变化和人类活动影响。     

黄河内蒙古段封河期水面-大气非线性热力学模型探究

封河期水面-大气界面热量交换决定了河道内水温变化,是影响河流冰情及冰凌堵塞的主要热力因素。以黄河内蒙古段冰期水面-大气净太阳辐射、有效长波辐射、蒸发及热传导辐射特征为基础,探讨分析现存非线性热力学模型的差异及其影响因素。结果表明:基于ShenChiang和Ashton非线性热力学模型的黄河内蒙古段封河期水面-大气平均热交换量分别为124.05和114.31 W/(m~2·h),受太阳短波辐射昼夜交替变化及内蒙古高纬度地区昼夜温差较大的影响,日均热量损失规律性明显,水体表面吸收的热量在11:00-15:00时段内大于其释放的热量,其他时段则相反;气象因子对总热量损失的贡献率呈现气温(T_a)相对湿度(RH)露点温度(T_d)风速(V_a)大气压(P),蒸发辐射对风速的响应大于热传导辐射,但风速对总热量损失的影响效应并不显著;风速突增与气温骤降的双重作用是导致热量传输速度加快和极值出现的主要原因,风速大于4 m/s时模型结果差异性显著,揭示了模型在冰期热力学过程研究中的区别和影响因素;总体而言,Ashton热力学模型更适用于黄河内蒙古段封河期流凌密度及冰情特征的研究。     

黄河什四份子弯道河冰生消及冰塞形成过程分析

什四份子弯道因其特殊的河道形态及地理位置而成为黄河内蒙古段易发生冰塞断面。通过对2014—2015年冬季该段野外冰情监测及水文、气象资料分析,结合Landsat8遥感影像数据解译,研究了什四份子弯道河冰生消及冰塞形成过程。结果表明,野外观测结合遥感影像解译能够准确地反映河冰的时空特性。该河段弯道凹岸处冲积岸冰及凸岸静态岸冰的生长,极大地束窄了河面宽度,降低了水流的输冰能力,而使其成为初始卡冰位置;冰盖至此向上游发展,弯道下游因来冰量减少和上下游水力坡度增大而形成清沟;受弯道径向水流方向改变及弯道螺旋流的影响,导致冰花在冰盖下主槽与滩地的交界处堆积;稳封期受气温升降变化使得冰盖表面冻融交替,冲积冰反射率增大,后期解译的遥感影像中平滑岸冰面积较初始封河期增加。     

基于3S技术的黄河内蒙古段河道演变特性分析

为揭示黄河内蒙古段河道形态大尺度、长序列的演变规律,选取典型河段蒲圪卜—岔河口为研究对象,以1995—2013年4期(1995年、1999年、2006年和2013年)多光谱遥感影像为数据源,采用3S技术,结合RTK实测数据,对不同年份129个测量断面的河道平面摆动及河槽宽度变化进行了分析。结果表明,基于3S技术解译的河道形态与实测河道形态吻合较好,1995—2013年研究区河槽宽度在波动中呈萎缩趋势,2013年与1995年相比主河槽宽度平均萎缩了32.24 m,变化率为-9%;弯道处多次出现裁弯取直,河床地质条件、河道来水来沙条件及河道形态是影响河道演变的重要因素;相比于基岩河床,砂质河床的河槽宽度变化率较大,变化幅度为-12%~-33%;昭君坟断面较明显的河槽萎缩是受南岸库布其沙漠及上游"十大孔兑"入黄沙量增加的影响。     

基于SPI指数的内蒙古地区干湿气候特征

探究气候的干湿格局及其演化趋势对旱涝灾害监测防御具有重要意义,围绕北方内蒙古生态功能区重要定位,依据1970-2020年45个气象监测站点月尺度降水资料,采用标准化降水指数(SPI),运用线性趋势、突变检验及Morlet小波分析等方法,探究内蒙古地区多时间尺度下气候的干湿特征及周期演化规律.结果 表明:1970-202...     

基于遥感数据的河冰过程解译及分析

鉴于河冰的野外观测受观测技术、条件及方法的限制而无法获得大尺度、长序列的河冰过程数据,而遥感技术可有效完成复杂时空尺度海量信息的收集处理,以Landsat8遥感影像为数据源,通过单波段信息量比较及相关系数、信息熵和最佳指数的联合分析,得到最佳波段组合;采用监督分类的最大似然法对黄河内蒙古段三湖河口河段2013—2014年冬季不同时期遥感卫片数据进行解译,并对解译结果进行分析,从而获得该河段不同时期河冰的生消演变过程及特性。结果表明:应用7、4、3波段组合获得了较高的河冰解译精度,解译影像可以反映大尺度下冬季河冰的生消演变及输移过程,结合气象、水文等数据可以解释典型河冰现象,为河冰的理论分析及机理研究提供数据支撑。     

冰封期黄河悬移质泥沙分布特性研究

冬季冰盖的形成,导致河道水流特性较敞流期发生改变,进而影响悬移质泥沙浓度及垂线分布。本文选定黄河内蒙古下游段为研究区域,通过冬季野外采样及室内检测,研究冰封期黄河悬移质泥沙浓度及垂线分布特征,讨论冰封期河道综合糙率和冰盖厚度对含沙量大小的影响,建立冰厚与各取样垂线平均含沙量之间的相关关系模型,其精度达85%以上。     

黄河头道拐段冰输移及堆积过程数值模拟

头道拐河段因其特殊的河道形态及地理位置而成为黄河内蒙古段最易形成冰坝的河段,研究该河段河冰输移及堆积过程是理解内蒙古段河冰过程及卡冰结坝作用机理的关键。本文基于耦合的二维有限元水动力学模型和DPM(Discrete Parcel Method)河冰动力学模型,模拟了黄河头道拐河段2020—2021年冬季封河过程并进行了验证,讨论了不同水力条件、上游流凌密集度及河道形态对封河过程的影响。结果表明：相比于官牛犋弯道,河道弯曲率大、束窄程度高的什四份子弯道更易形成卡冰,且流量越小,卡冰作用越明显,冰盖向上游发展速度越快。河道流凌密集度小于0.4时,各种流量下研究河段未发生卡冰;流凌密集度增大至0.4,表面流冰首先在弯曲率系数较大的什四份子弯道处形成卡冰,随着流凌密集度和流量的进一步增大,下潜并输移到下游的流凌也会在官牛犋弯道形成卡冰,因此,头道拐河段形成卡冰的流凌密集度临界条件为0.4。应用冰水耦合二维动力学模型可以很好地模拟天然河道河冰输移、堆积过程中河道的水力特性、冰厚增长及封河形态,揭示了影响河冰过程的相关因素及作用机理,为黄河内蒙古段防凌减灾工作提供技术支撑。