河床结构强度及其与水流能量关系的定量研究

山区河流在长期河床演变过程中常发育一定的河床结构,其分布与环境条件之间存在密切关系。本文设计使用了河床结构的精确定量描述方法,在天然河流测量工作的基础上,对河床结构的发育分布规律进行了研究。经统计发现,动力平衡条件下河床结构强度Sp值与其消耗的单宽水流能量p成正比。这反映出河床结构强度的分布主要与水力条件相关。若河道中河床结构不足以消耗水流能量,则河流不平衡,多余的能量将侵蚀冲刷床面。此外,还探讨了包含推移质在内的统一耗能模型。     

典型河网形态特征与分布

河流网络系统是地表流水地貌的重要组成部分,具有开放性、随机性、自相似性等特点。不同地区具有其独特的自然环境条件,从而形成了各种外观上迥然不同的河网形态。本文以卫星地图上的平面拓扑结构为依据,划分了3种典型河网形态:羽状河网、叶状河网和枝状河网,并在Horton定律的基础上对这3种典型河网形态的平均Horton比和流域外型参数进行了定量统计分析。此外,进行了中国大陆范围内各种典型河网形态的分布研究,从而探讨了影响河网形态产生的环境条件。     

遮蔽式阴型河口泥沙冲淤演变研究--以瓯江为例北大核心CSCD

瓯江口为典型强潮河口,其河口泥沙淤积体系却有其特殊性。为研究其规律,本文统计分析了该海区动力条件、地貌布局及其历史与现代演变过程,并进行了定量计算。结果表明,平行于海岸线的丘陵带对其河口泥沙沉积起地形遮蔽作用,从而形成了相对特殊的地貌特征。近几十年其地貌的自然发育主要表现为以拦门沙淤积为主导的连锁变化。人类活动对周边冲淤环境的影响已有数百年历史,且随着人口与技术水平的提升逐渐增大,在局部海区演化中已成为关键或主导因素。因此在掌握相应自然规律的前提下可以用工程措施对河口地貌演变进行部分甚至全面引导。     

汶川地震引发的山地灾害以及堰塞湖的管理方略

汶川地震触发了大规模的崩塌与滑坡等山地灾害,形成众多堰塞湖。为分析其风险与应对措施,本文通过野外考察、卫星影像与数据分析等方法,研究了灾后堆积体与堰塞湖的稳定性,以及它们与下切性河流之间的关系。结果显示,山地灾害在不同程度上释放了潜在势能,其中滑坡释放能量最大,因此滑坡堆积体的稳定性较好,而崩塌堆积体稳定性较差。从长期治理角度看,若能控制河床下切则可避免部分灾害的产生。堰塞湖管理方略包括两种:对于风险高的堰塞湖应以拆除为主,而对于风险很小的堰塞湖则应予以保留。震区大部分河流处于不稳定的下切拓宽阶段。保留堰塞湖可以加大河床阻力,使河流提前达到平衡,降低未来地震中山地灾害发生的风险。     

山区河流床面结构发育野外现场试验研究

山区河流在长期的河床演变中常发育一定的床面结构,起到增加河道稳定性等作用,从而对未来演变过程产生影响。为研究床面结构的发育分布及其与环境条件之间的关系,本文在蒋家沟泥石流堆积体上设计了野外现场试验,分析不同工况下床面结构的形成、河床演变机理及人工建设床面结构所带来的后果。结果表明,达到动力平衡时,河道中发育的床面结构越强,消耗水流能量越多,从而稳定维持的纵坡降越大,因此在一定程度上决定了河道纵剖面。自然发育的床面结构受到运行工况的控制,即不同工况决定了不同的床面结构分布。此外人工结构能起到和天然结构相同的作用,即消耗能量、延缓下切,改变演变方向等,因此能够用于山区河流治理。     

典型山区小流域河床结构分布研究

本文选取了长江上游支流吊噶河作为典型小流域,通过详尽的实地现场考察,对吊噶河流域中河床结构的发育分布规律及其影响进行了统计分析。结果表明,河床演变过程中水流与河床结构相互适应与调整,不断趋向于平衡状态。河床结构越强的河段,消耗水流能量越大,从而接近平衡时能维持的坡降也往往越大。如果河段中坡降过大而河床结构没有充分发育,则河段因此处于不平衡状态,床面将受到冲刷。历史上经历剧烈下切作用的河段如V型深沟段,常常因发育较强的河床结构,维持住了高坡降,从而形成山区河流纵剖面上常见的台阶状突起。     

三峡变动回水区重点河段演变分析

在原型观测资料的基础上,通过地理信息系统等技术手段,对三峡水库蓄水初期变动回水区重点河段的演变规律进行了分析.结果表明,三峡蓄水后这些河段均出现累积性的淤积.就空间分布而言,累积性淤积部位主要出现在弯道凹岸缓流区等处,可见水动力影响为淤积的主要原因.上游来水来沙条件与水库运行是变动回水区演变的主要影响因素.而坝前水位调整使得各河段常表现为蓄水期淤积,消落期冲刷.同时随着非汛期坝前水位的逐年抬高,累积性淤积区也随之向上游拓展.     

应用人工阶梯-深潭治理下切河流——吊嘎河的尝试

在我国西南山区下切河流--吊嘎河上利用人工阶梯-深潭进行河流治理的野外试验.吊嘎河河床严重侵蚀下切,由此引发塌岸、滑坡甚至泥石流灾害,河流生态环境变化剧烈,水生生态受到抑制.在吊嘎河中上游选取长约150m河段,模仿自然阶梯-深潭的地貌及结构特点,布置人工阶梯-深潭,并对河流微地貌、水生栖息地环境及生态进行了5个月的观测.人工阶梯-深潭布置后,试验段河床持续冲刷下切的趋势得到有效控制;维持了较为稳定的水生栖息地环境,同时水生栖息地多样性增加.采用大型底栖无脊椎动物评价河流生态显示,吊嘎河的水生生态也得到明显改善.吊嘎河野外试验初步表明,人工阶梯-深潭系统是山区下切河流综合治理中的一个有效方法.     

水沙调节后三峡工程变动回水区洛碛-王家滩河段演变趋势

水沙条件和水库调度方式是影响三峡工程变动回水区河床演变的重要因素.长江上游正在建设的大型梯级水库群将改变三峡工程变动回水区的来水来沙条件,从而引起泥沙冲淤的变化.本文建立了三峡工程变动回水区洛碛-王家滩河段二维水沙数学模型,模拟了不同水沙条件下该河段的演变趋势.采用三峡蓄水运用后2007-2008年实测资料进行了验证,较好地模拟了天然情况下的涨水淤积过程和受三峡回水影响的累积淤积过程.采用90系列、90+上游建库水沙系列计算了洛碛-王家滩30年后的淤积量及淤积部位.计算表明,受三峡工程变动回水的影响,洛碛-王家滩河段发生累积性淤积.90+上游建库系列淤积量相当于90系列的31.8％～82.3％,主要与长江上游梯级水库拦沙有关.淤积部位主要位于岸线凹凸不平的弯沱、回流区及河道的宽浅河段,淤积后的河床岸线更趋平顺.在此基础上分析了泥沙淤积对重点浅滩上、下洛碛航道的影响.     

三峡水库蓄水后宜昌一杨家脑河段冲刷及粗化

水库蓄水引发的下游河道再调整,对河流未来演变与人类活动均有重要影响.根据现场实测水文、地形与床沙资料,对三峡蓄水后下游宜昌-杨家脑河段的河床冲刷下切、粗化等现象进行了统计分析.结果表明,三峡水库蓄水后导致宜昌相同来流情况下来沙剧减,这是导致研究河段冲刷的根本原因.2002-2006年间主要冲刷区逐年下移,冲淤幅度逐渐变小.而2006年汛末与2008年汛末三峡水库水位的抬高均导致冲刷量的突增.2002-2006年各河段曼宁糙率值逐步增大,尤其是坝下河段.床沙组成中卵石含量迅速提高,坝下河段河床中值粒径亦明显增大,而枝城以下河段不明显.这种上、下游河段粗化过程的差异性与河道冲淤、糙率变化是一致的.