基于原型沙的三峡库区细颗粒泥沙冲淤模型试验研究

三峡水库常年回水区淤积物多为中值粒径在0.01 mm左右的细颗粒泥沙,按传统理论对此类细沙模型试验进行设计存在困难。提出了一种基于原型沙的库区细颗粒泥沙模型试验方法,流速比尺的确定考虑水深影响,泥沙冲淤时间比尺与水流运动时间比尺一致,含沙量比尺取决于垂直比尺和干容重比尺。黄花城河段2003-2011年以及典型流量水位组合下的泥沙模型试验结果表明,淤积厚度和平面分布与原型符合较好,初步说明该方法适用于三峡库区细颗粒泥沙运动的模拟。     

小浪底水库坝前粗泥沙排放的构想

为了发挥小浪底水库的拦沙减淤作用,充分利用支流无效库容,设想结合现有的支流淤积形态及支流无效库容的分布情况,应用脉冲射流冲吸装备结合工程措施,以现有的支流作为处理库区泥沙的淤区,将库区淤积泥沙输移至两岸的支流内。可根据需要,依据泥沙的沉降特性和运动规律进行科学设计,有选择地淤积一定粒径的泥沙,排出对下游河道不产生淤积的冲泻质细颗粒泥沙,强化支流淤区的使用效率。     

三峡水库2003年蓄水以来库区干流泥沙淤积初步分析

基于三峡水库2003年蓄水至2010年间的实测资料,对库区干流的泥沙淤积量、淤积分布及断面淤积方式进行了详细分析.结果表明,三峡水库干流河道泥沙淤积主要发生在常年库区内,平面上呈不连续分布,其断面淤积形态主要有三种.三峡库区干流泥沙淤积分布与河道的平面形态以及断面的平均水深和平均流速等参数关系密切,本文统计分析得出了发生泥沙淤积时断面平均流速与水深间的经验关系.     

柘溪水库泥沙淤积情况调查简介

通过对 1995年柘溪水库泥沙冲淤调查资料的分析 ,对比 196 3年建库时及 1974年库区泥沙冲淤情况 ,获得建库以来库区泥沙沉积率及其泥沙分布的关系曲线 ,可为已建或拟建的同类泥沙淤积分析提供参考。     

三峡库区粉砂淤积成因的初步分析

三峡水库运行十年来,常年库区发生了"点"状分布的泥沙淤积,与以往研究有所差异。通过现场测量发现库区泥沙特性如下:悬沙和淤积物均为粒径较小的粉砂,泥沙的实际沉速大于其Stokes沉速,床面淤积物呈浮泥或絮凝结构。水沙运动实测资料分析表明,以流速作为冲淤的判别条件比挟沙力更为合适,低流速时粉砂絮凝沉降导致淤积,而淤积物固结后不易冲刷,由此形成了淤积、输沙和冲刷三个流速带。三峡库区的大量弯道、支流河口和宽谷处流速较低,属于淤积流速带,发生絮凝沉降淤积后不易冲刷,因此一旦发生淤积则淤积严重,其他河段多数时间处于输沙或冲刷流速带而淤积量较小甚至没有淤积,因此形成了库区粉砂"点"状的淤积特点。     

长江口非均匀细颗粒粘性泥沙扬动流速

泥沙的扬动流速是指泥沙颗粒跃起后不再回落到床面,而是悬浮于水中,并随水流运动前进时的临界流速.在4次野外调查的基础上,基于扬动流一般公式,对长江口区流向稳定时期同步观测的垂线平均流速、底部悬沙粒径、水深和泥沙沉速等数据进行回归分析,拟合长江口区非均匀细颗粒粘性泥沙杨动流速公式,相关系数达0.85以上.经该公式计算的长江口非均匀细颗粒粘性泥沙扬动流速值大于已有公式计算值.     

三峡库区蓄水初期连续弯道淤积特性探讨

三峡水库蓄水运行以后,库水位抬高,流速降低,库区河段内的水流特性发生改变,库区呈现累积性淤积态势。从库区泥沙淤积分布来看,淤积主要发生在弯道河段,特别是连续弯曲河段淤积强度较大。针对库区连续弯曲河道特点并结合实测断面地形资料,采用Fluent软件进行了三维水流数值模拟,结果表明,连续弯道主流"走直",环流将主流区所挟带的细颗粒泥沙从中剥离,并随环流运动,泥沙会被挟带至弯道凸岸下游一侧的缓流区落淤。     

子牙新河穿运涵洞冲淤规律的分析

子牙新河穿运涵洞淤积问题一直是设计和工程管理部门长期研究的课题。根据多年的实际观测．特别是1977年及1996年穿运涵洞取得的冲淤资料，对分析穿运涵洞泥沙淤积规律有很重要的价值．并确认穿运涵洞淤积物能被洪水冲开。一般情况下．汛前也不需要人工进行清除。同时。对淤积成因，不冲不淤流速及洪水过程与冲淤的关系进行了探讨。     

水库泥沙数学模型与物理模型成果比较及其应用

本文采用水库泥沙冲淤数学模型，预演紫坪铺水库运用６３年回水变动区河段泥沙淤积发展过程，计算初始条件（库区地形和河床组成）和边界条件（入库流量、沙量和级配过程、水库运行方式）与物理模型试验相同．结果总淤积量相近，淤积发展过程相符，沿程淤积分布基本一致．其次对入库悬移质全级配和扣除细颗粒（０．０８ｍｍ以下部分）的部分级配进行对比计算，结果全级配计算淤积量偏大，水库运用初期淤积速度较快，接近平衡阶段淤积速度较慢，淤积平衡后淤积速度基本一致．     

子牙新河穿运涵洞实测冲淤资料分析

子牙新河穿运涵洞淤积问题一直是设计和工程管理部门长期研究的课题。根据多年的实际观测，特别是1977年及1996年穿运涵洞取得的冲淤资料，对分析穿运涵洞泥沙淤积规律有很重要的价值，并确认穿运涵洞淤积物能被洪水冲开，一般情况下，汛前也不需要人工进行清除。同时，对淤积成因，不冲不淤流速及洪水过程与冲淤的关系进行了探讨。     

黄河小浪底水库异重流排沙效果分析及下游河道的响应

全面分析了小浪底水库蓄水拦沙期2000-2006年库区及下游河道泥沙冲淤调整;在分析泥沙输移规律的基础上量化了连续冲刷状态下河道输沙能力变化与累计冲刷量间的关系,揭示了冲刷条件下河道输沙能力降低是因为床沙有效交换层内小于0.05mm的细沙及中沙补给不足造成的;结合三门峡水库拦沙期的观测资料,对比研究了异重流洪水期间小浪底水库的排沙效果及其下游河道对高含沙异重流水沙过程的响应,指出了小浪底水库对洪水具有较大的"拦粗排细"潜力,且高含沙异重流洪水不会造成河道严重淤积.因此,在洪水调度中,要充分利用水库塑造异重流洪水,多排少拦,以达到下游河道长期减淤的目的.     

黄河下游低含沙洪水的冲淤特性兼论艾山-利津河段不淤临界流量

黄河下游上、下河段河道形态迥异,同流量输沙能力上段大,下段小。观测表明一定流量的低含沙洪水,就全下游来说可以产生冲刷,但对下段(艾山以下)来说往往发生淤积。本文通过实际资料分析了下游河段的排沙比关系及不同来沙条件下泥沙冲淤强度等规律,并利用下游低含沙水流挟沙力关系,深入分析了艾山—利津河段不淤临界流量。结果表明这段河道不淤流量不仅与来水含沙量有关,还与河口段淤积延伸对艾山—利津段水面比降有顶托作用有关。     

黄河水库－维泥沙数学模型的初步研究

根据黄河中下游的水沙特点和水库泥沙的冲淤规律，建立了黄河水库－维泥沙冲淤数学模型。模型在动床阻力、水流挟沙力、冲淤量的横向分配以及水流、泥沙控制方程的离散、求解等方面进行了探讨，用三门峡水库漳关以下库区１９７４～１９８８年的实测水沙系列对模型进行了验证计算，结果表明，模型在冲淤总量、冲淤过程以及纵向冲淤分布等方面计算值与实测值均符合良好。应用模型计算三门峡水库在四种不同运用方案下库区的冲淤情况，计算结果基本合理。     

航道整治工程泥沙数学模型的构造及计算方法

建立了正交曲线坐标系下二维紊流全沙数学模型，水流模型采用紊动动能和紊动耗散率闭合雷诺方程，把悬移质输沙概化为单纯淤积、单纯冲刷和淤粗冲细三种情况，依据悬沙与床沙交换机理建立了挟沙能力和非均匀沙分组挟沙能力的表达式．在水流输运及分组含沙量输运方程的离散过程中，采用守衡性较好的控制体积法和SIMPLEC计算程式，以提高计算稳定性和加快收敛．本模型对复杂条件的河床适应性较强，为平面二维长河段的河床变形计算进一步创造了条件．     

对口丁坝双岸整治对黄河下游河道冲淤的影响

选取低含沙水沙系列、枯水多沙水沙系列以及规划设计的未来50 a水沙系列,利用黄河下游一维水沙数学模型,模拟计算了对口丁坝双岸治理方案下黄河下游河道在3种水沙系列条件下的冲淤状况。结果表明,游荡性河段采用对口丁坝方案整治后,输沙能力得到了提高,该河段多输送的泥沙一半以上输送到利津以下,其余部分淤积在高村—利津河段,其中淤积以高村—艾山河段为主,艾山—利津河段的冲淤情况与现状相比变化不大。     

Dam effects on bedload transport on the upper Santa Ana River,California, and implications for native fish habitat

Dams disrupt the flow of water and sediment and thus have the potential to affect the downstream geomorphic characteristics of a river. Though there are some well‐known and common geomorphic responses to dams, such as bed armouring, the response downstream from any particular dam is dependent on local conditions. Herein, we investigate the response of the upper Santa Ana River in southern California, USA, to the construction of a large dam at the transition from mountains to valley, using calculations of bedload transport capacity on the mainstem below the dam and for major tributaries. Approximate sediment budgets were constructed for downstream reaches to estimate deposition and erosion rates for sand, gravel, and cobble particle sizes. Our results indicate that the classical response of bed armouring and erosion is likely limited to a short reach immediately below the dam. Farther downstream, though transport capacity is reduced by flow regulation by the dam, the channel reaches are likely to remain depositional but with reduced deposition rates. Persistent deposition, as opposed to erosion, is the result of the replenishment of flow and sediment supply by large downstream tributaries. In addition, the calculations indicate that the composition of the bed is unlikely to change substantially in downstream reaches. A Monte Carlo approach was employed to estimate the uncertainty in the sediment budget predictions. The impacts of the dam on the geomorphic character of the river downstream could have implications for native fish that rely on coarse substrate that supports their food base.     

冲淤面积分配模式对黄河下游一维模型计算结果的影响

冲淤面积分配模式是一维水沙数学模型中需要处理的技术问题之一,合理选择冲淤面积分配模式能够保证一维模型的计算精度。本文首先建立了用于模拟实际游荡型河流复杂断面形态下洪水演进的一维水沙耦合模型。然后以黄河下游游荡型河段为研究对象,利用下游1992年实测高含沙洪水过程资料对所建模型进行了验证,计算值与实测值吻合较好。最后采用一维模型中常用的五种冲淤面积分配模式计算了该场次高含沙洪水过程,分析了不同分配模式对模拟结果的影响。结果表明:等厚度分配模式的计算效果相对较好,按子断面流量分配与按挟沙力分配两种模式的计算精度相当。冲淤面积分配模式对流量及水位影响相对较小,而对含沙量及河道冲淤过程影响较为明显,尤其对于淤积严重的河段。     

宁蒙黄河治理对策

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。     

坡面流挟沙力计算公式及其评价

坡面水流挟沙能力的计算是土壤侵蚀过程中最为重要的一环,它是判别坡面是否发生冲淤的依据。本文总结了现有的坡面流挟沙力计算公式,并利用实验数据对各公式的适用性和局限性进行了评价。结果表明:Low和Abrahams公式只有在不考虑降雨的情况下可以较好地预测坡面流挟沙力;Shih公式虽然考虑了降雨影响,但只适用于特定的水力条件;Guy公式将挟沙力分为坡面流贡献和降雨贡献两部分,用实验数据重新率定参数后,能更好地预测坡面流挟沙力。此外,临界Shields数作为泥沙颗粒启动的判别条件在降雨影响下不再适用于坡面流。     

黄河巴彦高勒-头道拐河段泥沙冲淤调整特点

通过实测资料分析,阐明黄河上游宁蒙河道巴彦高勒-头道拐河段不同粒径泥沙来源及冲淤调整特点:长时期（1952—2012 年）河段来沙组成以细泥沙为主,占总沙量的52.7%,且来源与中泥沙和较粗泥沙相同,主要来自巴彦高勒以上;特粗泥沙是淤积的主体,占总淤积量的56.2%,且来源比例在巴彦高勒以上、十大孔兑和沿河沙漠三个地区比较相近。不同粒径泥沙的普遍冲淤调整规律为:细泥沙、中泥沙和较粗泥沙随来水来沙发生冲淤调整,特粗泥沙持续累积淤积。因此,不同粒径泥沙在不同时期的年内调整特点有较大差别,汛期1986 年以前特粗泥沙是淤积的主体,细泥沙和中泥沙冲刷;1986 年后细泥沙和中泥沙转冲为淤,细泥沙成为淤积的主体。非汛期泥沙由1986 年前的冲刷转为1986 年后的淤积,主要在于细泥沙和中泥沙由冲转淤及较粗泥沙的增淤。初步分析表明,河段各时期泥沙的冲淤调整取决于干流来水来沙量及水流过程,十大孔兑的来沙量也有较大影响。研究结果可为宁蒙河道悬河治理提供基础支撑。