感潮分汊河段二维浅水非恒定潮流数值模拟研究

长江下游河段受径流和潮汐双重作用,潮流动力机制复杂,且下游河道形式多以分汊河段为主,河床边界蜿蜒曲折。以汊道众多的扬中河段为例,建立了感潮河段二维浅水非恒定潮流数学模型。模型计算结果表明,模型精度高,潮位和断面流速分布合理,流量过程与实测值差别不大,能精确复演感潮分汊河段的潮汐水流运动过程。通过枯水大潮期模拟,以汊道分流比变化做为主要分析目标,发现潮流界附近的扬中河段涨潮动力不强,汊道分流比涨潮期趋向于无序状态,而落潮期则持续时间较长,分流比稳定在落急时刻附近。     

基于MIKE21的信江八字嘴顺直分汊河道水动力特性及河床演变分析

为阐明信江八字嘴航运段分汊河道岸堤水力特征及河床演变趋势，利用MIKE21水动力模块构建研究水域二维数学模型，并运用梅港站水文数据对模型进行率定和精度验证。在此基础上，开展信江顺直分汊河道不同水文时期的水动力特性分析，阐明分汊河道各段的发育演变趋势。计算结果表明：左汊是主要的过水汊道，该分汊河道的分流比随着流量的增大而下降。流速呈不规则分布，区域间流速变化显著，分流段左汊出现主流，收窄处出现最大流速，水位从分流区到汇流区均匀下降。河势发育演变整体稳定性较好，河道发育演变主要体现在分汊河道中河床冲淤的局部变化。所建模型能有效模拟分汊河道分流比及水位变化情况，可为河道安全防护及通航稳定研究提供科学依据。     

八卦洲整治工程措施对汊道分流比和冲淤变化的影响研究

近年来,随着来水来沙条件的改变,南京八卦洲汊道左汊衰退速率又有所加快,并已多次观测到12%左右的分流比。采取一定的工程措施可以对左汊的分流比进行改善,但工程在改变汊道首部分流比的同时也改变了分沙比。分沙比的改变对于整治工程的实施效果,以及下游河道的走势,特别是左汊的河床冲淤变化有一定的影响。针对改善左汊分流比的工程措施,运用二维水沙数学模型,计算分析了导流坝、切滩、疏浚等工程措施对汊道河床冲淤的影响。结果显示,3个月冲淤计算后,工程措施对左汊分流比均有较大改善,且在工程附近河床的冲淤也有较明显的变化。     

北江大堤加固达标工程西南险段河道整治河工模型试验研究

通过对北江大堤西南险段所处的北江下游新沙洲河段的河道整治研究,提出拆除洲头分水坝、左汊进口错口丁坝,右汊修筑潜坝,疏挖右汊河槽,增大右汊分流比,控制左汊水流动力的增大趋势,使得左汊不继续下切,实现稳定左汊河床的目的,避免西南险段进一步恶化,为西南险段整治加固除险工程设计提供依据.     

北江大堤加固达标工程西南险段河道整治河工模型试验

通过对北江大堤西南险段所处的北江下游新沙洲河段的河道整治研究，提出拆除洲头分水坝，左汊进口错口丁坝，右汊修筑潜坝，疏控右汉河槽，增大右汊分流比，控制左汊水流动力的增大趋势，使得左汊不继续下切，实现稳定左汊河床的目的，避免西南险段进一步恶化，为西南险段整治加固除险工程设计提供依据。     

长江下游镇扬河段和畅洲汊道阶段演变特性分析

镇扬河段和畅洲汊道由于历史上主支汊易位多次,是长江下游分汊河道中演变最为剧烈的汊道之一.三峡水库蓄水、河道整治工程及航道整治工程的实施影响了和畅洲汊道形态的调整.分析了该河段来水来沙特点,介绍了河道(航道)整治的基本情况,并对河段的分流比及整治工程进行阶段性分析,研究了和畅洲汊道的河床演变,并统计了左、右汊断面特征值中...     

潮汐河口汊道治理的数值模拟

河口地区受径流和潮流共同作用,水流运动十分复杂.河口汊道治理中,应把分汊河道与相邻水域作为一个整体进行研究.概化河口汊道地形,采用数学模型对整治、疏浚及整治与疏浚相结合方式工程前后的水流运动进行模拟计算.计算结果表明,丁坝群可有效提高治理汊道内的主槽流速,但分流比减小;疏浚可增加汊道水深,增加分流比,但流速增加不明显;整治与疏浚相结合的方式既能增加汊道水深又能提高主槽流速,而对分流比影响较小,可作为河口汊道治理的一种优选方式.     

节点对长江下游马当河段汊道演变影响的研究

节点广泛存在于分汊河段,对汊道的影响至关重要,研究节点对汊道演变的影响,对指导河道治理具有重要意义。长江下游马当河段为典型的微弯分汊河型,先后有骨牌洲、棉外洲、瓜子号洲等将河段多级分汊,依次有小孤山、彭郎矶、马当嘴、马当矶等山体形成控制节点。建立了马当河段二维水沙数学模型,在验证的基础上,从水流及河床冲淤变化的角度,结合河床演变,探索各个汊道分流比调整后对上下游河段的影响,分析了节点在汊道演变中的控制作用。研究结果表明:经过小孤山-彭郎矶节点的控制,马当河段进口边界条件较为稳定,上游河势发生较大变化时,马当河段河势变化微小;经过马当矶-马当嘴节点的控制,棉外洲左右槽分流比变化为23.3%~58.1%时,对节点下游主流和河床冲淤的影响主要集中在2~2.5 km以内,影响范围有限。通过采用数学模型和河床演变分析相结合的方法,探索汊道之间演变的相互影响,分析节点的控制作用,为河道治理提供指导意见。     

长江南京新济洲河段整治工程初期河势响应分析

长江南京新济洲河段整治工程实施后改变了原有的河流边界，对局部河势造成一定影响，且经过2020年流域性大洪水后，需要从整治工程安全稳定性及河势变化方面研究河势响应性调整情况。基于整治工程方案及实施时间、新济洲汊道段河势演变分析、近期水情，并结合实测1∶2 000大比例监测成果，从平面变化、断面变化、冲淤分布、岸坡比变化等4个方面分析了该河段整治工程初期在不同量级洪水下的冲淤变化，对冲淤变化成因进行了探讨。结果表明：新济洲河段河道宏观河势处于冲淤交替态势，整治工程区左汊1、右汊1、右汊2在近期河势变化处于河床调整变化的正常范围之内，岸线及堤防近期仍处于相对安全的态势。研究成果可为工程管养及应急治理提供技术参考。     

长江口白茆沙河段南强北弱格局变化特征研究

近年来白茆沙汊道“南强北弱”态势持续增强，南水道主槽和近岸河床冲刷明显，日益威胁水下岸坡稳定与附近码头安全。通过对白茆沙汊道演变态势与分流比变化特征展开分析，进而对白茆沙汊道“南强北弱”分流格局变化及原因进行了系统研究。研究认为：白茆沙汊道“南强北弱”格局增强的态势是白茆沙汊道历年来周期性演变中某一阶段的表现形式；鉴于不同方法计算的汊道分流比存在差异，故用分流比表征汊道强弱时，应选用同一类型的值进行比较；深水航道一期整治工程实施遏制了白茆沙冲刷后退的态势，改变了该河段周期性演变的模式，有利于河势稳定；在现有水情、工情及河势条件下，白茆沙汊道“南强北弱”的格局变化将趋缓。     

不同水文条件下通州沙河段沿程分流分沙特征

通州沙河段受径流与潮流双重作用,江中沙洲、暗滩交替分布,江心洲滩冲淤演变剧烈,航道边界条件不稳定。通过三维水沙数学模型对天然河段洪、枯季水流条件的沿程分流、分沙比及滩槽过渡断面的水沙交换特征进行分析。结果表明,通州沙东水道是主要的涨落潮通道,落潮时上游分流比约90%,往下游分流比逐渐减小至75%左右;涨潮时东水道下游分流比约70%,上游段受西水道漫滩流影响东水道分流比增至85%~90%。洪、枯季落潮期间通州沙东水道的分沙比较对应的分流比有所增加,洪季涨潮期间通州沙东水道的分沙比较对应的分流比有所减小,枯季时变化相对不明显。通州沙下段左缘水流交换和悬沙交换的格局相同,均以槽向滩为主,狼山沙右缘水沙交换通量较小。     

长江源通天河段辫状河道形态特征与变化规律

长江源广泛发育辫状河道,共同组成一个庞大的辫状河群,在水流泥沙与河床地形数据缺乏的条件下,长江源辫状河道形态的时空变化尚缺少研究。基于Landsat遥感影像解译,研究长江源通天河局部辫状河段的平面形态特征与分汊强度的时空变化规律。结果表明:1987—2016年辫状河段的水域面积与河床面积之比在年内呈现单峰变化过程,即汛期4—9月份逐渐变大,非汛期10月—次年3月趋于变小至基本不变,而且近30 a有所增加,间接反映了长江源径流量增加的趋势。辫状河段的36个横断面的汊道数指数和汊道长度指数分别为4~10和5~12,在1994,2005,2015年其均值几乎维持不变,表明此辫状河段的整体形态具有自相似性且河型不变。     

新水沙条件与整治工程下和畅洲汊道演变分析

和畅洲汊道是长江下游典型的江心洲分汊型河道,也是长江下游历史上演变最剧烈的河段之一。三峡水库蓄水后河段来沙大幅减少,和畅洲汊道演变与航道条件随之改变,为了抑制左汊发展、改善右汊航道条件,水利、交通部门先后在左汊口门、上中段修建了三道水下潜坝。在大量实测资料的基础上,分析了新水沙条件和整治工程双重作用下和畅洲汊道及其上游六圩弯道河床演变特征。分析结果表明:2009年后六圩弯道河床持续下切,伴随着局部岸线崩退和心滩发育等不利变化;三道潜坝限流作用显著,2019年左汊实测分流比约为64%,较2002年最高76%时下降12%;右汊河床经历了缓慢淤积到由淤转冲再到普遍冲刷的阶段性变化,航道条件得到改善;但左汊潜坝下游河床产生明显的局部冲刷,且发生两次崩岸事件,应引起重视。     

珠江三角洲河网地形和径流条件变化对潮动力格局的影响

针对上游建库及航道疏浚等人类干预引发的河床不均匀下切与径流年内分配调整导致珠江三角洲河网内径流、潮汐、河口地形间相互作用随之变化的问题,基于连续小波变换方法,结合实测水文资料与河网一维水动力模型,对比分析了地形与径流变化前后河网潮动力格局的调整,并将一维圣维南方程中的非线性摩擦项分解为径流成分、径潮作用成分、潮汐成分,量化了各成分对于潮动力格局调整的贡献。结果表明：地形与径流变化后,洪季各潮族动力均显著增强,枯季高频潮族动力衰减更迅速,枯季径流量增加对潮汐的调制作用在大部分河道抵消了地形下切造成的潮汐动力增强;河网上游非线性摩擦项中径潮作用成分对于潮动力格局调整的贡献增大,径潮非线性作用增强。     

太湖流域平原河网分流比影响因素

以太湖流域典型分汊河道为例,构建河道二维水动力模型,研究平原河网分流比主要影响因素及其作用机理,并运用岭回归建立了平原河网分流比预测方程。结果表明:平原河网分流比与糙率、支汊过水宽度比、水位差呈正相关关系,与干流流量呈负相关关系,与分汊角度关系复杂;干流流量和支汊过水宽度比是影响分流比的主要因素;构建的多因素平原河网分流比综合预测方程可用于预测平原河网分汊河道分流比。     

二维水流数学模型在多分汊河道鱼类栖息地设计中的应用

多分汊河道汇合或分流口水流流态复杂,常常存在河口滩及深槽,复杂多样的水文水力条件为鱼类提供了良好的进食及休憩场所。针对多分汊河道边界复杂的特点,建立了基于一般曲线坐标系下的平面二维水流数学模型。将所建立的数学模型应用于大渡河乐山段安谷水电站左岸生态河网建设和鱼类栖息地设计,对工程投运前后河段的水深、流速、流场、分流比进行模拟和对比分析,设置生态工程措施,使得鱼类产卵场河段水流特性仍满足鱼类栖息地要求。从安谷水电站运行效果看,设计的生态措施对河道鱼类栖息改善取得了较好的实践效果。     

珠江三角洲河网径流输运过程对河床地貌的影响

通过珠江河口平面二维潮流数学模型,对不同地形条件下珠江三角洲河网区径流输运过程进行了分析。结果显示河床下切导致蕉门、虎门的潮汐动力加强,分流比减小,而磨刀门的分流比则有所增加。由于河床容积的增加,主要河道余流流速均有所减少,但由于北江干流分流比的下降,其余流流速减小趋势尤为明显。     

2002-2018年长江口基本河槽冲刷及形态调整演化趋势

三峡蓄水后清水下泄对长江口河床演变产生何种效应是泥沙研究者普遍关注的问题。在阐述长江口近期来水来沙和边界条件变化的基础上,分析了长江口基本河槽河床冲淤特点、形态演变及其趋势。分析表明,长江口基本河槽发生了全面的强冲刷,河床形态朝宽深比减小的方向发展。各分段基本河槽上、中、下3层河床的冲刷分布,体现了长江口愈向上游段受径流作用相对较大,而愈向下游口门受潮汐动力作用相对较大对河床冲刷影响的特性。在保滩护岸和近期圈围工程与岸线整治工程作用下长江口总体河势仍将继续保持相对稳定;在三峡蓄水后来沙大幅减小的大环境下,基本河槽将连续受到冲刷,河床形态仍将朝窄深方向发展。     

三峡水库运行对荆江三口分流的影响评估

荆江三口作为连接洞庭湖和荆江的纽带,历来是研究洞庭湖区防洪、航运、水环境变化和水资源利用的关键点。通过建立荆江三口分流模型,将2008—2015年枝城日实测流量和相应的还原流量作为模型输入资料,计算出有、无三峡工程情况下荆江三口的分流量。探讨了三峡水库对荆江三口发流量、分流比、断流情况的影响(此影响为径流调节和河道调整的综合影响),同时分离并探讨了河道调整对荆江三口分流量变化的影响。结果表明:有三峡工程情况下,在径流调节和河道地形调整的综合影响下,汛前消落期荆江三口多年平均分流量和分流比分别增大28.17%,9.59%,断流情况基本无变化;汛期多年平均分流量减少2.11%,分流比增长0.56%,断流情况变化不大;汛末蓄水期多年平均分流量和分流比分别减少33.87%和19.84%,松滋口和太平口断流情况无明显变化,藕池口断流天数增多且断流日期提前;枯水期三口多年平均分流量增大8.60%,多年平均分流比减小2.93%,松滋口和藕池口在有三峡工程情况下每年分别平均少断流30.43,6.80 d,太平口每年平均多断流30.86 d;其中,河道地形调整使汛期荆江三口分流量增加2.73%,汛前消落期、汛末蓄水期、枯水期荆江三口分流量分别减小16.62%,3.10%,18.49%。该结果可为洞庭湖区湖泊干旱情况、水资源利用与保护及三峡水库的运行调度提供研究基础。     

导流明渠设计问题探讨

采用导流明渠的基本条件是河谷较开阔、河水分叉、枯水期有滩地出露、岸边具有台地、古河道、垭口、河湾等地形;其主要优点是过流能力较大、超泄能力较强、施工条件较好、造价相对较低等。导流明渠一般用于初期导流,中后期导流还需与底孔、隧洞、缺口等其它导流方式组合,以妥善地解决主体工程施工过程中的水流控制问题。导流明渠设计问题是在给定流量下,应使允许流速正好符合水力最佳断面而渠道坡降最经济。通过景洪、观音岩水电站等导流明渠工程实践检验,其成果可供大、中、小型水利工程导流明渠设计借鉴。