长江宜昌—监利段河床冲淤对宜昌站水沙变化的响应

三峡水库蓄水运行以来宜昌站水沙条件发生了明显改变,驱动下游河床发生新一轮调整。采用回归分析、机理分析等方法,探究了三峡工程运行前后长江宜昌—沙市段及沙市—监利段河床冲淤变化对宜昌水沙站条件的响应规律。结果表明:宜昌—沙市段冲淤量与宜昌站水沙指标间的关联度强于沙市—监利段且前者关联度随时间增强;研究河段月尺度河床演变对宜昌站水沙条件不存在明显的滞后响应;基于宜昌站月均流量分别构建的两个河段冲淤量回归模型可较好反映河床冲淤变化;根据所构建模型的模拟,三峡工程运行前宜昌—沙市段呈“小水小冲、大水大淤”的冲淤格局,冲淤转换临界宜昌站流量约为23 500 m3/s,三峡水库蓄水后该河段全面冲刷,呈“小水小冲、大水大冲”,但随着床沙粗化冲刷量有所下降;三峡水库蓄水前沙市—监利段亦呈“小水小冲,大水大淤”的冲淤格局,冲淤转换临界宜昌站流量约为22 500 m3/s,且同流量下的淤积量大于宜昌—沙市段,三峡水库蓄水后宜昌站小水时该河段冲刷量略大于上游河段,但宜昌站大水时该河段冲刷量明显更小。     

小浪底—利津河段河道输沙平衡临界指标研究

河道输沙平衡关系是通过工程措施调控水沙组合、冲刷河槽淤积泥沙、塑造河槽形态、提高河槽输沙能力和泥沙资源化配置的理论依据。通过对影响黄河小浪底—利津河段河道汛期输沙平衡的水沙指标进行分析,建立了河段汛期淤积比与小浪底站水沙指标的关系,计算了1950—2000年小浪底—利津河段对应的不同计算时段、不同河段(包括全河段)和上、下临界输沙平衡状态的50组输沙平衡临界指标,分析其变化规律和影响因素。对1967年实测典型洪水过程及2007年汛期调水调沙过程的输沙平衡状态分析,得出了各自对应的输沙指标,结果表明自然形成的洪水过程和调水调沙人造的水沙过程均可以达到河道输沙平衡。     

平衡纵剖面数值试验及其对防洪的影响研究

本文采用一维非恒定流非均匀沙的水沙数学模型，以长江中游螺山汉口河段为背景，进行了根化数值模拟试验，分析了该概化河段平衡纵剖面的变化规律及其与上游来水来沙条件的关系，并和相应的理论公式进行了比较。在此基础上，对水沙条件发生较在变化时的平衡纵比降以及带来的对长江中下游防洪的影响进行了分析。     

三峡水库蓄水后长江中游河床粗化及含沙量恢复特性分析

三峡水库蓄水后清水下泄,长江中游含沙量将长期处于严重不饱和状态,水流含沙量沿程恢复将会引起长江中游河道长距离冲刷。根据三峡水库蓄水以来实测资料,分析了长江中游河段河床粗化与月均含沙量恢复的特性。结果表明:三峡水库蓄水运用以来,宜昌-枝城河段床沙粗化明显,河床已基本以卵石为主;枝城-监利河段河床粗化较为明显;监利-螺山河段、螺山-汉口河段河床有一定程度粗化。三峡水库蓄水运用后,d0.125 mm粒径沙量在长江中游沿程恢复缓慢且恢复程度远小于蓄水运用前,d0.125 mm粒径沙量在宜昌-监利河段恢复速率较快,且在监利站附近该粒径含沙量基本恢复饱和。宜昌-监利河段月平均含沙量恢复达到最大值,监利-螺山河段月平均含沙量以减小为主,而螺山-汉口河段月平均含沙量变化不明显。研究成果为将来水库下游不平衡输沙的深入研究提供了参考。     

长江宜昌至汉口河段水沙变化初步分析

对长江上游水沙变化、中游干流河道泥沙冲淤变化以及两者之间的响应关系进行了分析研究.与1990年前相比,1991～2000年长江上游径流量变化不大,但输沙量减小明显,宜昌站年均输沙量减少约1亿t,减幅约20%;1966～1998年长江中游宜昌至汉口河段枯水河槽冲刷泥沙约3.67亿m3,宜昌至城陵矶段以枯水河槽冲刷为主,河床下切明显,城陵矶至汉口段则河床滩槽均淤,但以淤高水洲滩为主.荆江河段泥沙冲淤量与宜昌站水沙作用强度∏=Q2×T/S呈较为明显的正比关系.当宜昌站水沙作用强度在1.6×1010～1.2×1011时,宜昌至城陵矶河段泥沙冲淤基本平衡.当螺山站含沙量大于0.60 kg/m3时,城陵矾至汉口河段将发生淤积;当含沙量为0.50～0.60 kg/m3时,城陵矾至汉口河段冲淤基本平衡;当含沙量小于0.50 kg/m3时,城陵矶至汉口河段将发生冲刷.     

长江干流监利站水沙特性分析

监利河段位于长江中下游14个重点河段之一荆江河段的下段。根据对该河段代表水文站--监利水文站多年统计资料分析,监利站年径流量变化过程与年输沙量变化过程均呈不规则周期性变化,且以20世纪80年代末期为界,明显地分为2个阶段,2006年为长江枯水少沙年份,径流量、输沙量均为历年来最低值。监利站径流量年内分配与输沙量基本一致,均集中于汛期5-10月,且输沙量更为集中。水沙关联性分析结果表明,监利站来水来沙总体呈正相关性,即径流量越大,输沙量也就越大。监利站的水沙变化除了受长江上游来水来沙变化的影响外,下荆江裁弯工程、荆江三口分流分沙变化 及三峡工程等水利枢纽建设,均是主要影响因素。     

荆江监利河段横断面调整规律研究

监利河段地处长江中游下荆江河段中段.受上游水沙条件及河床边界条件影响,监利河段的典型横断面多年来变化较大.通过大量实测资料的分析,总结了监利河段横断面演变的特点,并对三峡工程蓄水运用初期该河段的横断面变化进行分析.在此工作基础上,预计了该河段的横断面演变趋势,认为在水沙条件及河床边界条件不致于发生大的改变的情况下,监利河段河床将进一步产生冲刷,宽深比将有所减小,河床逐渐向窄深方向发展.应因势利导,加强河道两岸护岸工程的实施,防止崩岸等险情的发生.     

三峡工程运用初期监利河段河势变化预测

监利河段是下荆江变化最剧烈的河段之一,三峡工程运用后,下泄含沙量减小,该河段冲淤调整将更为明显.采用河道平面二维水沙数学模型,对监利河段在三峡工程蓄水运用初期可能产生的河床冲淤及河势变化进行了计算分析研究.结果表明:监利河段总体河势变化不大,但河床冲淤较为剧烈,断面冲深扩大,局部岸段和乌龟洲右缘部位崩退,乌龟洲左汊萎缩...     

长江城陵矶——汉口河段的冲淤变化及影响分析

通过对长江中游城陵矶至汉口河段冲淤变化的分析，得出了城陵矶至汉口河段在平滩及枯水河槽的多年淤一，以及河段冲淤量在时间和空间上的分布规律，最后通过河段冲淤对螺山水文站水位流量关系的影响研究，探讨了河段冲淤对长江中游干流洪水水位抬高的影响程度，为弄清长江１９９８年洪水水位偏高的原因提出了参考意见。     

三峡水库蓄水前后窑监河段年内河床演变分析

三峡水库蓄水后,窑监河段上游的来水来沙条件发生改变,使河床发生相应调整。三峡工程不仅引起该河段年际间水沙特征变化,含沙量显著减小,年内水沙过程也发生变化,表现为蓄水期流量减少,退水过程加快。根据现有实测地形数据,对三峡水库蓄水前后2002和2007年年内监利河段河床冲淤分布、横断面变化与航道条件进行了比较,并采用资料分析、数学模型等方法对航道条件变化的原因进行了分析。研究表明:三峡水库蓄水后,监利河段年内仍遵循蓄水前"涨淤落冲"的规律;汛期淤积强度较蓄水前减弱,汛后冲刷动力也有所减小,水沙不利年份时航道条件仍呈恶化态势。     

长江宜昌至汉口河段输沙特性分析

通过对长江宜昌至汉口干支流水文站50年水文资料的分析发现，长江干流年水量变化不大，而年沙量变化很大，造成沙量增减变化的主要原因是荆江三口(藕池口，松枝口，太平口)分洪分沙、量的逐年减少、干流来沙及汉江丹江口水库蓄水运用引起的。本文还从沙量平衡法和断面法分析了宜昌至汉口河段的泥沙冲淤和输沙特性，发现城陵矶至汉口河段长期处于淤积状态，是上下游河段挟沙力平衡的一个调节河段。并预测三峡水库蓄水后下游年沙量将进一步减少。     

长江汉口至九江河段悬移质输沙量同步监测对比分析

针对长江中游干流汉口至九江河段悬移质输沙量不平衡问题,开展在汉口至九江间4个断面(汉口、白浒山、码头镇、九江)的同步水文测验,监测时段选择在2016年5月23日-6月22日。4个断面均采用1∶1∶1和2∶1∶1两种取样方法同时取样,分别计算含沙量及输沙率,并进行上下游的对比分析。结果表明监测期间各站径流合理,水沙量平衡。垂线混合采用2∶1∶1方式计算的输沙量明显小于垂线混合采用1∶1∶1方式的计算值,监测时间段内,九江的输沙量明显大于汉口站。     

长江城陵矶─—汉口河段的冲淤变化及影响分析

通过对长江中游城陵矶至汉口河段冲淤变化的分析，得出了城陵矶至汉口河段在平滩及枯水河槽的多年淤积量，以及河段冲淤量在时间和空间上的分布规律。最后通过河段冲淤对螺山水文站水位流量关系的影响研究，探讨了河段冲淤对长江中游干流洪水水位抬高的影响程度，为弄清长江１９９８ 年洪水水位偏高的原因提出了参考意见     

三峡水库运用后监利河段航道演变研究

监利河段是长江中游碍航水道之一,特别是三峡蓄水以来,碍航问题十分严重,本文建立监利河段平面二维水沙数学模型,并采用试验资料对该模型进行了检验.在此基础上,采用该模型计算了不同水沙组合条件下监利河段的河床演变趋势,结果表明,监利河段在自然条件下总体河势不会发生大的改变;乌龟夹将作为主汊长期存在,特别是三峡蓄水运用以后,乌龟夹的主汊地位将会进一步加强;随着三峡蓄水时间的推移,洲头心滩前缘冲刷,下侧淤积,滩体向左岸及下游延伸,乌龟洲洲头及右缘继续冲刷后退,浅滩的形势不会发生改变;乌龟夹口门处的浅区将继续存在,仍然是碍航的主要因素.最后,提出了相应的整治措施.     

边界条件对荆江监利河段枯水河槽形态调整的影响

受三峡工程运用及洞庭湖出流顶托的影响,荆江监利河段的进口水沙过程及其出口侵蚀基准面发生改变,河床调整剧烈,枯水(5 000 m~3/s流量)期河槽形态发生变化,对航道条件产生了一定影响。基于监利河段实测水沙及断面地形资料,首先通过一维水动力学模型计算了该河段2002～2017年各固定断面的枯水河槽形态参数(枯水河槽面积、宽度、水深及宽深比),其次采用河段平均方法计算了监利河段尺度的枯水河槽特征值,最后建立了以上特征参数与上下游边界条件之间的综合关系。结果表明:(1)受大规模护岸及护滩工程控制,近期监利河段枯水河床调整以水深变化为主,2002～2017年河段尺度的水深累计增加了0.49 m,相应宽深比减小了8%,河床趋于窄深,航道条件整体改善;(2)在部分过渡段与急弯段(如大马洲及七弓岭河段),边滩冲刷剧烈,断面趋于宽浅,航道条件恶化;(3)枯水河槽形态调整受上下游边界条件的共同控制,其中河段枯水河槽水深、面积及宽深比与前5 a汛期平均水流冲刷强度(上边界条件)以及上下游水位差(下边界条件)密切相关。定量分析了在上下游边界条件共同作用下,近期监利河段枯水河槽调整过程及其对航道条件的影响,建立的经验公式可用于预测该河段枯水河槽形态的变化过程,研究成果有助于定量评估监利河段的航道条件。     

输沙量法与地形法估算河道冲淤量的对比研究

以长江中游荆江新厂至监利河段实测水沙与河道地形资料为基础,采用输沙量法与地形法,分别估算了1987年6月至1991年5月该河段的河道冲淤量,并初步对比分析了2种方法的差异、适用性与关键影响参系数。计算分析表明：①采用输沙量法,假设床沙质冲泻质分界粒径为0.062 5 mm,1987年6月1日至1991年5月31日新厂至监利河段河道淤积量为0.431 4亿t;采用地形法,假设平滩水位为34.0 m,1987年5-6月至1991年5月该河段的河道淤积量为0.4383亿t。2个估算结果非常接近。②影响输沙量法的关键参系数为床沙质冲泻质分界粒径与悬沙级配;影响地形法的关键参系数为平滩水位与泥沙干密度。③在河道冲淤基本平衡和造床条件下,合理确定床沙质冲泻质分界粒径（输沙量法）和平滩水位（地形法）,输沙量法与地形法估算的河道冲淤量可以一致或接近;偏离冲淤平衡与造床条件越远,2种方法的估算结果差异越大。     

监利站平滩面积对水沙条件变化的滞后响应

河床对水沙条件变化的滞后调整过程已被众多研究者通过实测资料分析所证实。以荆江河段上的监利站为研究对象,选定平滩面积作为反映河床调整的参数,通过分析河道平滩面积调整的滞后响应过程与特点,探讨其响应调整规律,并建立与之相适应的滞后响应模型。研究表明,监利站的前期来水来沙条件对当前平滩面积调整的影响真实存在,滞后响应理论同样适用于长江荆江河段的监利站。同时,通过对适用于黄河流域的滞后响应模型(即黄河滞后响应模型)进行改进,建立了适用于监利站的平滩面积滞后响应模型。     

三峡水库运用对长江中下游干流水位影响分析

为了分析三峡水库的调洪运用对长江中下游干流水位的影响,采用成熟的预报模型对2010年7月中下旬长江上游地区发生的大洪水过程进行还原计算,分析了三峡水库的拦洪削峰作用。结果表明,洪水过程中,通过对三峡水库的合理调度,有效降低了长江中下游干流各站水位,其中宜昌-沙市河段水位降低约2.5 m,城陵矶-汉口河段水位降低约1.0 m,九江-大通河段水位降低0.3～0.5 m,沙市水位降到警戒水位以下,缓解了荆江河段和中下游干流的防洪压力,缩短了监利-汉口河段各站超警戒水位时间。     

河道实测冲淤量不同计算方法结果比较分析

在生产实践中,采用不同计算方法得出的冲淤量结果往往差别很大,部分河段、部分时段甚至存在冲淤性质相反情况。采用大量的实测水沙、地形资料,运用断面地形法、网格地形法和输沙量平衡法3种方法计算了三峡水库蓄水后三峡坝下游宜昌至监利河段的实测河床冲淤量,对不同计算方法的计算结果和影响计算精度的因素进行了分析,运用非线性分形理论对河床起伏程度与断面代表性关系进行了研究。研究结果表明输沙量平衡法需对悬沙测验成果进行改正,并考虑泥沙测验定线误差、水量不平衡、河道采砂和分流洪道冲淤;断面地形法需在弯道、汊道、河道急剧放宽和束窄的局部河段布置相对较密的断面;网格地形法需选择适宜的插值方法,且网格尺寸不宜大于施测断面点间距。     

水沙数学模型在线计算的初步实

利用混合语言编程、JavaScript脚本和PHP语言等技术,开创性地将河流水沙数学模型、可视化前后处理技术和计算机网络技术三者结合起来,初步实现了洪水演进、河道冲淤等水沙数学模型模拟的在线计算过程;并以长江中游下荆江藕池至监利河段为例,给出了该河段河道维护与管理在线计算平台的演示成果。