黄土高原多沙粗沙区高含沙水流发生频率的时间变化

高含沙水流的频繁发生是黄土高原多沙粗沙区产生高强度侵蚀的重要原因。本文基于1967—1989年的系列泥沙资料和面雨量资料,分析了黄土高原多沙粗沙区8个流域高含沙水流发生频率随时间的变化过程。根据其不同的变化趋势,将研究区所有流域分成了两类。第一种类型高含沙水流发生频率随时间逐渐减小;第二种类型高含沙水流随时间呈先减小后增大的变化趋势。从汛期降雨量（6—9月）及人类活动（包括人为的减沙活动和人为增沙活动）两个方面对高含沙水流随时间变化趋势的产生原因进行了分析。结果表明,第一种类型主要受到同期汛期降雨量的减少以及各种水利水保措施减沙量从上世纪60一80年代逐渐增大的影响;第二种类型的流域在上世纪60年代末到80年代初高含沙水流发生频率的减小主要是因为上世纪60、70年代大量修建的淤地坝在70年代发挥了显著的拦减泥沙的作用;但到了80年代以后,新建淤地坝很少。原有淤地坝已大部失效,另外人为的增沙活动,如修路、开矿、建窑等活动在80年代以后显著增加,上述因素促使高含沙水流发生频率在80年代初期以后呈随时间增加的趋势。     

流域产水产沙耦合对黄河下游河道冲淤和输沙能力的影响

在具有水沙异源特征的流域中,不同水沙来源区的来水来沙之间的关系,可以称为流域水沙藕合关系.流域水沙耦合关系通过流域侵蚀带与沉积带的耦合,会进一步影响沉积带的冲淤过程.对于黄河流域,提出以多沙粗沙区的来沙量和河口镇以上清水区的来水量之比来表示流域产水产沙搭配关系,称之为流域产水产沙耦合指标.无论是对于洪水系列还是对于年系列,黄河下游来沙系数、含沙量与流域产水产沙耦合指标之间都具有密切的关系.流域产水产沙耦合指标控制着下游河道的来沙系数、平均含沙量和最大含沙量,并进而影响河道冲淤量和河道泥沙输移比.黄河下游高含沙水流的发生与流域产水产沙耦合指标I(ws)之间有密切的关系.当I(ws)<0.314t/m3时,下游可不再发生高含沙水流.这启示我们,通过对多沙粗沙区来沙量和河口镇以上清水区来水量的控制,可以减少下游河道高含沙水流发生的频率.对于场次洪水而言,当流域产水产沙耦合指标I(ws)<0.2t/m3时,冲淤量、淤积强度变化很小,但当I(ws)>0.2t/m3以后,冲淤量、淤积强度迅速增大.本文的研究成果对于黄河流域的治理有一定的参考意义.通过对流域水沙耦合关系的调控,来减少下游河道的淤积,是一种可行的途径.     

再谈黄河中游粗泥沙的来源

选择黄河中游多沙粗沙来源较为集中的皇甫川、孤山川、窟野河、秃尾河、佳芦河、无定河等流域，对比分析了河流粗泥沙含量和平均粒径年内变化规律及其空间差异。结果表明：软弱砂岩出露区的皇甫川流域，河流携带的粗泥沙含量及平均粒径与径流量年内变化趋势一致，软弱易蚀岩层出露面积比例越大，这一趋势就越明显；风沙区分布面积较大的秃尾河和无定河等流域，随着夏季水流侵蚀能力的增强，悬移质平均粒径并未明显增大，甚至降水集中和多暴雨的7—8月的平均粒径和粗泥沙含量小于冬季的，这些流域内基岩产沙对河流泥沙贡献不大，悬移质中的粗泥沙应主要来源于风沙。     

侵蚀性降雨分类及植被类型对产流产沙的影响

为探索各类侵蚀性降雨及不同植被类型对产流产沙的影响,利用K-均值聚类分析法对黄土丘陵沟壑区安家沟流域布设的乔木林、灌木林、人工草地、天然草地和农作物等5种径流小区2014—2018年降雨、径流、泥沙观测资料进行了分析。结果表明:研究区侵蚀性降雨发生在5—9月,其中8月的侵蚀性降雨量及其产生的径流模数、侵蚀模数最大;可把侵蚀性降雨分为中雨量小雨强、中雨量大雨强、大雨量中雨强、大雨量超大雨强、暴雨量超大雨强等5种类型,出现的频率分别为42.85%、34.29%、14.29%、5.71%、2.86%;径流模数与侵蚀性降雨量、最大30 min雨强呈极显著相关,与降雨时长、平均雨强呈显著相关;产沙模数与侵蚀性降雨量、最大30 min雨强、平均雨强、降雨时长呈极显著相关,降雨量大且强度高的降雨是产生强烈侵蚀的主要动力来源;不同植被类型对产流产沙的调节作用差异较大,在大雨量情况下地表覆盖程度对产流产沙影响较大,地表覆盖度较高、对地表扰动小的林地和天然草地产沙模数较小,人工草地和农地因施肥、除草、收割等对地表扰动大且导致地表裸露时间长而产沙模数较大。     

挟沙水流紊动结构的试验研究

本文通过挟沙水流紊动结构的试验,研究了其时均结构和脉动结构,明确了含轻质沙水流的紊动结构与含沙量和粒径间的关系。试验结果表明,含沙水流的卡门常数x随含沙浓度和粒径的增大而减小,而水流脉动强度则随含沙浓度和粒径的增大而加强.此外,在与清水紊流结构比较的基础上,还对挟沙水流的内部机理进行了初步探讨。     

黄河中游多沙粗沙区高含沙水流的粒度组成及其地貌学意义

通过野外实测资料的分析，发现在黄土高原的高含沙水流中，存在着某种最优的悬移质泥沙粒度组成，使得含沙量达到最大。这一最优粒度组成的出现，与流域中黄土、风成沙和基岩这三种物源的特定搭配有关，也是风力－水力交替区特有的外营力作用的结果。与悬移质泥沙的最优粒度组成相对应，出现了黄河中游多沙粗沙区产沙模数最大值。     

西柳沟流域近期水沙关系变化特征分析

根据1960—2010年实测水文资料,对黄河内蒙古段西柳沟流域近期水沙关系的变化特征进行了分析。结果表明:1990—2010年与1960—1989年相比,流域年降水量增大,但暴雨有所减少;来水来沙具有水少沙多、年际变化大、年内分配极度不均等特点;流域最大1 d降雨对产流产沙的影响很大,洪水期降雨产洪变化率指数为0.525 7~2.683 8,降雨产沙变化率指数为0.613 6~2.136 3;流域高含沙水流的侵蚀产沙作用非常强烈,洪水泥沙关系式的幂指数约为1.0,场次洪水多年平均含沙量为612.6 kg/m~3。同时,给出了西柳沟流域形成沙坝淤堵黄河干流的暴雨洪水泥沙阈值。     

黄河中游大型煤田开发对侵蚀和产沙影响的研究

黄河中游大型煤田开发对振兴国民经济具有重要意义，但对侵蚀产沙也将带来不利影响。本文分析了黄河中游大型煤田开发的自然地理特点和开发概况，进行了土壤试验、人工降雨模拟试验、开矿与非开矿流域水文泥沙观测资料的对比分析。研究表明，煤田开发后侵蚀和产沙明显增加，开矿后与开矿前相比，土壤侵蚀增加１．３４￣１２．７倍，相似降雨洪水产沙量增加５０－８０％，而且颗粒变粗，推移质泥沙增多，高含沙水流出现机遇增加，泥沙     

含沙高速水流的磨蚀机理和掺气抗磨作用

含沙高速水流易引起过流面材料的磨蚀破坏。本文探讨了泥沙磨蚀机理,提出了影响磨蚀的因素;基于紊流猝发理论,建立了混凝土材料壁面磨蚀率的计算公式;根据试验数据导出了掺气水流中混凝土材料壁面磨损率的经验公式。研究表明,含沙水流对固壁材料的磨蚀率随掺气浓度、材料强度的增大而减小,随水流流速、含沙量的提高而增大。利用掺气可有效地降低过流表面的泥沙磨蚀率。     

上方来水来沙对细沟侵蚀泥沙颗粒组成的影响

土壤中细颗粒的流失是土壤质量恶化的重要表现之一。利用试验土槽和供沙土槽双土槽径流小区系统,分析了黄土坡面在不同降雨强度、不同含沙水流汇入条件下的细沟侵蚀泥沙颗粒组成变化特征,探讨了降雨强度、坡面上方不同含沙水流汇入、细沟水流流速对细沟侵蚀泥沙颗粒组成变化的影响及其机理。结果表明,上方水流的汇入使侵蚀泥沙中<0 001mm的粘粒含量呈增加趋势,0 05～0 001mm的粉砂粒呈减少趋势,而降雨强度对侵蚀泥沙颗粒组成的影响不甚明显;同时,侵蚀泥沙中粘粒含量随细沟水流流速和细沟侵蚀产沙量的增大而增加。     

上游来水来沙变化及对重庆河段泥沙淤积的影响

三峡水库按175 m方案正常蓄水运行后,处于回水变动区的重庆河段将具有水库和天然河道的双重特性,随着水库运行时间的增长,该河段将呈现累积性泥沙淤积趋势.根据长江寸滩站和嘉陵江北碚站长系列水文观测资料分析,近年来三峡入库泥沙明显减少,而随着金沙江和嘉陵江上游梯级开发的逐步实施,上游大型水库拦沙效益将逐步显现,重庆河段的来沙量将进一步减少,可有效减缓重庆河段泥沙淤积速率,减少淤积总量和边滩淤积,增加三峡水库的兴利库容利用率,有利于重庆河段岸线及水资源综合利用.     

金沟河引水渠三级排沙系统泥沙处理效果分析

新疆金沟河泥沙含量大,由于排沙不力,由泥沙危害造成的水量供需矛盾日益突出。为此，采用三级排沙系统（大闸—排沙涡管—排沙漏斗）取代了以前的“全引全排”定期间歇性引水排沙模式。经排沙测验，采用该系统，既可有效排沙,又可发挥引水工程的最大效益,提高水资源利用率,解决水资源短缺矛盾,给灌区带来巨大的经济和社会效益。因此，其应用前景十分广阔。     

黄河粗泥沙界限与中游多沙粗沙区区域研究

本文首先讨论了黄河粗泥沙界限的确定方法，认为以下游淤积物中占多数的观点来确定黄河粗泥沙粒径界限较好，经分析淤积物中0．025mm以上的泥沙占多数，0．05mm以上的泥沙近半数；然后讨论了中游多沙粗沙区区域界定的两种方法，认为指标法能够直观反映出多沙粗沙区的位置I最后甩0．OSmm和0．025mm两种界限分析了多沙粗沙区面积，分别为8．15万km^2和6．99万km^2．两者位置和面积比较接近，但在治理方略上有一定差异．前者强调治沟治基岩，后者强调沟坡兼治。     

水流挟沙能力公式的转化与统一

本文首先基于悬移质运动效率系数等泥沙悬浮能耗的概念建立了水流挟沙能力统一结构式公式;然后对前人众多的水流挟沙能力公式进行分类、归纳为含沙量型与输沙率型两种主要形式,并通过进一步的推导转化,可将现行的主要挟沙能力公式统一于结构公式中,表明统一结构公式具有良好的通用性与实用性。文中最后应用黄河、长江等大量的天然实测资料对张红武等4家同时能适应于高、低含沙水流挟沙力公式的可靠性进行验证分析,结果表明张红武和作者公式的计算精度比较符合实际,建议在实际工作中加以应用。     

鄱阳湖入江水道输沙能力与出湖沙量关系及冲淤调整规律

鄱阳湖是长江流域生态系统的重要组成部分,近年来鄱阳湖枯水水位下降、枯水时间提前呈常态化和趋势性变化引起了广泛研究。鄱阳湖入江水道作为江湖联系的纽带,在江湖关系演变中起着重要作用。特别是2001年以来,入江水道演变和出湖沙量出现了显著和复杂的变化过程,其原因存在明显争议。本文采用水文泥沙观测资料结合机理研究,分析阐明了鄱阳湖入、出湖水沙变化与入江水道挟沙能力变化关系及冲淤调整规律。研究结果表明：入江水道代表断面月流速与湖口月出湖含沙量成正比,鄱阳湖出湖沙量与入江水道输沙能力直接相关;入湖泥沙对入江水道演变的影响是缓慢的,入湖沙量集中的4—6月,1985年前后各月出湖沙量减少量和减小比率都小于入湖沙量减少量和减小比率,都大于输沙能力减小比率;1998—2010年与1955—1998年比,月出湖含沙量变化比率与入江水道月挟沙能力变化比率具有较好关系;从出湖含沙量与代表断面流速关系看,1999—2010年出湖含沙量在不考虑断面变化情况下总体低于1955—1998年相关线,考虑断面扩大后则高于1955—1998年相关系,说明1999—2010年出湖含沙量增大和入湖水道断面扩大是冲刷和采砂共同影响的结果;入江水道下段代表断面2011—2020年同流速下顺出湖含沙量与1955—1998年关系线基本一致,而上段代表断面则明显低于1955—1998年关系线,说明入江水道下段已趋于稳定,上段仍可能会有一定的冲刷调整,引起湖区枯水位继续有所下降。本文研究结果对明晰鄱阳湖入江水道冲淤变化、长江与鄱阳湖相互影响复杂关系和指导鄱阳湖保护与治理具有重要意义。     

流域泥沙灾害与泥沙资源性的研究

泥沙灾害与泥沙资源性是流域泥沙的重要属性,二者在一定条件下可以相互转化。本文论述了泥沙淤积、泥沙冲刷、岸滩崩塌、山地崩塌与泥石流、粗沙淤积的土地沙化等泥沙灾害,指出泥沙灾害具有时空分布的不均匀性、渐变性或突发性、群发性、转化性及危害严重性等;流域泥沙资源化的主要途径包括填海造陆及造地、引洪淤灌、堤防淤临淤背、建筑材料、湿地形成(河流、湖泊与河口海岸)等,指出流域泥沙资源化及其优化配置既要解决思想观念、基本理论、目标效益等方面的问题,还要考虑与水资源联合配置问题。     

黄河下游泥沙沉积汇对入海悬移质泥沙粒度的影响

黄河下游泥沙沉积汇在黄河流域系统的泥沙收支平衡(Sediment budget)中起着重要的作用。通过河床主槽中泥沙的淤积和冲刷,运动泥沙的组成发生变化;通过滩地上泥沙淤积和河岸坍塌,河漫滩上前期淤积的泥沙与洪水所挟带的泥沙发生交换,使悬移质泥沙的组成发生变化。泥沙冲淤量对不同粒径组入海泥沙百分比的影响是不同的。小于0.01mm细泥沙的百分比与下游河道淤积量呈正相关,0.025~0.05mm和大于0.05mm的较粗泥沙的百分比与下游河道淤积量呈负相关。入海泥沙平均粒径与深泓年摆幅之间也存在着负相关关系。自20世纪60年代,中期以来,特别是自80年代中期以来,由于黄河下游径流量显著减小,黄河下游河道发生萎缩,河宽减小,因而主流线的摆动幅度也显著减小。这使得原来十分强烈的河岸侵蚀和滩槽泥沙交换强度大为减弱,主槽洪水得到的来自河岸侵蚀的细粒泥沙越来越少,因而使入海泥沙粒径变粗。     

新水沙条件下黄河下游泥沙均衡配置方案

由于自然气候条件的变化和人类活动的影响,黄河下游的来沙量大幅减少,为了维护黄河下游河槽均衡稳定、治理"二级悬河",合理利用泥沙资源,开展黄河下游泥沙均衡配置研究。采用黄河下游泥沙均衡配置数学模型,按照新水沙条件和配置模式,计算了黄河下游泥沙均衡配置方案,计算结果表明,来水来沙条件对泥沙配置状况的影响较大,一般年来水量约260亿m3条件下,如果年来沙量少于4亿t左右,黄河下游河槽不淤积萎缩,修建防护堤对增大平滩流量有一定作用,滩区放淤可以改善泥沙分布状况。通过对各配置方案综合评价,提出了建议方案及不同配置方式的泥沙配置比例。     

珠江采沙河段水沙数学模型研究

论文通过引入适用于采沙河流的水沙数学控制方程组,确定了珠江河流采沙影响因子一采沙通量Fm,从而建立起珠江采沙河段水沙数学模型。经实测资料检验,结果表明该模型的模拟计算结果与实测结果吻合良好,利用该模型可较好地对珠江采沙河道的演变情况进行模拟。     

浅谈泥沙研究的困难

经历了一个世纪的泥沙研究仍有许多重要的问题未能彻底解决。本文从泥沙研究本身的几个特点进行了初步分析,说明困难的原因,以期进一步推动问题的解决。百家争鸣,优胜劣汰,是泥沙研究取得进步的一个必由之路。