滩地植被对漫滩水流裁弯影响的实验研究

斜槽裁弯是弯曲河流长期演变过程中的临界地貌过程,其形态动力学过程仍缺少在不同漫滩水流和植被条件下的实验研究。以黄河源区泽曲支流浩斗曲的局部弯曲河段作为原型开展概化动床水槽实验,研究在5种漫滩水流与植被条件下的斜槽裁弯过程,分析连续弯道在裁弯前后的河床冲刷调整和平面形态变化。结果表明,斜槽裁弯由颈口处的串沟过流冲刷形成,其串沟发育位置及过程不同,颈口宽度随时间呈近似线性缩窄变化,由漫滩水流冲刷形成的新河道展宽速率最快达到129 mm/h。各工况条件下河湾内河道中心线的位置均存在不同程度的横向迁移,其速率最快达到144 mm/h。斜槽裁弯发生后,“Ω”型河湾底部的冲刷面积大于河湾顶部位置。     

黄河源典型弯曲河流颈口裁弯事件及时间序列

基于2000-2016年的Google Earth和1990-2000年的SPOT高分辨率遥感影像,选取黄河源若尔盖盆地区域的黑河、德讷河曲、哈曲和白河支流瓦切河等4条典型弯曲河流,统计分析颈口裁弯遗留牛轭湖的形态参数,确定已知裁弯事件次序,建立裁弯事件的相对时间序列。研究表明,4条弯曲河流共计105个颈口裁弯事件,其中超过50%的牛轭湖残余弯曲度小于10。裁弯事件发生的相对时间范围为5～90年。黑河和德讷河曲上游河段的裁弯频率高;而哈曲和瓦切河下游河段的裁弯频率高。基于已发生颈口裁弯的统计分析推测:黑河、德讷河曲、哈曲和瓦切河未来80年将可能发生约39次裁弯事件。研究成果可为特定弯道的颈口裁弯过程的原型观测提供参考。     

弯曲河流颈口裁弯不同阶段水流运动特性

为研究颈口裁弯水动力过程,以黄河源若尔盖盆地的弯曲河流裁弯观测资料为基础,基于不可压缩雷诺平均Navier-Stokes方程、k-ε紊流模型和有限体积法建立水动力数学模型,通过垂向σ坐标变换考虑自由水面的变化,分析颈口裁弯形成过程中的新河槽分流、三维流场变化和上、下游河道水流结构。伴随裁弯的逐步发展和新河槽的展宽,新河道宽深比和分流比均逐渐增加,分流比与宽深比之间呈线性正相关关系。裁弯初始阶段时,原河道的流速分布基本不受影响。由于新河道分流比逐渐增加,老河道流量、平均水深和平均流速均逐渐减小,新河道流量则逐渐增加,且平均水深和平均流速呈先增大后减小的规律。裁弯不改变颈口上游河道流场,明显改变裁弯下游弯道的弯顶处水流结构。     

弯曲河流塑造实验与维持条件综述北大核心CSCD

弯曲河流横向迁移的渐变过程和裁弯触发的突变过程,使得野外观测其全演变周期具有很大难度,因此开展室内水槽实验塑造和模拟弯曲小河演变具有可操作性和可控制性。通过系统地总结室内水槽塑造弯曲河流实验的实验条件与研究结果,从影响弯曲河流形成与演变的关键因素如水流、泥沙、比降和植物四个方面,对以往水槽实验成果进行对比分析。指出了前人实验研究尚未解决的若干问题,提出从正过程（弯曲至辫状）和逆过程（辫状至弯曲）两个方向去设置水槽实验条件,以期获得弯道演变的维持条件和确定弯曲-辫状相互河型转化的临界水流-泥沙-植被阈值。     

黄河源草甸型弯曲河流的悬臂式崩岸机制

弯曲河流的滨河草甸对抑制河岸崩塌和维持河湾蜿蜒具有重要作用。2011—2014年,在黄河源区兰木错曲的弯曲河段对河岸植被根系、崩塌块几何尺寸、根土复合体物理和力学特性等开展野外调查,并通过原位拉拔试验测定河岸崩塌面植被根系抗拉强度,进而分析草甸型弯曲河道的崩岸机制。草甸型弯曲河流的滨河植被根系网络具有较强缠绕和固结土体作用,河岸根系的力学特性是抑制凹岸崩岸的关键因子。近岸水流淘刷作用集中于根系作用范围以下的砂卵石层,当砂卵石层被淘刷至上部悬空,在自重作用下达到临界状况,河岸沿纵深方向出现贯穿性裂缝,最后崩塌块垮塌贴住河岸。崩块的破坏形式以悬臂式张拉破坏为主。崩塌块的植被根系长度与崩塌块厚度呈明显对数函数关系,其体积也随根系长度增大而增加。分析草甸型弯曲河流的新崩岸模式,建立了近岸根土复合体崩岸的临界力矩平衡方程,并简化得到崩塌块的临界宽度表达式。崩塌块体的临界宽度是崩塌块根系长度和根系产生的抗拉强度增量的函数,临界宽度的计算值与实测值较为符合。     

河湾水流动力轴线变化与切滩撇弯关系研究

在分析汉江中下游以及荆江河湾实测资料的基础上,阐述了河湾水流动力轴线弯曲半径变化与切滩撇弯之间的关系,大量相关实测资料说明当河湾的来水条件和河湾形态发生变化时,会造成河势与水流动力轴线走向发生变化,从而引起切滩撇弯的发生.用多元线性回归的方法拟合出河湾水流动力轴线弯曲半径的数学表达式,并提出了用水流动力轴线弯曲半径与河湾弯曲半径的相对值来判断切滩撇弯发生机率的方法.研究成果对于治河防洪工程的规划设计有一定参考价值.     

蜿蜒性河流演变机理研究

从宏观规律入手,采用概化方法研究了蜿蜒性河流的演变机理。在观察分析蜿蜒性河流演变规律的基础上,提出了弯曲河流的演变过程,即河流演变初期表现为沿轴线左右摆动,因受柯氏力的影响轴线逐渐弯曲,由于摆幅的增大和轴线曲率半径减小,使河流呈现出由顺直-微弯-蜿蜒-裁弯的演变过程。     

黄河源区滨河草甸对弯曲河流河道演变的影响

通过对黄河源区弯曲河流的6个河段进行水流特征和边岸植被特征等方面的野外调查研究,分析了河岸植被对弯曲河流河床演变的影响。结果表明:①黄河源区弯曲河流普遍发育于山地草甸和高寒草甸分布区,河岸植被发育良好,河流形态发育良好;②研究区6个试验点的植物种类繁多,以中生、湿中生植物为建群种或优势种,凹岸和凸岸的植被覆盖情况差异明显,凹岸植被生长时间长、植被群落相对稳定、物种多样性指数高、植株平均高度较高,平均覆盖度是凸岸的1.5～2.0倍;③凹岸草甸植被的淘刷主要发生在每年7—8月的洪水期,植被根系层下部因淘刷临空而坍塌形成护岸,从而减小了凹岸河湾演变速度;④发育良好的河岸植被不仅减轻了河岸侵蚀程度,而且提高了河岸土体的机械强度,有利于保持河湾形态的相对稳定性。     

密西西比河下游河道裁弯工程影响与近期演变分析

本文研究了密西西比河下游河道裁弯工程前（19世纪80年代至20世纪30年代）、后（1943年至1992年）河道比降与水流功率的变化；研究河段上自新马德里（密苏里州）下至纳齐兹（密西西比州），全长约900km；具体分析了裁弯工程前、后6个主河段及13个次河段的河道演变。（1）研究表明：研究河段目前的河道比降与水流功率均较裁弯前有较大幅度的增加，其中增幅最大的是富尔顿（田纳西州）至莱克普罗维登斯（路易斯安娜州）河段，其河道比降与水流功率分别增加了27-36％和20-38％；裁弯工程上、下游河段的河道比降与水流功率也有所增加，但其增幅相对较小。（2）过去研究表明：1932年之后，研究河段的床沙非但没有粗化，反而总体发生了某种程度上的细化；由于密西西比河下游河道不是缺沙河道，因此，水流功率的增加和泥沙中值粒径D50的恒定不变只能通过床沙质输沙量的增加来予以补偿，以达到河道新的输沙平衡。（3）过去研究还表明：20世纪密西西比河的河道输沙量是减少的，但由于这一结论主要是依据于实测总输沙量的分析结果，因此并不能据此认为下游河道床沙质输沙量也相应减少了；本文研究表明：裁弯后的床沙质输沙量大于裁弯前，这是因为：裁弯工程直接导致的次河段水流功率的增加，造成了下游河道的冲刷，从而增加了下游河道的床沙质输沙量；事实上，裁弯工程实施后，在通过河道演变调整达到目前新的动态平衡过程中，这部分新增的床沙质输沙量起着十分重要的作用。（4）研究河段目前的平衡状态可概括为：上游河段保持动态平衡，中游河段通过极度冲刷、下游河段通过淤积达到新的动态平衡；仅考虑河道比降与水流功率的变化并不能完全解释裁弯后研究河段的河道演变趋势，还必须同时考虑裁弯工程上游河段河道演变引起的上游河道来沙量的变化。     

牛轭湖形成机理与长期演变规律

牛轭湖是弯曲河流自然裁弯后遗留下来的浅水湖泊,其形态、数量和沉积特征可指示弯曲河道演变规律和冲积平原的洪水频率与环境变迁.通过牛轭湖形态定义和简化,运用一维水流泥沙数学模型描述了裁弯后原河道进口段的悬移质淤积过程,数值模拟表明,原河道进口断面悬移质浓度和沙栓长度是决定牛轭湖形成速率的关键因素,沙栓长度越短或悬移质浓度越高,进口段淤积速率越快.牛轭湖出口段淤积的主要原因是新河道的挟沙水流流速和浓度均高于原河道,主流倒灌形成环流进入相对低流速的出口段中产生悬移质淤积.统计分析10条自由弯曲河流的1 329个牛轭湖的卫星图像,认为Ω型、U型和月牙型对牛轭湖形态具有广泛的概括性,可指示牛轭湖3个不同的演变阶段(初期、中期和晚期).牛轭湖存在两种不同演变过程,第一种是牛轭湖不受新河道影响,经历Ω型、U型、月牙型三个阶段后变成冲积平原的陆地;第二种是新河道朝着牛轭湖方向横向演变,凸岸冲刷蚀退逐步蚕食牛轭湖,使得牛轭湖变成冲积平原和弯曲河道的一部分.     

黄河下游大宫至王庵河段裁弯方案与效果分析

影响河流裁弯取直效果的因素主要有裁弯比、入流角度、水沙条件、断面尺寸等,在黄河下游实施裁弯时,建议引河断面比取1/5～1/10,裁弯比按3～7来控制,引河入流角度按5°～25°来控制.黄河下游大宫至王庵河段是典型的游荡型河段,2005年畸形河势发展为倒Q形,危及王庵控导工程,因此在分析裁弯效果影响因素的基础上,确定了合理的裁弯方案,成功实施了裁弯取直工程,改变了危及王庵控导工程的不利河势.     

试述下荆江三处裁弯后河势变化的影响与对策

荆江维系着江汉平原和我省洞庭湖区的安危。历史上荆江河段多次溃口，特别是下荆江河道日益婉延曲折，河势变化剧烈，两岸人民深受洪灾和河道变迁之苦。为对下荆江河道进行，整治，1966年至1969年，先后实施中洲子、上车湾两处人工裁弯，接着沙滩子于1972年发生自然裁弯。在短短的7年时间内，下荆江裁弯三处，河势急剧地、不稳定地变化着。至今，河势仍未稳定。从长江治理的全局和整体上讲，三处裁弯取得了巨大的社会效益，使上荆江扩大泄流4500ma八，大大减轻了荆江大堤的抗洪压力，缩短了流程78ha，航运效益显著，减少了长江三口入洞庭湖…     

若尔盖高原泥炭型弯曲河道崩岸过程模拟

崩岸在河床演变和河型转化中发挥重要作用,促使河岸横向移动和河道蜿蜒。2011—2016年黄河源若尔盖高原的弯曲河流野外调查表明,泥炭型弯曲河流的崩岸是河岸上部泥炭层在自重作用下发生的悬臂式崩岸。针对泥炭型河岸的悬臂式崩岸,采用BSTEM模型分析其岸坡稳定性,并模拟河岸侵蚀和崩塌过程。泥炭层的含水率是河岸稳定的关键因子,泥炭层含水率的增加,既增强河岸崩塌的驱动力,也减弱抵抗河岸崩塌的抗剪力,对河岸稳定不利。河岸二元物质组成的厚度对河岸稳定性有较大影响,其泥炭层厚度的增加,可提高河岸稳定性,但是河岸下部粉沙层厚度的增加,则会降低河岸的稳定性。     

冲积河流自动调整机理研究综述

本文概述了冲积河流自动调整机理的各种理论和假说。结合一些天然河流资料,对这些理论和假说进行了讨论,指出存在的问题,并对今后的研究趋势提出了初浅的看法。     

荆江裁弯造成藕池河急剧淤积与分流分沙减少分析

本文通过对下荆江裁弯前后实测水文资料的分析 ,说明裁弯后荆江水位下降造成了藕池河急剧淤积及分流分沙迅速减小 ,并且对淤积厚度和分流分沙减小值进行了框算 ,框算结果与实际值基本一致     

下荆江熊家洲河段平面形态与河床冲淤变化

熊家洲河段位于长江中游下荆江尾端,其平面形态从顺直过渡到微弯再逐渐演变成S型,是目前荆江最为弯曲的河段。受水沙条件、河岸边界条件、自然裁弯和人工裁弯等因素影响,局部河势调整频繁。熊家洲凸岸斜槽裁弯形成新河槽,导致主流与支汊成为共生的分汊河势,改变了熊家洲出口段水流条件,进而影响下游七弓岭弯道崩岸速率和河床冲淤。为全面分析熊家洲河段平面形态演变过程和河床冲淤变化,选取枯水期遥感影像数据及沿程代表性断面进行分析。结果表明:熊家洲河段整体向下游蠕动且河道展宽,熊家洲弯道新生河槽呈冲刷扩大趋势,7 a平均展宽70 m;出流沿程断面深槽从左岸向右岸方向发展,熊家洲下游的深泓线偏向右岸;三峡水库建成运行后,深泓线开始贴近七弓岭凸岸,而原深槽回淤形成2个沙洲,经过七弓岭弯顶后逐渐向凹岸偏移,出熊家洲弯道后河道沿程呈现冲刷下切趋势。研究成果对目前该段河势控制工程的实施提供了参考意见,为下一步研究三峡水库运行的河势控制提出了思路。     

若尔盖盆地黑河的牛轭湖沿程变化与形态特征

基于SPOT(1990年和2000年)和Google Earth(2000—2014年)遥感影像的图像分析,对黑河干流及上游的3条支流(格曲、麦曲、哈曲)的216个典型牛轭湖以及相应的河曲带进行形态参数的定义与分析。沿黑河上游至下游,河曲带的宽度是增加的,增长率的变化趋势为\"急—缓—急\";中游牛轭湖数量最多;下游受到泥沙淤积的影响更大,牛轭湖从Ω形发展成U形和C形所需时间远小于上中游。1990—2013年黑河干流仅发生2次裁弯,分别形成Ω形和U形牛轭湖,说明黑河牛轭湖的发育速率较慢。