长江中下游鹅头型分汊河道演变机理及发展趋势研究

本文从河势周期性调整、滩槽冲淤变形特点等方面分析了长江中下游鹅头型分汊河道的演变特征。结合矶头挑流作用、主流摆动及上游河势变化,揭示了鹅头型分汊河道演变内在机理。并依据三峡水库蓄水后长江中下游水沙及河床边界条件调整规律,预估鹅头型分汊河道演变趋势。     

三峡下游不同类型分汊河段冲刷调整特点分析

针对三峡工程坝下游不同类型分汊河段在三峡蓄水后的演变特点及规律,依据原观资料,对宜昌～虎牙滩河段、宜都河段、关洲河段及芦家河河段进行河床演变分析,并按照水流动力轴线年内交替与否将以上河段分为水流动力轴线年内交替型分汊河道和水流动力轴线年内不交替型分汉河道.研究表明:三峡蓄水后,各典型河段具有各自的演变特点,其主要冲淤规律的不同在于冲刷主要部位的不同,但均为洪水水流动力轴线的所经之地,对于水流动力轴线年内交替型分汊河道而言,表现为其洪水主汊冲刷幅度大于枯水主汉,这一变化显然不利于该类型分汉河段分流格局的稳定,应当引起防洪及航运部门的重视.     

岸滩崩塌影响的典型分汊型河道演变数值模拟

以荆江监利河段为例,采用三维水沙模型与二元结构岸滩崩塌力学模式相结合,构建了考虑边岸、洲滩崩塌的分汊型河道演变三维数值模型。依据2003年11月～2006年7月监利河段的实测资料对模型进行了验证,模拟结果与实测结果吻合较好,能够模拟岸滩崩塌及深槽摆动的特点。以此为基础,对三峡水库蓄水运用初期,该河段在不同岸滩抗冲性条件下的演变进行了概化模拟分析,结果表明：上游水库蓄水运用后,该河段河床将会进一步产生冲刷;岸滩可冲条件下,河道冲刷的同时还伴随着岸滩坍塌、河道摆动的发生;岸滩不可冲时,将以河床下切为主,横断面形态逐渐向窄深方向发展;在一段时期内,右汊将仍维持为主汊。     

三峡蓄水初期坝下沙卵石河段航道条件分析

三峡水库蓄水运用后,进入下游河道的水沙条件发生了重大变化,使坝下游河道的水流条件、冲淤特性及演变规律发生变化,给航道条件带来影响。本文研究基于原型观测获取的大量实测资料,揭示了三峡水库蓄水初期坝下沙卵石河段内航道问题主要体现为：沙卵石河段内沙质淤沙浅滩航道水深有所提高;局部河段向宽浅方向发展,航道水深减小;随着水位下降,沙卵石局部浅滩河段将出现水深不足问题;芦家河局部卵石滩段的＂坡陡流急＂问题依然存在。     

鹅头分汊河段汊道交替演变动力和周期的变化分析

鹅头型分汊河段具有汊道间交替演变的特点,不同的鹅头分汊河段汊道间演变交替的周期和表现形式不同。本文根据陆溪口鹅头分汊河段实测资料分析了汊道周期性交替演变的特点和动力机学制,探讨了影响其交替演变周期的因素。分析表明:陆溪口分汊段汊道间的交替演变以新洲切割形成新中港为开始,新中港不断发展,最终与老中港合并为结束;陆溪口汊道演变交替的动力条件是不同流量下,河段进口处的赤壁山矶头挑流作用不同:小流量挑流作用小,主流易进入直港,流量的增加,挑流作用使得主流更容易进入中港;陆溪口河段汊道间交替演变的周期随着进口河势变化、矶头挑流作用的改变而不同,近期进口主泓左移,矶头挑流作用降低,陆溪口河段汊道演变交替的周期较短,给航道条件的维持产生不利影响;陆溪口航道整治工程稳定新洲洲体,防止其被切割,基本控制了汊道间的交替演变。     

荆江典型碍航河段航道整治工程对三峡蓄水适应性分析

针对三峡蓄水过程中的荆江典型碍航河段,研究了航道整治工程对蓄水过程的适应性及工程效果。通过实测水沙、地形资料,分析了三峡蓄水后荆江河段河床冲淤规律及航道条件变化,以窑监河段为研究对象,采用二维水沙数学模型模拟了守护型工程和调整型工程对于汛后蓄水过程的适应性。结果表明:在三峡水库蓄水后"清水冲刷"的前提条件下,守护型工程对改善航道效果有着积极作用,但需满足一定条件,主要是浅水道处于较好的演变阶段,并且整治目标与现状条件差距不大;而对三峡水库汛后蓄水过程较为敏感的河段,彻底改善或提高航道条件,需采用一定的调整型整治工程。研究成果可供三峡工程坝下河段航道整治研究等参考。     

水沙条件变化对青岩子河段泥沙淤积和河势变化的影响

三峡水库入库水沙条件及蓄水进程的变化必然影响青岩子河段的淤积发展过程.蓄水以来的实测资料与可行性论证阶段的成果对比表明,该河段淤积部位基本相同,但淤积数量和范围有所缩小.应用平面二维水沙数学模型,在利用蓄水后实测资料进行验证的基础上,对小同水沙条件下该河段的泥沙淤积和河势变化进行了模拟,60系列结果与已有研究成果基本一致;90系列山于来沙减少且细,同期淤积数量和范嗣缩小,河型转化时间推迟;上游建库的综合作用将使淤积发展过程进一步减缓,但随着上游来沙量逐渐恢复,河型转化仍将发生.三峡水库蓄水后,水沙条件变化仅改变了该河段的淤积发展速率,主要淤积部化及总体演变趋势末发生明显变化,主支汉易位过程中,仍存在碍航问题.     

三峡水库蓄水对下荆江监利河段航道条件影响分析

三峡水库蓄水后,荆江河段冲刷以枯水河槽冲刷为主,对航道条件将产生显著影响,其中窑监河段近年来航道条件持续恶化.分析不同年份监利河段洲滩形态与删除碍航程度,认为三峡蓄水后洲滩受到冲刷是航道条件恶化的原因之一;而通过对浅滩段横断面年内变化及各年汛后退水过程中水位变化与航道水深变化对应关系分析,初步确定了退水过程中最佳的冲刷...     

宜昌至杨家脑河段河床形态冲刷调整特点分析

针对三峡工程蓄水后宜昌至杨家脑河段河床形态的冲刷调整特点,基于实测资料,对该河段的冲刷分布及河床形态特点进行了分析,并讨论了二者之间的关系,最后采用分形维数对河段深泓纵剖面形态调整进行了量化分析。结果表明,其河床形态冲刷调整的最大特点是纵向的冲刷下切具有明显的不均衡性,即存在若干深泓较高、具有一定抗冲性的纵向节点,且多以分汊河段为主,通过对各分汊河段的比较发现,年内交替型分汊河段的深泓节点比非交替型分汊河段更为稳定,由于纵向节点的控制以及河段其他部位深泓的下切,使得该河段深泓纵剖面分形维数逐年加大,纵向形态变得更为复杂,使枯水糙率有所增加,对宜昌枯水位的下降起到了抑制作用。     

三峡蓄水前后鹅公岩河段水动力条件数值模拟及变化规律分析研究

本文基于三峡水库175m高水位蓄水运行的背景,根据所收集的实测地形、水文、泥沙资料,针对三峡蓄水后坝前回水对变动回水区产生的壅水影响,选择变动回水区中间段鹅公岩河段作为研究代表,借助SMS地表水模拟软件建立研究河段的平面水流二维数学模型,对蓄水前后鹅公岩河段的水动力条件及推移质输移变化进行了对比研究。本文研究成果对该河段河演规律分析、航槽区域划分以及航道工程整治提供了技术支持,同时可为同类河段的研究提供参考。     

高原宽谷河段河床粒径与辫状形态特征研究

我国西南高原地区的河流在地质作用和河流动力过程等因素的塑造下,河谷形成宽窄相间的藕节状,其中宽谷河段呈现独特的辫状河流地貌,洲滩林立与汊道纵横的不规则形态特征十分显著。本文对其典型宽谷河段的泥沙粒径与河流地貌进行了现场观测,并根据卫星遥感影像资料解译了河道几何参数与洲滩几何参数等辫状地貌特征指标。泥沙柱状样和表层样的对比结果表明,目标河段内泥沙粒径沿程先增大后减小,表层河床组分以中、细砂为主,泥沙粒径垂向分布较均匀;遥感影像解译结果表明研究河段地貌特征在洪、枯季存在的显著差异,可通过基于汊道和洲滩参数的地貌参数进行描述。研究成果可为高原典型宽谷河段的河流形态和泥沙运动研究建立一定的基础。     

不同量级洪水对黄河下游游荡段冲淤变化的影响

小浪底水库运用后,改变了进入黄河下游的水沙条件,引起了下游河道的再造床过程。以小浪底水库调控后的不同水沙过程为基础,研究这些不同水沙组合洪水在下游河道的演进过程及其对冲淤变化的影响,可为黄河下游“二级悬河”治理提供科学依据。文章首先介绍了模拟黄河下游游荡段实际断面形态下洪水演进的一维水沙耦合模型,并利用黄河下游1982年5—10月实测洪水资料对该模型进行了验证,计算所得流量过程、含沙量过程及沿程最高水位等均与实测值较为吻合;最后采用该模型计算了水沙总量相同条件下,不同量级洪水过程在下游游荡段的演进过程,分析了不同量级洪水对河床冲淤变化的影响。结果表明：不同水沙过程对下游游荡段冲淤变化有明显影响,洪峰流量为10000 m3/s及相应含沙量为60 kg/m3的水沙过程在下游游荡段淤积量最大,洪峰流量为4000 m3/s及相应含沙量为30 kg/m3的水沙过程在下游游荡段淤积量最小。从淤滩刷槽的综合效果看,洪峰流量为6000 m3/s及相应含沙量为40 kg/m3的洪水过程对于下游游荡段河床调整较为有利。     

长江梯级水库下游重点滩段河势及航道条件变化

长江上游特大型梯级水库运行后坝下游水沙条件将显著变化,对下游河势和航道条件产生影响。本文建立了向家坝下游水富至泸州(水泸段)二维水沙数学模型,在验证的基础上,计算分析了向家坝、溪洛渡水库运行后向家坝下游河段泥沙冲淤时空变化规律,研究了重点滩段河势变化及对航道的影响。研究表明,上游梯级枢纽运行后,向家坝下游河道总体呈冲刷态势,弯曲河段水流趋直但仍保持弯曲河型,分汉河段支汉水浩萎缩,主槽冲深,这对增加过渡段浅滩航深有利,但局部产生淤积,造成新的浅段;边滩淤积,滩槽高差加大,加剧局部不良流态,急流浅滩的航行条件有恶化趋势。     

长江源典型辫状河道边滩变化及与径流量的关系

长江源宽谷辫状河道宽达1 ~ 3 km,河道两侧广泛分布边滩,其边滩形态受径流量变化的影响较大。结合Landsat遥感影像与水文数据,对长江源辫状河道内的边滩形态进行对比分析,发现边滩可分为稳定边滩、亚稳定边滩和活动边滩。定义边滩变化百分比为活动边滩短时间内的冲淤程度,活动边滩在枯水期发生冲刷的边滩变化最大百分比为80%,发生淤积的边滩变化最大百分比为300%。影响活动边滩变化的因子包括径流量及高水位水流持续时间。边滩面积的骤减是由于洪水期漫滩水流在边滩上冲刷并形成新汊道,水流沿新汊道的冲刷与切割作用促使原边滩分离成新边滩和新沙洲;枯水期汊道水位下降并且发生淤积,沙洲与边滩合并使边滩面积骤增,导致边滩变化百分比剧烈增加。     

特约文章：三峡水库下游河床冲刷与水位变化

为探析三峡水库下游河床冲淤与水沙输移之间的关系以及河床冲淤对洪枯水位的影响,采用三峡水库运用前后长江中下游水文泥沙和河道地形资料,分析归纳了主要水文站水沙变化、沿程河道冲淤分布和洪枯水位变化特征。研究表明：冲刷集中于枯水河槽既与洪水频次减少、中等流量持续时间加长有关,也与中等流量下河道冲刷率大、洪水流量下河道冲刷率小的特点有关;主冲刷带自上而下推移,目前仍位于荆江河段;粗沙（d > 0.125 mm）的年均输移量至监利基本可恢复至蓄水前的多年均值,城陵矶以下长河段冲刷主要是细颗粒冲刷导致;河道冲刷导致中枯水位明显下降,并在城陵矶以上沙质河段呈现加速下降趋势,但当流量大于平滩流量附近的临界值时,高水位变化不大,初步预估这种变化特点将在较长时期内保持。     

特征流量级对窜沟形成和发展影响的数值研究

分汊河道心滩常常出现窜沟,使滩体活动性变强,影响河势稳定。窜沟的形成与发展主要是对不断变化的径流流量的综合响应,为了探究窜沟对于不同流量级径流响应的敏感程度,基于平面二维水沙耦合数值模型,研究不同流量级条件下初始为完整高大心滩的冲淤过程,数值再现了窜沟的形成和发展。研究表明,窜沟的形成与发展和特征流量紧密相关：①流量较小、水流不能漫滩时,水流走心滩左右两汊的主槽,窜沟无法生成;②中等流量、水流能漫滩,但滩面水深较小时,左右两槽水流交换在低洼的滩面发生,冲刷生成窜沟;③在大流量下,心滩基本没于水下,左右两槽水流交换减弱,没有窜沟生成。研究结果还显示,在不同的特征流量下,窜沟发生的位置会有摆动,且窜沟生成和发育的特征流量的量级在一定程度上取决于滩体的平面形态。在分汊河道心滩滩体稳定性研究方面,方法及结论具有参考价值。     

入湖三角洲阶段性沉积演变过程实验研究

三角洲的形成演化过程是河流演变和河流地貌发展的重要组成部分。为探究入湖三角洲在阶段性水沙供给条件下其沉积演变过程的阶段性特点,本文采用物理实验的方法,以赣江三角洲年内上下游水沙阶段性变化特点为研究背景,考虑了水沙运动相似,通过控制实验三角洲上游来水来沙和下游湖水位条件,呈现了实验室尺度的入湖三角洲阶段性沉积演变过程,反映了三角洲及其水道系统对变动水沙条件的响应过程。实验过程中三角洲的阶段性沉积特点与天然三角洲年内演变特点相似,表明实验尺度下分阶段控制水沙和湖水位条件以探究入湖三角洲在自然条件下的演化规律是合理可行的。     

大渡河瀑布沟以下梯级电站发电及水沙联合调度方案研究

大渡河中游控制性水库瀑布沟电站的建成投运为下游电站解决长期以来的泥沙淤积问题提供了新的契机。针对大渡河干流年来水时空分布特点,利用瀑布沟水库对径流的调蓄与拦沙作用,充分发挥流域统一调度的优势,提出了解决下游水库泥沙淤积的联合调度减淤方案。利用扩展一维模型,对实施联合调度后各库减淤变化进行了模拟分析,数据显示联合调度减淤方案有助于改善下游水库长期的淤积问题。     

中小流量下黄河下游游荡段河床调整规律

小浪底水库运用后,进入黄河下游河道的水沙情势发生显著变化,大流量洪水频率大幅减小,中小流量洪水作用凸显。为揭示黄河下游游荡段中小流量下的演变特征,本文开展了500、1000、1500和2000 m3/s流量级下黑岗口—夹河滩段的动床物理模型试验。结果表明,垂向上,研究河段河床冲刷与淤积沿程相间分布,具有典型的游荡性河段的冲淤交替特征;横向上,中小流量下游荡段仍存在横向摆动的可能,且随着流量增大,主流弯曲系数由1.18减小至1.13,河道逐渐由蜿蜒向顺直发展;纵向上,各流量下深泓线调整趋势与冲淤量变化规律基本一致。此外,本文着重分析了河道工程与桥下河段河床的时空调整过程并运用随机模型进行了模拟。通过分析发现:时间上,河道工程附近河床垂向调整速率早期较快,之后随时间快速非线性减缓;空间上,桥下河段累积冲刷深度沿程非线性减小,空间衰减特性显著。应用表明,随机模型对典型局部河段的时空调整预测效果较好,相关系数R2可达0.74以上。本文探讨了中小流量下黄河下游典型游荡段长河段与局部的冲淤演变特征,可为未来黄河下游典型游荡性河段的河道整治与保护提供科学依据。     

移动网格下黄河下游游荡段二维水沙数值模拟北大核心CSCD

本文针对游荡型河道水沙数值模拟中岸滩崩塌引起的网格移动问题,采用任意拉格朗日-欧拉方法,在正交贴体坐标系中建立了移动网格下的黄河下游游荡段平面二维非恒定水沙数学模型,同时为使移动网格情况下水沙运动控制方程满足几何守恒律,推导了正交贴体坐标系下网格运动项的计算公式,并采用基于弧长的超限插值法,提出了一种能追踪河岸边界变化的网格移动计算方法。最后采用黄河下游花园口至高村河段2013年实测水沙资料对模型进行验证,结果表明,本模型能较好地模拟出计算河段的水沙输移、滩槽冲淤分布和岸滩冲刷后退过程,所建模型可用于黄河下游游荡型河道水沙运动和滩槽演变模拟。