动床阻力研究与应用

动床阻力随床面形态的变化而变化,而床面形态又是水流强度的函数,Simons将两者关系分为三个流区,即低水流区、过渡区和高水流区.不同流区阻力特性和规律是不相同的,正确和合理地判别流区是正确确定阻力关系的先决条件.此文在Browline研究的基础上,进一步分析了影响床面形态的基本要素,提出了在第一时间判别流区的方法,建立了各区阻力关系式,并利用长江和黄河实测资料和水槽试验资料进行了预报计算,其精度优于其它同类公式.     

黄河河口动床阻力分析与计算

对不同形式的阻力公式进行了分析总结,并利用Manning-Strickler综合阻力公式及Einstein H A单元阻力公式对黄河河口区阻力进行了求算.结果表明:将阻力分解为沙粒阻力和沙波阻力后合成计算,求得的黄河河口动床阻力比较符合实际.     

长江宜昌河段低水位变化研究

长江宜昌站低水位的演变呈下降趋势,主要原因是河道采砂及水库拦砂引起下游河床冲刷下切,从１９７３年初至１９９８年初流量４ ０００ｍ３/ｓ时相应水位下降了１．１１ｍ。分析研究河道冲淤量、糙率、比降变化对低水位的影响,表明:三峡水库初期蓄水运用,本河段冲刷引起低水位下降的空间不大;宜昌低水位属长河槽控制,虎牙滩以下控制河段冲刷或采砂对该河段低水位下降影响较大;本河段淤积对低水位抬升影响较大。     

三峡工程运用后长江中游河床调整及崩岸特点

三峡工程运用后,因入库沙量减少及上游水库群的拦沙作用,坝下游河段沙量急剧减小,长江中游河道发生沿程冲刷,2002～2015年该河段累计冲刷量已达16亿m~3,同时平滩河槽形态也发生了显著调整。为更好地掌握长江中游的河床调整特点,分析了近期长江中游水沙过程及河床冲淤情况,采用基于河段尺度的平滩河槽形态参数的统计方法,计算了长江中游各河段平均的平滩河槽形态参数;建立了这些参数与前5 a平均汛期水流冲刷强度之间的经验关系,用于反演各河段平滩河槽形态随水沙条件变化的调整过程。此外,三峡工程运用后长江中游局部河段崩岸险情频发,不仅影响河势稳定,同时危及防洪安全,因此还总结了长江中游河道崩岸的时空分布及其特点,提出了水流冲刷强度增加是导致崩岸发生的主要因素。     

近期长江河口沙波发育规律研究

基于近年来多次野外洪枯季沙波形态、河床表层沉积物粒径和水动力因子等方面实测数据,探讨长江口区推移质泥沙运动主要形式的沙波发育规律。结果表明:(1)长江河口沙波一般分布于江阴至南支间顺直河段,以及吴淞口至南港中下段区间,但近年来枯季时南港沙波发育区域呈逐年向下游扩展态势;(2)长江口沙波发育尺度空间上呈自西向东减弱态势,时间上则表现出较大的洪枯季差异;(3)江阴至南支区间的部分顺直河段内多发育较大尺度的三维沙波,而南港河段内沙波则以平直二维沙波为主;(4)南支及其以上河段内的沙波普遍发育有明显的背流面,不对称性明显,而南港河段则反之,沙波对称性良好;(5)较单向径流而言,涨落潮双向水流对沙波波峰的发育存在明显的削弱作用;(6)在长江河口,弱流乱流区、弯曲河道以及粘土质含量较高的河段均不利于沙波的发育。总体上,长江河口沙波的发育区域近期表现出向下游扩展的态势与产流区域水土保持、流域诸多抽引水工程调水和大型水利工程蓄水等有关。     

河流动床阻力影响参数分析及其计算研究

动床阻力计算对河流研究和工程问题解决十分重要。自20世纪中叶起利用现代水力学知识计算动床阻力的方法陆续出现,本文对现有成果进行了分析评述,并对经典的Einstein和钱宁等阻力计算方法进行剖析,发现基于水力半径分割假说建立的动床阻力算法,不适用于研究主要由悬移质输沙强度决定床面形态的水流阻力问题。为此,本文首先选取有代表性的基本物理量,同实测糙率值进行相关性分析,确定出主参数;通过数据分析确定水深和能坡的指数后,运用造床流量下床沙中值粒径公式计算河床比降;基于能坡I计算需体现河床比降主导影响的同时应考虑边岸局部水头损失作用的认识,给出能坡修正式,再引入能体现沙粒和含沙量对动床摩阻的影响的因子,建立了动床阻力计算新方法。大量实测资料验证结果表明,本文公式计算精度高,适用性强。     

长江中游武汉河段近期河道演变分析

武汉河段为长江中下游16个第一类重点整治河段之一。根据近年来实测的长江武汉河段地形图,从来水来沙条件、深泓平面、洲滩变化、深槽变化、横断面变化等方面,系统分析了武汉河段的变化,总结了该河段的演变特征。结果表明:(1)该河段河势相对稳定,冲淤变幅小;天兴洲下段有所冲刷,主要与上游来水来沙条件和河道边界条件有关。(2)由于沿岸有多处节点控制,两岸的崩岸险工段均已实施护岸工程,岸线基本稳定;白沙洲汊道分流分沙比相对稳定,没有单向变化的趋势,但洲滩仍将随不同水文年的来水来沙条件变化而发生相应冲淤变化。     

汾河水库至汾河二库区间河段遇设计洪水时冲刷深度计算方法探讨

引黄南干连接段输水管线位于汾河水库至汾河二库区间，管线先后２８次穿越河床，管顶以上覆盖层厚度按５０年一遇洪水设计。本文主要是运用河流泥沙动力学及河床演变学的有关方法，对该区间河段在遇５０年设计洪水时河床冲刷深度的计算进行分析和探讨。     

均匀沙床面动床阻力计算的人工神经网络模型

针对泥沙运动数据含有噪音且样本数据较多的特点,提出采用人工神经网络(ANN)BP模型批学习的训练方法可有效地缩短计算时间、提高训练精度。建立了由能坡、无因次单宽流量和无因次泥沙粒径等3个参数预测水深的结构为3-33-1的冲积河槽动床阻力BP模型。预测结果与实测资料比较表明这个人工神经网络模型的预测精度较高,同时这个模型与21个动床阻力公式的比较表明人工神经网络模型要比传统的回归模型精度高。     

长江中游宜都至松滋河口段近期河床演变分析

近几十年来,受上游多座水库和各种涉水建筑物不断兴建的影响,长江中游宜都至松滋河口段河道边界条件和水沙条件相应发生了显著变化,河道将表现出新的演变特性,对下游河道防洪、航运、岸线利用、水环境、生态修复等可能产生一定影响。通过分析枝城水文站近期水沙变化特性和近20 a来河道地形实测资料以及开展一维水沙数学模型计算,探讨了长江中游宜都至松滋河口段近期河道演变特性。研究成果表明:多年来荆江三口分流比一直处于下降趋势,三峡水库蓄水运用前分沙比也呈现下降趋势,但蓄水运用后与蓄水运用前(1999～2002年)相比,分沙比平均值明显增加。受三峡水库蓄水后清水下泄影响,研究河段河床纵向冲刷剧烈,床沙粗化后中值粒径增大趋势明显,洲滩萎缩、深槽扩展,但2013年以来冲刷速率明显趋缓,且河道平面形态、水流主流和河势均保持基本稳定。预计今后一段时间内该河段河床冲刷幅度将有所减小并逐渐趋于平衡,研究河段河势不会发生重大变化。     

长江武汉河段平滩及枯水河槽形态近期调整的机理研究

依据实测水沙及地形资料,分析了长江武汉河段近期平滩及枯水河槽形态的调整特点,确定了其与来水来沙及河床边界条件等因素之间的相关关系.三峡工程运用后,进入武汉河段的沙量大幅度减小(汉口站年均沙量仅为1.03亿t/a),河床冲刷较为显著,2001-2016年该河段平滩河槽累计冲刷量近1亿m3.平滩及枯水河槽形态参数计算表明:...     

涉河工程影响下长江中游河道演变及水力特性变化研究

三峡工程运行后,长江中下游河道发生了长距离、长历时的冲刷,河道水位及形态出现显著调整,对长江中游河床的影响最为明显。以三峡大坝下游宜昌至螺山站河段为研究区域,探究了长江中游河床冲淤、深泓变化、横向调整、床面糙率变化以及岸滩植被生长等在三峡水库运行前后的变化规律,并分析其与同流量下洪、中、枯水位变化之间的联系。结果表明：三峡水库蓄水后,河床横向形态变化有助于岸线的展宽;2001～2009年间河床糙率显著增加,并自2009年以来河段粗化作用基本完成;而河段沿程深泓变化则与相应的中、枯水位的变化规律一致。该研究成果可为长江中游河道治理、防洪规划及蓄滞洪区的利用等提供理论参考。     

黄河宁夏段水沙变化特点及临界来沙系数研究

通过对黄河宁夏河段下河沿、青铜峡、石嘴山3个水文站近60 a来实测水文泥沙资料的分析,运用统计分析方法,研究了黄河宁夏河段水沙变化特性以及河道冲淤情况,尤其是龙羊峡、刘家峡水库投入运行后所带来的影响。在此基础上,从输沙率与流量、汛期和非汛期输沙量与水量的关系探索了维持青铜峡—石嘴山段河道冲淤平衡的临界来沙系数和分粒径临界来沙系数。结果表明:(1)龙刘水库联调对宁夏河段来水来沙量影响较大,以下河沿站为例,来水量与来沙量呈减少趋势,且减少主要发生在汛期,输沙量减幅大于来水量减幅;青铜峡—石嘴山段汛期临界来沙系数为0.002 36 kg·s/m6;粗、中、细沙的临界来沙系数不同,其中细沙的临界来沙系数最大,中沙和粗沙的相近。     

黄土高原三川河流域水沙变化评价模型研究

水沙评价模型的建立对水土保持效益的确定起着至关重要的作用,直接决定计算结果的精度,本文系统总结了近年来在科研工作中建立的黄河中游多沙粗沙区典型支流三川河流域水沙变化评价模型,并对模型的精度进行了验证.