不同流量条件下弯曲河流颈口裁弯实验研究

颈口裁弯是弯曲河流演变过程的突变现象,其过程和机制尚未形成统一认识。本文采用室内水槽实验概化模型法,研究恒定流量和变化流量条件下裁弯前颈口缩窄过程、新河道形成及裁弯条件。结果表明,无论流量变化与否,颈口上、下游河岸的侵蚀是触发裁弯的主要因素。弯曲河流的模型河道的弯曲系数为6 ~ 7,颈口段宽度与河段河宽比值约0.43,河槽物质为非黏性沙,在单宽流量为0.0039 ~ 0.0069 m2/s,纵比降为1‰的条件下,经历足够长时间的河岸侵蚀后可发生颈口裁弯现象。裁弯即将发生时,连续河湾弯曲系数有所增加,河道的平面形态向下游发生旋转。颈口裁弯后,新河道形成经历以纵向冲刷为主、以横向展宽为主和缓慢发展三个阶段。     

裁弯对上下游流态影响的三维数学模型研究

裁弯是弯曲型河道演变发展以及河道整治工程中十分常见的现象.裁弯会对上下游河道产生较大影响.本文利用数学模型.采用带旋流修正的紊流模型,同时借助VOF方法描述自由表面,对三个连续畸弯的水流结构进行数值模拟,分析比较了两个裁弯工况对上下游河道的水流结构的影响.计算结果表明:裁弯对上游河道的影响明显大于下游,具体表现为裁弯明显加大了上游垂线平均流速,增大范围与裁弯幅度呈正比,与离开裁弯点的距离呈反比,上游弯道的环流强度同时减弱;裁弯使下游河道纵向流速沿横向分布趋于均匀,影响程度也由裁弯点至下游逐步减弱.     

水沙条件与侵蚀基准面对河流水位的叠加效应——以渭河下游为例

为探究水沙条件与侵蚀基准面共同影响下的河道水位变化特征与机理,采用极值水位-极值流量和同流量下水位分析方法,研究了近70年来渭河下游的水位变化及其成因。根据三门峡水库三个运行模式,将水位时间序列(1950—2017)划分为4个阶段,即P1(1950—1959)、P2(1960—1973)、P3(1974—2002)和P4(2003—2017)。华县水位总体为上升趋势;咸阳水位在P1和P2阶段波动,P3和P4阶段则持续下降。侵蚀基准面抬高导致渭河下游河道大幅淤积,这是华县水位抬高的主要原因;咸阳水文站受侵蚀基准面影响较小,上游来沙大幅减少导致河床冲刷,加之近期河道综合整治,促使了其水位下降。渭河下游水位在未来可能延续下降趋势。研究成果对渭河下游及类似河流管理具有重要理论与实践意义。     

叶尔羌河下游河岸林草耗水分析

叶尔羌河是塔里木河的主要源流之一,研究下游河道水量平衡与河岸林草耗水对于流域水资源配置具有重要意义。本研究从地下水与植被状态的关系出发,建立反映河道输水损失及水分转化规律的水量平衡模型,同时耦合潜水蒸发与地下水运移模型,构建河岸林草耗水模型,以此分析2000—2020年的叶尔羌河下游河岸林草耗水。结果表明：叶尔羌河下游河道水量损失主要是渗漏损失,占总损失量的95%;该区域林草耗水多年平均值为128 mm,其左岸多年平均耗水量为226 mm,大于右岸的93 mm。该模型能较好地计算叶尔羌河下游的河道水量平衡以及河岸林草耗水量,可应用于依赖于河道渗漏补给的西北内陆河流的河岸林草耗水分析。     

黄河下游河道洪水冲淤与水沙搭配关系

本文总结了以往对黄河下游河道冲淤临界条件的研究情况;利用1960～1999年422场洪水资料分析了影响洪水冲淤的各种水沙因素,建立了黄河下游4个河段洪水排沙比与综合水沙系数的关系,该水沙系数包括流量、含沙量、洪峰流量变幅、洪水沿程衰减系数、洪水历时等5个因素;利用4个河段的冲淤临界条件勾画出了4个河段洪水冲淤调整与来水来沙搭配(或组合)之间的关系;该关系可为小浪底水库调度决策以及黄河下游治理提供参考。     

基于流量过程的若尔盖黑河下游崩岸规律研究

岸坡侵蚀及岸滩崩塌对河道泥沙输移与弯道横向迁移具有重要影响。通过2017—2018年野外测量、流量频率分析和崩岸数值模拟,采用岸坡形态的原型观测数据,研究恒定和非恒定流量条件下,若尔盖高原黑河下游一个“?”型弯道的崩岸过程及其坡脚冲刷和岸坡崩塌的变化规律。恒定流量下,坡脚冲刷速率及河岸崩塌宽度随流量增大而增大。非恒定流量下,改变流量过程线的形状、峰值流量和离散度,当平均流量相同时,岸坡冲刷速率及河岸崩塌宽度基本一致,二者随平均流量的变化趋势与恒定流量下一致。这说明岸坡侵蚀的作用效果受流量大小的量级及其频率的共同作用,坡脚冲刷与岸坡崩塌主要受平均流量控制,流量过程线的形状及峰值影响较小。     

黄河下游水沙变化及河床纵横断面的演变

近年来，黄河下游来水来沙出现一些新的特点，水沙的变化必然影响下游河床纵剖面和横断面的调整变化。本文利用黄河下游1960-1997年的水沙资料和1977-2002年的断面资料统计分析了黄河下游水沙历年、汛期和脉动变化特点以及主槽平均河床高程和河相系数变化特点。分析表明：1）1986年以后，黄河下游水沙量和水沙脉动量显著减少，艾山以下河流非汛期时常出现断流现象；2）黄河下游纵剖面呈S型发展；3）黄河下游主槽断面面积减小。主槽明显萎缩。     

赣江中下游防洪系统调度研究

针对由水库群、航电枢纽、分蓄洪区等组成的赣江中下游复杂防洪系统，以防洪控制断面洪峰削减率最大为目标，建立了赣江中下游防洪系统联合防洪调度模型。以“1961”典型洪水及50年一遇、100年一遇和500年一遇设计洪水为研究实例，采用离散邻域的动态规划—逐步优化算法（DP-POA）进行防洪优化调度，并与常规防洪调度结果进行对比。结果表明：梯级水库和分蓄洪区对于赣江中下游削峰起主要作用，而航电枢纽的削峰作用较为有限；对于“1961”典型洪水，航电枢纽的运行可以在一定程度上降低峡江水库调度期内最高水位，有利于水库防洪安全；采用离散邻域的DP-POA算法的防洪优化调度可以较为显著地削减防洪控制断面洪峰流量，保障下游防洪安全。     

黄河下游宽滩过渡型河段水沙变化及地形调整

高村至陶城铺河段是黄河下游典型的宽滩过渡型河段,“二级悬河”发育严重。本文基于断面法和2000—2016年的水沙与实测大断面数据等资料,统计分析了小浪底水库运行后高村至陶城铺河段主槽和滩地的地形调整过程。结果表明：小浪底水库运行后,2000—2016年主槽持续冲刷,河相系数减小,断面形态更加窄深,平滩面积增幅普遍在200%以上,但是近年来调整强度明显减弱,高-孙段调整模式既有横向小幅展宽也有垂向冲深,孙-陶段调整模式以垂向冲深为主;主槽-滩区系统逐渐从沉积模式转为侵蚀模式,主槽侵蚀速率约0.07 m/a,滩区侵蚀速率在0.002 ~ 0.008 m/a之间,2000—2016年高村至陶城铺河段共累计侵蚀2.251亿m3。时间上看,滩面横比降有所增大;空间上看,滩面横比降集中分布在0.5‰ ~ 2‰之间。     

青海湖水量平衡变化及其对湖水位的影响研究

利用1961—2015年青海湖的实测水位及气象观测资料建立了青海湖年水量平衡方程,估算了青海湖逐年的湖面降水、湖面蒸发及入湖流量,分析了水量平衡各要素的变化趋势。在此基础上,通过回归分析等方法研究了不同因子对青海湖水位变化的贡献率。结果表明,青海湖水位在2005年之前呈下降趋势,2005年之后水位上升。青海湖多年平均降水量为14.6×108 m3,多年平均入湖径流量为24.4×108 m3,多年平均蒸发量为40.1×108 m3。1961—2015年间湖面降水呈增加趋势,入湖径流在2003年后增加显著,而湖面蒸发在2000年后呈减少趋势。入湖径流和湖面降水的增加及湖面蒸发的减少共同导致了青海湖水位在2005年之后回升,其中入湖径流对水位变化的贡献率最大,为38.2%。     

黄河干流梯级水库补偿效益仿真模型的建立及求解

为最大程度地反映黄河干流水资源利用的复杂性和多目标性,建立了水资源调控仿真模型来研究黄河干流补偿效益,目标函数分为防洪减灾目标、生态目标以及水资源利用目标三类,模型求解分三个层次进行：“有龙有刘”、“无龙有刘”和“无龙无刘”。得到黄河干流水量以及电量的补偿值,并将仿真模型结果与优化模型（POA法求解）结果进行对比分析,说明仿真模型更能反映复杂系统的实际运行情况。