长江黄河含沙量垂线分布的分形研究

为了从流体内部结构入手分析挟沙水流含沙量分布,以长江、黄河实测资料为例,从分形标度的角度出发,探讨了天然河道含沙量垂线分布的规律。研究结果表明：天然河道含沙量垂线分布呈二阶累计和变维分形现象,分维数可以反映含沙量垂线分布的均匀程度,分维数越大,含沙量垂线分布越均匀;长江含沙量垂线分布的分维数（绝对值）要小于黄河的分维数,并且同一条河道的不同位置分维数不同;含沙量垂线分布的分维数大小与泥沙粒径、水深等有关。     

白龙江流域河道糙率分析研究

利用白龙江流域水文站实测资料计算、分析不同河段的河道糙率,发现各河段的糙率与平均水深有很好的相关关系,流域内不同的河段具有不同的河道糙率;同一条河流下游河道的糙率要大于上游河道的糙率;在同一个河段,糙率可能随水深增大而减小,也可能是一常数,不随水深变化。河道平面形态、岸壁特征及河床质组成是影响河道糙率的主要因素。     

三峡水库运用以来大马洲水道演变特性及对航道条件的影响

大马洲水道为荆江典型的单一顺直微弯河段,三峡水库蓄水以来该河段局部区域发生一定调整,航道条件也有向不利方向转化的趋势。根据三峡水库蓄水前后的水文及地形资料分析表明,该河段近期内将不会发生大的河势变化,主要表现为局部区域滩槽格局的调整;汛末退水加快,枯期流量有所增加,对滩槽的稳定性构成影响;未来一段时期河道滩槽变化将继续呈现滩冲槽淤的规律,河道沿程将发生不同程度的展宽,河床将向较宽平的"U"河道发展,过渡段主流摆动幅度和频率都将增大;航道条件虽然从长期来看有逐渐向好的趋势,但期间局部航道条件也将不稳定甚至恶化。     

黄河上游宁蒙河段河道横断面形态对水沙变化的响应

采用黄河上游宁蒙河段各水文站1965-2004年实测资料,分析了宁蒙河段河道横断面形态变化过程及其与来水来沙的响应关系。结果表明,宁蒙河段各典型断面具有平滩面积逐年减小和平滩宽深比逐年增加的趋势,且平滩面积均随年水量的增加呈增加趋势,但各断面各时段增加的程度不同,1986年以前增加的幅度较小,1986年以后,宁夏河段增加幅度较小,而内蒙河段增加幅度较大;宁蒙河段断面宽深比随年均来沙系数的增加呈增大趋势,其中宁夏河段增大的趋势不明显,而内蒙河段1986年以前随年来沙系数的增加而增大较小,1986年以后随年来沙系数增加而增大的趋势较为明显。由此说明,宁夏河段断面形态变化相对较小,趋于稳定,而内蒙河段断面形态随年来沙系数的增加而变得越来越宽浅,断面有向宽浅发展的趋势。通过宁蒙河段排沙比与来水来沙的响应关系分析,得出了宁蒙河段河道断面形态趋于稳定即河槽不冲不淤时临界水沙边界条件。     

黄河下游河段平滩流量计算及变化过程分析

黄河下游不仅断面形态复杂,而且主槽形态特征及过流能力沿程变化较大。因此采用河段平均的特征变量来描述主槽形态及过流能力更具有代表性。本文提出了基于对数转换的几何平均与断面间距加权平均相结合的方法表示河段平均的主槽特征变量,计算的河段平滩宽度、水深、面积及流量恒满足水流连续条件。采用该方法计算了1960-2006年中典型年份花园口至高村游荡河段的平滩流量。结果表明河段平滩流量能从总体上综合反映游荡段主槽的过流能力,且其变化幅度远小于断面平滩流量。分析了河段平滩流量与所在河段冲淤量的关系,并建立了河段平滩流量与进口断面两年平均的汛期流量及来沙系数的相关关系。计算了近期黄河下游各河段平滩流量的变化过程,所得结果较好地描述了平滩流量在高村至艾山河段较小,在其上游游荡段及下游弯曲段相对较大的驼峰现象。     

潮汐河段糙率n的计算分析

针对平原河道糙率计算方法,探讨受潮汐影响的宽浅河段糙率计算。以长江河口段为例,分析潮周期内流量变化过程以及流速沿水深分布特征,选取落潮稳定时段,利用流速垂线分布特征及Einsten断面综合糙率计算方法计算河道糙率。利用明渠非恒定流圣维南方程,推算涨落潮历时过程中计算河段逐时河道糙率n,分析非恒定流量变化d Q/dt对糙率影响,反映了潮汐河段河道糙率变化特征,分析其落潮过程中,随水位降落洲滩水深植被等影响下河道糙率的变化情况,采用落潮稳定期天然实测资料,进行代表性断面测点垂线流速分布特征,综合糙率计算法和河道水力计算推求糙率法,分析确定河道糙率。     

基于分形和R/S分析的渭河干流径流变化特征研究

变化环境下日益突出的水资源供需矛盾对流域水资源管理提出更高要求。通过分析流域径流量变化特征,揭示流域水资源演变趋势,为流域水资源合理开发利用提供依据。以渭河流域为研究区域,采用Mann-Kendall非参数检验、分形理论和R/S等方法分析渭河干流6个典型水文站1956—2015年径流时空变化特征、持续性及两者之间的关系。结果表明:渭河干流各站点的月径流量均呈减少趋势,从上游到下游,月径流量减少趋势的显著性越来越弱,呈显著性减少趋势的月份越来越少。渭河干流各站点的月径流深Hurst指数均大于0.5,即未来与历史变化情况呈正相关性,各站点未来月径流量将呈持续减少趋势。汛期分维数大于非汛期,上游月径流分维数小于下游,中游月径流分维数最大。分维数越大,径流过程变化越复杂,河流调节能力越差,表明渭河干流在汛期和中游径流量调节能力相对较差。Hurst指数与分形维数之间有着显著负相关性,即径流量越复杂,分维数越大,Hurst指数越小。研究结果可为流域水资源科学调度提供依据,有利于促进流域内水资源严格管理。     

黄河龙门下游禹门口出口段河道演变分析

本文通过黄河龙门下游禹门口出口段河道纵、横向演变和河段内深泓、洲滩、汊道、岸线等的平面变化,分析该段河道演变情况。结果表明:该河段历史演变过程呈冲淤平衡状态;近期演变呈淤积状态;在自然条件下,河床演变的总趋势以冲淤平衡为主。     

大坝下游河道剖面分形与水力因素的关系研究

基于一维、二维非恒定流分形计算分析模型,对长江某段河道进行横纵剖面的分形维数分析,并建立了与水力因素的相关关系。研究结果表明:该段河道纵剖面分形维数呈二阶分维特征,整体的分形维数小于分段分形维数;流量越大,河道越短,纵剖面的分形维数越小;分析得到的横剖面分形维数呈一阶分维特征,水越深,横剖面的分形维数越大;通过综合分析得到了剖面分形维数与通航水力指标的关系,认为该段的最大水流速度不应大于3.5m/s。     

三峡工程运用后宜枝河段平滩河槽形态调整对来水来沙的响应

三峡工程运用后,受上游来沙减少及水库拦沙影响,下泄沙量急剧减少,坝下游宜枝河段发生显著冲刷,平滩河槽形态也相应调整。由于宜昌及宜都河段在河型、河床组成上略有不同,且不同断面的河槽形态沿程变化较大,故采用基于河段平均的方法,分别计算了这两河段2002-2013年的平滩河槽形态参数。计算结果表明:研究时段内两河段的平滩河宽总体变化很小;但宜昌段平滩水深约增加1.3m,而宜都段平均冲深达2.9m;两河段的平滩面积均呈持续增加趋势。在此基础上,建立了河段尺度的平滩河槽形态参数与前5年平均的汛期水流冲刷强度之间的经验关系,用于预测该河段平滩河槽形态的调整趋势。     

淤沟造地在黄河防汛中的应用与研究

1黄河济南段二级悬河的形势黄河下游河道是著名的地上悬河,滩面高程一般高出背河地面3～5m。经过多年的演变,河道内又出现了“槽高、滩低、堤根洼”的二级悬河局面,且这种不利局面在宽河段和窄河段都有不断恶化的趋势。这不仅增大了黄河治理难度,而且对防洪极为不利。黄河济南段总体上属于弯曲型窄河道。上个世纪,随着主河槽的不断萎缩和淤积抬高,二级悬河的特征亦日趋突出。近几年,经过几次调水调沙,主河槽有所冲刷,但主河槽两     

近期水口大坝至竹岐河段河槽形势变化分析

受水口水库清水下泄冲刷及河道采砂等因素影响,水口大坝至竹岐河段河槽形势发生显著变化,影响到城市供水、航运、采砂规划等诸多方面。该文利用2003~2011年河道实测地形资料,分析该河段河槽纵剖面及横剖面的变化特征,进行典型河段河槽冲淤的可视化分析与冲淤量计算。结果表明:2003~2011年,水口大坝至湖柄村河段深槽纵剖面高程变化相对较小,湖柄村至竹岐河段深槽纵剖面高程变化显著,总体呈下降趋势;该河段横剖面主要有不对称V字形和U字形两种,V字形横剖面演变特点为断面形态基本稳定,深泓位置基本稳定,总体呈全断面下切状态,U字形横剖面近期的演变特点为断面多呈冲淤交替状态,伴随有深泓摆动,总趋势表现为下切;3个典型河段河槽在2003~2011年间呈逐年刷深状态,且冲刷范围广、下切幅度明显、河沙损失量大。     

堆积体作用下缓坡河道水深分布规律实验研究

滑坡、泥石流等地质灾害产生的松散土体常在河流岸边形成大型堆积体,缩窄了主河道过流宽度,压缩主河流路,对水流运动产生影响。本文通过水槽试验,研究了堆积体作用下缓坡河道水深沿程及横向分布规律。在堆积体作用下,河道水深沿程分布发生规律性变化,其具体表现为：堆积体上游段水位壅高;堆积体段水深急剧降低;堆积体下游段,在扩散作用下,水位逐渐恢复到无堆积体条件下的天然水位。堆积体附近水深沿横断面的分布相比天然情况下表现为：堆积体上游壅水最大值在堆积体侧上游,远离堆积体一岸,相对水深逐渐减小;堆积体所在断面,从堆积体侧至对岸相对水深缓慢增大。随堆积体尺度的增加,堆积体对河道水深沿程及横向分布的影响也愈加强烈。     

长江黄河垂线流速分布的分形研究

目前工程中应用的各种流速分布都应当看作是紊流运动的基本方程(Navier-Stokes方程)在不同条件下的近似解,因此有不少的学者试图从标度指数出发寻求流速分布的规律.以长江、黄河实测资料为例,从分形标度的角度出发去探讨天然河道垂线流速分布的规律.研究结果表明:天然河道垂线流速确实存在着分形现象,分维数可以反映垂线流速分布的均匀程度,分维数越大,垂线流速分布越均匀;一般情况下,长江垂线流速的分维数要大于黄河的分维数,并且同一条河道的不同位置分维数不同.     

宽窄复式河道水流运动特性的试验研究

在分析水槽试验资料的基础上，首次对宽窄复式河道的滩槽过流能力、断面平均流速、垂线流速及横向分布等水流运动特性进行了研究．研究结果表明，宽窄复式河道的主槽流量随着滩槽宽度比的增大而减小，滩地流量随着滩槽宽度比的增大而增大；水流发生漫滩之后，随着水深的增加，主槽流速先减小后增加，滩地流速不断增加，二者的变化幅度与滩槽宽度比有关；在大部分区域内垂线流速偏离对数分布，主槽一般偏小，滩地偏大；垂线平均流速沿横向分布与一般复式河道相似，但滩槽流速差别减小．     

湘江典型河段采砂活动对河道演变影响研究

为了深入研究湘江河道采砂对河道演变影响机理,以湘江干流典型采区河段为研究对象分析了河道上游来水水沙特性和河道近期演变规律,预测了该河段的演变趋势,初步分析了采砂活动对河段河势、防洪、航道等的影响,最后提出了相关建议。研究表明:湘潭水文站多年(1950～2015年)来年均径流量为658亿m~3,2016～2018年来年径流量整体上呈减小的趋势。多年来(1953～2018年)年均悬移质输沙量有增有减,但近年来减小幅度明显。采区局部河段内典型横断面2017年悬沙和床沙中值粒径均有不同程度的增大;近期(2003年3月至2017年11月)分析河段内除局部位置外岸线、深泓线平面位置整体相对较为稳定,洲滩及深槽随水文年不同发生冲淤变化,累计呈现冲刷。受采砂影响,原河道水沙平衡受到破坏,河道深泓左移。预计河道向右岸摆动的可能性较小,今后该河段河势及平面形态将处于相对稳定状态。目前,采砂局部河段河道演变仍处于调整变化过程中,尚未对防洪和航道造成明显不利影响。研究成果对于今后修编湘江河道采砂规划和加强湘江采砂管理具有较大的意义。     

兴隆水利枢纽坝下游河段河床演变分析

兴隆水利枢纽是汉江中下游水资源综合开发利用的一项重要工程,工程河段兼有游荡型及弯曲型河道的特点。自丹江口水库运用以来,受水库清水下泄的影响,该河段的来水来沙条件发生较大变化,根据实测水下地形资料,全面分析了工程河段河床演变特征。结果表明:2005～2016年间河段内深泓线平面位置摆动频繁且幅度较为显著,特别是在弯道及过渡段范围内,还伴随着边滩与江心洲滩的冲淤发展。河床呈冲淤交替变化,主要以冲刷下切为主。断面变化较大的位置主要集中在过渡段和弯道段。在今后较长时期内,工程河段河床仍将呈冲刷趋势,但随着丹江口水库坝下游河道冲刷下移及自身调整,工程河段将逐步向冲淤平衡方向发展,总体河势将趋于稳定。     

城市内河行洪方案探讨

文章以天府新区华阳段锦江改造为例,通过对河道宽度、河床比降调整比选,分析了在适应宽度束窄现状的条件下,工程方案对洪水位、流速和床沙的影响。综合考虑防洪要求与工程实际,提出了河道治理优化方案:在河道宽度、上下游河道高程限定的情况下,通过调缓河床比降,提高拟建工程段水深,利用工程河段局部地坪高程可满足调缓后的河道行洪要求,通过跌坎消减上游段可能的壅水影响,满足全河段较高防洪标准的行洪要求。     

长江河口段节点控导作用及河势格局研究

长江河口段所在的长江三角洲地区,经济发展对河道整治提出了较高要求。对长江河口段的节点进行了梳理,从节点稳定性、节点对河道控导长度、节点间河道最大摆动幅度等方面,分析了节点对河势的控导作用,认识到节点河段是控制上下游分汊河段河床变化及相互影响的基础条件。河势总体控导的基础在于加强节点河段的稳定性和控制作用,应采取相应的工程措施稳定洲滩,进而稳定深槽,对局部岸线和洲滩崩退的重点部位进行守护。     

皖江城市带河势变化与崩岸预警关键技术研究(安徽省长江河道管理局、合肥工业大学、南京水利科学研究院)

<正>一、创新成果1、对长江安徽段十三个河段河道演变进行了研究,定量计算2003年～2012年河道冲淤量,分析了长江安徽段河道演变规律和冲淤变化特性。2、建立长江安徽段典型河段水流泥沙数学模型,分析水沙输移特性变化条件下长江安徽段河段水流泥沙运动特性和河床演变特性、洲滩变化趋势。3、在边坡临界滑动场与三维极限平衡理论基础上,研发了崩岸过程数值模拟软件,为崩岸评估与预测提供分析工具。4、分析典型崩岸区近岸河床平面套绘、断面套汇、冲淤情况、近岸坡比变化,研究崩岸区所在河段河势演变趋势和近岸河床变化情况,提出长江安徽段崩岸预警建议。