淮河干流泥沙输移特性浅析

根据淮河干流王家坝水文站以下主要控制站河流泥沙的实测资料,分析输沙量的年内分配和年际变化、径流量和输沙量的关系,为研究淮河干流的水土流失和泥沙输移规律、合理开发利用其水土资源提供科学依据。     

人为活动对金沙江一级支流龙川江流域输沙量的影响分析

用多种方法分析了金沙江一级支流龙川江流域的输沙量时空变化及其受人为干扰的情况.结果表明,在流域中游和下游,尽管龙川江流量在1970~2001年期间没有明显上升,也修建了大量拦蓄了泥沙的水库,但河流输沙量仍出现了明显的增加.该增加与当地森林覆盖率变化、耕地面积扩大和道路修建关系密切.输沙量增加最明显的是位于下游河段的元谋干热河谷.龙川江流域输沙量的变化对于长江中上游和三峡库区解决河流泥沙问题提出了更高的要求.     

近50年来长江上游泥沙情势变异及影响因素分析

为了定量评价长江上游近50年来的泥沙情势变化,分别运用Mann-Kendall非参数检验法、滑动T突变检验法,对长江上游寸滩站、宜昌站1965—2016年的输沙数据进行趋势和突变分析,采用累积量斜率变化率法评价气候变化和人类活动对长江上游来沙量变化的贡献率,并运用河流影响因子法对长江上游年输沙量发生变化前后的改变度进行综合定量评价。结果表明:(1)长江上游年输沙量呈现出显著的下降趋势,寸滩站、宜昌站的年输沙量均分别在1992年、2003年发生突变;(2)可将寸滩站、宜昌站的年输沙量划分为3个阶段,时间节点均为1992年和2003年;(3)人类活动是引起长江上游流域输沙量显著减少的最主要原因;(4)长江上游寸滩站年输沙量发生了高度改变,宜昌站年输沙量发生了严重改变。     

龙川江年输沙率时间序列的小波特征

基于龙川江出口水文控制站小黄瓜园站的长时间序列水文资料,利用小波变换研究了龙川江流域降水量和输沙率时间序列的多时间尺度变化特征和突变特征.研究表明:小黄瓜园站年降水量时间序列具有2a和4a的准主周期;年输沙率时间序列具有2、4、9.5a左右的准主周期;龙川江输沙率年内分配很不均匀,6～10月输沙量占全年输沙量的96.7%,尤其是7、8两个月输沙量占全年输沙量的55.7%;输沙率年内变化和年际变化的高频振荡主要是由降水量变化所致;龙川江泥沙主要来源于中下游地区(占全流域输沙量的94.2%);小黄瓜园站对屏山站泥沙贡献率为1.69%.     

黄河中游支流无定河流域水沙情势与变异特性

近年来,黄河中游支流无定河流域水沙情势发生了显著变化,径流量与输沙量都出现了急剧减少的现象,其年径流量与输沙量序列变异类型(尤其是趋势变异、均值跳跃变异及方差变异)的信息重叠问题尚没有有效的解决方案,导致很难给出较为准确的变异归因解释。为此,以无定河流域10个水文站的实测年径流量和输沙量序列为研究对象,采用经验模态分解、STARS法和迭代累积平方和(ICSS)法对年输沙量序列进行趋势变异、均值跳跃变异和方差变异检验,识别无定河流域年输沙量序列变异的类型构成。同时,采用双累积曲线探讨无定河流域的水沙关系变化,并结合流域实际,分析变异类型产生的原因。结果表明:无定河流域年输沙量序列的变异类型均为复合类型,且复杂多变,其中趋势变异主要为先减后增型,均值跳跃变异为向上向下型和下沉型,方差变异主要为振幅缩减型; 归因分析结果显示,无定河流域的淤地坝建设驱动年输沙量序列的下沉型均值跳跃变异,与其他水土保持措施一起驱动序列的趋势变异和方差变异; 年降水量及沙尘暴频率因变化较小,仅在趋势变异上有微弱影响; 淤地坝施工期间强降水引发的水土流失和淤地坝拦沙后清水下泄引发的河道冲刷驱动年输沙量序列均值向上的跳跃性变化,而淤地坝群淤积库容随时间的衰减则应该是驱动年输沙量序列趋势变异的关键因子。     

黄河的防洪形势与任务

一、黄河概况 (一)黄河的沙水概况 黄河是我国第二条大河,黄河的总水量多年平均为470亿立方米。黄河的主要问题是泥沙问题,年平均冲到下游的泥沙是16亿吨,但送到渤海的仅12亿吨,每年有4亿吨的泥沙淤积在河床上。与长江相比,长江是我国第一条大河,长江的年总水量是10000亿立方米,长江的多年平均年输沙量为5.26亿吨。也就是说,黄河的水量相当于长江的二十分之一,而黄河的泥沙是长江的三倍,从沙水总量来看黄河是多泥沙河流,而且是闻名世     

河流环境中泥沙对污染物迁移转化的影响研究

河流环境中的泥沙是污染物迁移转化的主要媒介。分析了泥沙在河流水环境污染中的作用,针对河流中泥沙污染物迁移转化现象,分析了泥沙吸附与解吸的主要模式及影响因素,探讨了泥沙对污染物迁移转化特性和迁移转化模型的影响。     

汶川地震滑坡与强降雨驱动的输沙量增加研究——以岷江上游为例

为了能够详细刻画汶川地震及其震后强降雨对岷江上游输沙量增加量的影响,在对SPOT图像、航片和数字高程图的影像资料进行解译的基础上,对岷江上游滑坡、泥石流进行了标定,同时通过收集该流域1980-2010年期间输沙量、降雨量、滑坡量、泥石流量等方面的资料,分析了汶川地震前后岷江上游降水量、输沙量、滑坡量、泥石流量之间的相关关系,定量计算了汶川地震前后该流域输沙量的变化,进一步探析了汶川地震后强降雨驱动的滑坡、泥石流对岷江输沙量增加的控制作用。研究结果表明,①由汶川地震的同震构造抬升和同震滑坡、泥石流所导致的输沙量增加值为30%左右,表明在汶川地震后岷江上游输沙量的增加主要受同震滑坡、泥石流的控制;②震后强降雨导致的输沙量是震前的1.75倍,震后强降雨泥石流的产砂量对当年新增输沙量的贡献率达到37.49%;③强降雨带与地震断裂带和地震滑坡带基本重合,导致了汶川地震后输沙量的增加与强降雨量之间存在正反馈关系;④汶川地震震动所引发地表物质松动和驱动滑坡导致了河流输沙量加大,这是未来几十年所面临的灾害。     

基于分布式水文模型的流域输沙过程模拟

根据黄土丘陵沟壑区藉河流域1962—2008年的逐日水文、气象资料,建立了空间数据库和属性数据库,采用分布式水文模型SWAT对该区过去近50年的输沙变化进行了模拟和验证.结果表明,年均输沙量在校准期与验证期内的模拟值和实测值保持比较一致的趋势性变化,但验证期的模拟效果不如校准期的;月均输沙量在校准期模拟值和实测值的相对误差Re、决定系数R2、效率系数Ens分别为7.5%,0.862,0.764,验证期内则分别为8.9%,0.535,0.474,模型验证效果不太好,类似于年均输沙量模拟,且月均输沙量的模拟效果不如年均输沙量的.     

山区河流若干特性研究

本文在前人研究的基础上,从水道特性、汇流特性以及泥沙输移、级配特性等方面对山区河流作一初步研究,首次提出流域相对平均高差的概念以及单位面积上单位线单位时间上涨幅度的概念,并用来作为判别不同类型河流的主要依据;针对山区河流泥沙级配宽的特点,利用双曲正切函数曲线来模拟山区河流泥沙的宽级配曲线。     

受支流入汇作用主河推移质运动演化特征试验研究

天然河流中存在着大量的主支交汇河流,在主支流相汇处,由于河相关系的变化,主支河流原有的水沙平衡状态被打破。通过一系列的水槽试验研究了交汇角为30°时支流来水、来沙对主流输沙特性的影响,获得了在支流有无来水、来沙时不同主支汇流比下的主河输沙率和累积输沙量随时间演化过程。试验表明:单一主河推移质呈“波”状输移,具有时空不连续性;支流仅来水时,由于无泥沙补给,交汇口及其下游会形成冲刷深槽,主流输沙率和输沙量强度在初始阶段很大,随着时间的推移,其值逐步衰减并趋于稳定;支流来水又来沙时,主河输沙特性与主支汇流比密切相关。     

黄河上中游近期水沙变化分析

根据黄河上、中游干流及重点支流水文泥沙定位观测资料统计,对1997—2006年水沙变化特点进行了分析.结果表明,与1970—1996年相比,黄河流域上、中游各区间降水量普遍减少,减幅在3%-11%;上游降水径流关系没有明显变化,而中游地区降水径流关系变化明显;干支流实测水沙量减少,减幅由上游至下游逐渐增大,径流量减少幅度从上游的20%至下游达到40%左右;对于输沙量,除河源区变化不明显外,干流各站沙量减幅在27%以上,头道拐至潼关各站减幅为57%-87%;干支流洪水发生场次普遍减少,且洪量减幅小于同期沙量减幅,前者为8%-46%,后者则为57%-64%;随输沙量减少,泥沙组成也发生变化,不同区域存在着泥沙中值粒径增大、变细和变化不大3种类型.     

长江泥沙调控与干流河床演变及治理中的关键科学技术问题与预期成果展望

长江流域面积180万km2,人口和国民生产总值均超过全国的40%,是我国水资源配置的战略水源地、水电开发的主要基地、连接东中西部的“黄金水道”和珍稀水生生物的天然宝库,在我国经济社会发展中具有重要的战略地位。近些年来,在自然条件和人类活动的双重影响下,长江泥沙时空分布与产输过程发生了重大变化,给河流开发利用与保护均带来了显著影响,而沿江经济社会快速发展和生态文明建设不断对长江泥沙提出调控要求。同时,河流工程建设和泥沙资源化利用的发展也使长江泥沙调控具备了基本条件。但泥沙兼具灾害性与资源性,泥沙调控与河流功能发挥之间存在着矛盾与统一,需要深入研究。国家重点研发计划项目“长江泥沙调控及干流河道演变与治理技术研究”以揭示长江泥沙输移分布与河流开发及保护之间的耦合作用关系,研究提出满足沿江经济社会和生态环境需求的长江泥沙调控、河道演变与治理的基本理论和关键技术为总目标。重点研究长江泥沙来源与时空分布变异规律和趋势,河道演变对水沙输移变化的响应机制,控制性水利水电工程联合运用下长江干流和洞庭湖、鄱阳湖的水沙输移规律,河床重塑过程与驱动机制及其防洪、航运和岸滩利用等多重效应,长江泥沙多维耦合与协同调控的理论和方法,并研发多尺度、多目标与多过程泥沙联合调控技术和河道治理技术。通过本项目研究,预计将揭示多因素影响下长江来水来沙时空变异特征与趋势、水沙输移与河道演变的响应机制;定量预测控制性水库联合运用下长江和洞庭湖、鄱阳湖泥沙输移与冲淤过程,揭示长江河道的重塑过程、相对平衡状态与驱动机制,阐明河流系统再造的防洪、航运及岸滩利用等多重效应;构建长江泥沙调控的理论框架,建立泥沙调控指标体系、方法和模型;研发江河湖库多尺度、多目标与多过程泥沙联合调控技术和河道综合治理技术,并予以示范。本项目的研究将推动河流动力学学科发展,促进长江水沙资源利用与保护,为流域社会经济发展和河流生态保护提供基础保障,具有显著的社会经济与环境效益。     

基于雅鲁藏布江辫状河流的洪峰流量输沙变异数值模拟

该研究根据雅江中游辫状河流平面形态建立输沙地形,构建了可用于辫状河流输沙模拟的数学模型。数值计算采用二维水动力学和非粘性泥沙耦合模型对辫状河流中泥沙输运规律进行模拟研究,模型基于不可压缩雷诺平均N-S方程,模型中包括连续方程、动量方程、河床面变形方程、全沙输沙方程。该数学模型通过全沙输移理论计算悬移质和推移质输沙率。当模拟洪峰流量时,辫状河流出口含沙过程和悬移质输沙过程峰值滞后于入流过程,形成相位差,泥沙粒径越小,相位差越小,0.01mm和0.02mm泥沙相位差接近0,出口悬移质输沙率产生的相位差小于含沙量;0.3mm、0.2mm和0.1mm泥沙在辫状河流中淤积的淤积量超过50%。在计算泥沙输移的同时,考虑泥沙的启动、沉降淤积作用导致的地形更新,进而求解挟沙水流在辫状河流当中运动时对地形变化的影响,为天然辫状河流的研究预测建立一定的数值模拟基础。     

曹叔尤教授

曹叔尤,1945年生,四川达州人,博士生导师、高速水力学国家重点实验室主任、国家自然科学基金委员会学科评审组成员.1998.7-2001.7任四川大学水利水电工程学院院长.获中国水电科学研究院工学硕士学位、英国伯明翰大学博士学位及博士后客座高级研究员职务.培养硕、博士研究生10余名.曾获水利部二等奖、"钱宁泥沙科学奖论文奖"、国家教委三等奖.发表专著两部、译著一部、主编<面向21世纪的泥沙研究>,其专著<河流水力几何形态学>和<植物治沙动力学>反应了作者近年来研究河流形态和流域生态恢复的最新成果.在包括水利工程界国际最权威的刊物,例如美国土木工程师学会(ASCE)的<水力工程学报>、国际水力学会(IAHR)的<水力研究学报>和英国土木工程学会(ICE)的<英国水利学报>等刊物发表学术论文100余篇.其中,<英国水利学报>评价其河流几何形态研究成果"代表了我们在该领域向前迈出了重大的一步".钱宁院士等的专著<河床演变学>推荐了该同志关于水库悬移质溯源冲刷的理论和方法.中国水利学会泥沙专委会主编的我国第一部<泥沙手册>推荐了水库输沙曹叔尤公式和关于水库悬移质溯源冲刷的理论和方法,并评价该方法"在理论上最为严格".其所在研究群体开发的CRS-1河流泥沙数学模型被列入中国电力行业泥沙设计规范(DL/T5089-1999),广泛应用于西南河流泥沙工程,取得了较大的社会效益和经济效益. 主要研究方向:河川水力学、河流工程、泥沙输移、水土保持.目前负责或主研多项国家自然科学基金和国家攻关项目,包括国家自然科学基金和水利部联合资助重大项目"江河泥沙灾害形成机理及防治研究"、"山区河流航道整治关键技术研究"、"三峡工程泥沙信息与决策支持系统研究"、"河流泥沙数学模型产业化研究"等.     

黄河下游河道断面宽深比对输沙能力的影响

根据1950~2000年黄河下游河道各站汛期实测径流量、输沙量资料,分析了花园口~高村、艾山~利津河段处于冲淤平衡状态时径流量与输沙量之间的关系,得到了冲淤平衡时,在径流量一定的情况下,河槽断面宽深比越小,输送的泥沙量越大的结论;通过概化河工模型试验,分析了在不同的主槽宽度、深度、流量和进口含沙量情况下,临界含沙量与主槽断面宽深比的关系,表明临界含沙量随流量的增大而增大,随断面宽深比的减小而增大,临界含沙量随断面宽深比减小而增大的速率随断面宽深比的减小而增大;分析了断面宽深比对黄河下游河道泥沙输移公式的影响;最后,与小浪底调水调沙实测成果进行了比较,结果表明其与笔者研究结论基本一致.     

山区松散排列泥沙床面河流阻力特性研究

河道阻力决定了河流流速与挟带泥沙的能力。然而与普通河流不同,山区河流的河道阻力比较复杂,床面泥沙排列密度对于河道阻力影响明显。试验资料表明,在低泥沙排列密度时,河道阻力随着排列密度的增大而增大,当达到最大值后,随着排列密度的增大呈现减小的趋势。利用程年生植被糙率尺度的概念,建立了适用于含有松散排列泥沙床面情形的糙率尺度。通过试验数据,确定了糙率尺度表达式中的待定参数,在f-r/k_v图上,建立的泥沙颗粒糙率尺度可以使所有的数据点归结到一条曲线上。最后,建立了适用于松散排列泥沙床面河道的达西阻力系数表达式。对于天然河流,本文建立的达西阻力表达式仍然具有较高的计算精度。     

宁夏城镇化发展区域差异因素研究

为进一步提高宁夏区域城镇化水平,选取宁夏19个县(区)为研究对象,分析各地域城镇化发展水平特征,运用线性加权和法对2008年宁夏区域城镇化水平进行综合测度,并运用灰色关联分析法探讨宁夏城镇化发展区域差异因素.结果表明,人口指标与经济发展指标所表征的宁夏城镇化发展水平并不一致;宁夏城镇化发展空间格局变化特征明显,由北部向中部、向南部呈梯度下降的区域格局;影响各区域城镇化水平分异的主要因素不同,但区域综合经济发展水平、工业和第三产业发展是区域城镇化水平差异的决定性因素.     

宁夏海原县草畜特色优势产业可持续发展思路研究

加快发展和大力集聚提升农业特色优势产业,是提高农业产业化水平、增强农业综合生产能力、走具有宁夏特色现代农业发展之路的必然选择,也是加快推进宁夏农业现代化和社会主义新农村建设的战略重点。牧草产业是宁夏的区域性农业特色优势产业,优势区域主要在南部山区、中部干旱带、引(扬)黄灌区。清真牛羊肉产业是宁夏的战略性主导产业,优势区域主要在引(扬)黄灌区、中部干旱带、六盘山麓。     

地震背景下的川江流域泥沙与河床演变问题研究进展

川江流域历史地震是影响川江流域沙量与河床演变的主要动力因素之一。“5·12”汶川大地震将进一步增加地震区流域的水土流失,改变川江流域的河流泥沙运动和河床演变趋势。汶川地震是龙门山断裂带有历史文献记录以来发生的最大地震灾害。地震诱发了大量的崩塌、滑坡、泥石流、堰塞湖等次生地质灾害,在地表富集了大规模的松散堆积体。地震严重损坏了近20年来建设的水土保持设施,加剧了水土流失,较大地改变了流域坡面侵蚀条件和河流泥沙来源。综述了若干关键科学技术问题,包括地震与流域产沙,川江流域的泥沙量,地震与川江水系河床演变,地震次生灾害后的河流修复。并建议加强水利工程科学、地质科学和环境生态科学的交叉融合,开展震区河流灾后修复理论和关键技术的研究。