怒江中游河段推移质输沙率计算公式的试验研究

采用五类推移质输沙率公式中各具代表性的公式对怒江中游河段推移质输沙率进行计算,同时,通过推移质泥沙输移水槽模拟试验,对怒江中游河段的不同流量级的推移质输沙率进行了分析研究,并与上述推移质输沙率公式计算结果对比分析,得出了适合怒江中游河段的推移质输沙率公式,为该河段推移质输沙率计算提供了可行的计算方法.     

北江下游推移质输沙研究

采用数值模拟与实测资料相结合的方法研究了北江下游推移质输沙率公式的适用性、洪枯季推移质输沙率及空间分布。结果表明以切应力为主要参量的推移质输沙率公式较适用于北江下游河道,洪季Bijker公式、枯季Van Rijn公式计算误差较小。石角断面洪季推移质输沙率为9.06万t/月,枯季为2.43万t/月,年推移质输沙量为49.54万t。推移质输沙主要集中在大塘以上河段,洪枯季均在山塘上游、廻岐洲、界牌洲等处出现输沙率峰值,大塘下游推移质输沙较弱。水面比降是推移质输沙率沿程变化的主导因素。     

峡谷壅水河段推移质输沙规律探讨

以奉节站为例,对峡谷壅水河段水沙运动现象进行了描述,分析现有推移质输沙率公式在峡谷壅水河段的预测效果,对峡谷上游附近河段推移质输沙规律进行了探讨,指出峡谷壅水河段由于水深、比降及床面补给的复杂性,推移质运动的不连续性,致使现有输沙率公式不能适用于此类河段。     

长江重庆河段卵砾石推移质无量纲输沙率研究

针对长江上游重庆河段水面比降大、河床组成粒径粗、相对光滑度比较小等特点,收集河段内寸滩水文站47年实测卵石推移质输沙率资料和对应的水力参数作为研究基础资料,分析比较了5个经典公式计算的准确性。参照计算精度较高的Fredsoe公式,以水流强度Θ和泥沙起动临界水流强度Θc为主要参数建立并拟合了适合长江上游重庆河段的推移质输沙率计算式。分析比较表明,在计算重庆河段输沙强度时,该计算式的计算精度要高于经典公式和针对该河段的魏丽公式,能够很好地反映该河段实际的卵石推移质输移情况。     

三峡水库下游荆江河段推移质输沙率计算方法分析

根据荆江沙市水文站与监利水文站共380组次推移质输沙率与断面水力要素的实测资料,分析了推移质泥沙的输移特性,建立了推移质输沙率与流量之间的关系式,并利用实测资料对Engelund-Hansen和Einstein推移质输沙率公式进行了检验与修正。研究结果表明:荆江河段沙市站与监利站的实测推移质泥沙年输移量位于137~388万t之间,主要发生在汛期的5-10月,约占全年的75%,而且沙市站断面的年均输沙量小于监利站;推移质输沙率与流量的1.3511次方成正比,呈显著相关。Engelund-Hansen与Einstein公式直接用于计算荆江河段推移质输沙率均存在系统偏差,修正后的公式与实测资料吻合较好,呈高度相关,其中Einstein的修正公式相关度更高。研究成果可用于荆江河段推移质输沙量的计算与河床演变分析。     

水库下游近坝段卵石推移质输沙率的研究

水库下游近坝河段推移质输沙问题十分复杂,涉及到多方面因素的影响.本文分析了水库下游近坝河段卵石推移质的产输规律,引入临界起动粒径的概念,建立适用于近坝河段的起动流速公式.选择适用于近坝河段的成勘院经验公式并对参数加以率定,结合近坝河段起动流速公式建立近坝河段的卵石推移质输沙率公式,经检验结果基本吻合.     

大比降卵砾石河流输沙率试验研究

针对我国西部地区大比降卵砾石河流的比降和河床组成，采用1m宽水槽对大比降卵砾石河流的输沙率进行分析研究。分析结果表明：（1）水槽试验数据与现有推移质公式对比，比较有代表性的Meyer-peter（1948）、Engelund（1976）两个公式计算的输沙率偏大，与Ackres＆White（1973）公式计算值较为接近。（2）根据Ackres＆White（1973）的结构形式，补充大比降卵砾石河流泥沙起动条件，假设推移质运动强度与水流有效运动强度成幂次关系，得到大比降卵砾石河流输沙率公式形式。（3）通过水槽试验数据，拟合出适合大比降卵砾石河流的输沙率公式。     

壅水条件下推移质泥沙输沙率变化规律初步研究

壅水条件下水流结构特征及推移质泥沙输移规律问题目前尚未得到很好的解决,如天然壅水河段、水库库区壅水等条件下的泥沙输移、河床冲淤等问题,亟需这方面的理论支撑。利用理论分析、实测资料、水槽试验等方法进行对比分析首先分析不同条件下推移质输沙率变化的差异性;然后利用水槽试验观测壅水条件下非均匀流水流结构特征;最后结合天然实测资料和水槽试验资料,回归分析得出了适合在水库库区壅水河道的推移质输沙率计算公式。研究结果为当壅水程度指标β达到1.3以上时,现有各家公式已基本不能用来计算壅水条件下的推移质输沙率;利用水槽试验资料得到了相对床面切应力与壅水程度指标β的定量关系;回归分析得出壅水河道推移质输沙率计算公式可以在三峡库区河段适用。     

非均匀沙推移质输沙率及其级配计算

本文根据水流功率理论,导出了非均匀沙推移质输沙率公式,并考虑了床沙运动的随机性及床面粗化对输沙率的影响;提出了推移质级配计算的公式。由非均匀推移质输沙率及其级配计算公式的计算值与作者、Samaga、Gilbert试验值及长江新厂(二)站、美国东汊河实测值吻合较好,并且能够用于均匀沙的推移质输沙率计算,具有广泛的通用性。     

北江清远河段推移质运动规律初步研究

采用理论分析、变坡水槽试验与实体模型试验相结合的研究方法,针对北江清远河段推移质泥沙特性及运动特性,进行了泥沙起动及输移的水槽试验,并对泥沙的起动与输移规律进行了初步研究。根据起动试验结果,得出了反映颗粒隐蔽和暴露作用的隐暴系数表达式;根据输移试验结果分析了推移质输沙率的特性,并通过与其它公式进行比较,得到适应于该河段的推移质输沙率公式。     

金沙江下游流域水沙格局变化研究

金沙江下游水沙变化对梯级水库淤积进程和优化调度有重要的影响,随着大型梯级水库的建设运用,金沙江下游水沙格局发生了显著的变化。本文基于金沙江下游干支流历年实测水沙资料,分析了流域水沙变化过程,提出了不同时段流域水沙格局。从时间上看,金沙江下游干支流径流量年际变化均不大,干流输沙量显著减少;支流雅砻江、龙川江、牛栏江输沙量明显减少,其它支流输沙量没有明显变化趋势。从水沙来源分布上看,不同时期,金沙江干流径流量和流域支流径流量的占比变化不大,金沙江干流、雅砻江和其他支流占比分别为46%、45%和9%左右。而输沙量占比变化显著：1999年以前金沙江、雅砻江和其它主要支流占比分别为40%、36%、24%;在二滩水库蓄水拦沙后的1999—2010年三者的占比分别为61%、13%、26%;金沙江中游梯级水库蓄水拦沙的2013—2020年三者的占比分别为16%、31%、53%。进一步考虑未控区的影响,金沙江干支流水库运行后,来水格局仍未发生明显变化,干流、雅砻江、其他支流和未控区间径流量占比分别为40%、40%、9%和11%。但来沙格局变化显著,水库运行前干流输沙量占比为21%,雅砻江为19%,其他支流为12%,未控区间为48%,水库运行后区间来沙占比明显增大,达到了97%,其中未控区间占比为82%,区间支流占比为15%,未控区间来沙是金沙江下游流域泥沙的主要来源。     

基于洪水涨冲落淤特性分析游荡性河道双岸整治对冲淤的影响

基于黄河下游及主要干支流、美国密苏里河和密西西比河的实测资料,分析了低含沙洪水和高含沙洪水的输沙与冲淤特性。研究表明,河道沿程比降虽然变缓,但河宽变窄,流速沿程增加,是造成冲积河流保持洪水输沙平衡的边界条件。底沙的运动比洪水波传播得慢,是造成洪水在河道中长距离冲刷的根本原因,而与河道的比降陡缓关系不大。河道输沙特性呈现"多来多排",是形成河床沿程冲刷的水流动力条件。通过黄河下游河道双岸整治,河道形成窄深、归顺、稳定的河槽,使洪水造床和输沙作用增强,从而对河道冲刷作用增加。     

金沙江下游沙质推移质输移规律分析研究

金沙江下游的推移质输移规律及其泥沙来量和级配对梯级水库的淤积分布以及河势将产生长远影响，需要开展深入研究。通过对金沙江下游入库控制站三堆子水文站2008，2009两年的推移质测验成果的分析，研究了该站沙质推移质的年内分布、横向分布、级配以及推移质输移与水位、流量、流速的关系。研究结果表明：三堆子河段全年都有沙质推移质的输移，推移量主要集中在汛期，尤以7～9月为甚；强推带为距起点距170～200 m的范围内。     

Entropy-Based Flow and Sediment Routing in Data Deficit River Networks

The reliable estimate of the sediment load and streamflow is essential for water resources and flood management. In this study, the entropy-based technique and HEC-RAS are used for flow routing followed by sediment routing in HEC-RAS. The paper’s novelty is its application to data-deficit river networks, where observed sediment load and flow on tributaries are absent. The proposed method accommodates the flow and sediment contribution from the tributaries to the downstream station on a reach, despite unavailable observed data on it. The adopted flow routing techniques are applied to predict downstream flow on three different reaches (on the Mahanadi and the Godavari River). The prediction accuracy is evaluated using three statistical indices ? Nash–Sutcliffe efficiency (NSE), relative error (RE), and Coefficient of determination (R²). Both flow routing techniques showed good performance for all three reaches (with or without tributaries), having NSE, R²?>?0.8, and RE?<?13%. Despite the comparable performance, the entropy-based routing is suggested for natural rivers with or without tributary as it avoids the iterative calibration process to determine the roughness coefficient. Further, the sediment routing is performed on the data-deficit reach of the Mahanadi River to obtain the best-suited sediment transport function. The simulated sediment load using the Yang transport function matched satisfactorily with the observed data with NSE, R²?>?0.85, and RE?<?–27%. Subsequently, the Yang transport function and entropy-based flow routing are utilized for the sediment and flow estimation at an ungauged station on the Mahanadi river.

     

波浪与潮流共同作用下二维泥沙数学模型

针对河口海岸地区波浪与潮流运动的特点,将波浪过程概化为潮周期中具有平均意义的波浪流要素,叠加到潮流运动方程中,以模拟长时段的水流运动及泥沙场的变化,建立了波浪与潮流联合作用下二维泥沙数学模型,包括贴体正交曲线坐标系下水流运动方程、非均匀悬沙、底沙输移方程、初始条件、边界条件、动边界技术及数值计算格式,引进前期含沙量的概念,得到了潮流挟沙能力公式,波浪作用下的挟沙能力采用窦国仁公式,浮泥挟沙能力采用罗肇森公式。计算的瓯江口、温州湾潮位过程与原型吻合良好,8个断面的46条垂线同步流速、流向过程计算值与实测值吻合较好。在此基础上,探讨了多连通域复杂边界条件下瓯江口拦门沙航槽开挖后潮流与风浪作用下悬沙、底沙与浮泥引起航槽回淤的模拟问题。     

Analysis of Bed Load Equations and River Bed Level Variations Using Basin-Scale Process-Based Modelling Approach

Bed load transport is a key process in maintaining the dynamically stable channel geometry for restoring the form and function of river ecosystems. Bed load consists of relatively large sediment particles that are moved along the streambed by rolling, sliding or saltation. Currently, various empirical correlations are used to estimate bed load transport rates since no single procedure, whether theoretical or empirical, has yet to be universally accepted as completely satisfactory in this aspect. Bed load particles are primarily sourced from river bed materials or banks. The amount of bed load and its spatial distribution contributes significantly to river bed level changes. Hillslope sediment contribution, mostly available to the river in the form of suspended load, also plays an important role in river bed level changes. This study aims to analyse different bed load equations and the resultant computations of river bed level variations using a process-based sediment dynamic model. Analyses have revealed that different bed load equations were mainly deduced from the concept of relating bed shear stresses to their critical values which are highly factored by the slope gradient, water discharge and particle sizes. In this study, river bed level variations are calculated by estimating total surplus or deficit sediment loads (suspended loads and bed loads) in a channel section. This paper describes the application of different widely used bed load equations, and evaluation of their various parameters and relative performances for a case study area (Abukuma River Basin, Japan) using a basin-scale process-based modelling approach. Relative performances of river bed level simulations obtained by using different bed load equations are also presented. This paper elaborates on the modelling approaches for river bed load and bed level simulations. Although verifications were not done due to unavailability of field data for bed load, qualitative evaluations were conducted vis-à-vis field data on flow and suspended sediment loads as well as the bed loads presented in different past studies.     

泥沙运动统计理论前沿研究成果

本文是作者数十年来以力学和概率论相结合的途径,广泛、深入研究泥沙运动统计理论的主要成果。其中包括泥沙运动的概化模式;单颗泥沙运动力学及统计规律;床面泥沙4种状态之间的转移概率及交换强度;不同状态之间的多种输沙率(而不是现有的两种)研究;泥沙起动规律及起动流速;从理论上导出的床面泥沙的边界条件;一维不平衡输沙规律及相应的数学模型;推移质与床沙和悬沙同时交换的不平衡输沙;床沙冲刷粗化与交换粗化规律;推移质点源、线源及退化面源扩散。另外,文中还给出了由泥沙运动统计理论带动的泥沙研究领域其他成果,如挟沙能力级配及有效床沙级配、粗细泥沙交换、挟沙能力多值性以及黄河高含沙量时的"揭底冲刷"。     

Sediment transport and channel characteristics of a sand-bed portion of the green river below flaming gorge dam,Utah, USA

The Green River is a major tributary of the Colorado River with a drainage area of 115 770 km² in Colorado, Utah and Wyoming. The influence of Flaming Gorge Dam on sediment transport and the potential for future channel change were studied using comparative analysis of historical aerial photographs from 1952 to 1987 and geographical information systems, published sediment (1951-86) and discharge (1965-87) records, and sediment data collected during 1986-8. Since the closure of the dam in 1964, new equilibrium channel widths were apparently achieved by 1974 in the reach 161-279 km below Flaming Gorge Reservoir and by 1981 in the reach 465-509 km below the reservoir. Recent high flows have resulted in an increase in average channel width in both reaches as measured on aerial photographs taken in 1986 and 1987. Sediment data from US Geological Survey gauges on the Green River and its primary tributaries and three sites established on the Green River for this study suggest that bed material sediment transport in the Green River has now attained a quasi-equilibrium, with the river transporting just the load supplied to it. The potential for future channel changes exists, as evidenced by the response of the channel (i.e. channel widening) to the increased flows during 1983, 1984 and 1986. Future adjustments in channel characteristics should be limited to responses to changes in discharge and sediment supply and transport in the basin.     

岷江流域水库建设对水沙输移的影响

岷江作为长江上游重要支流,为川西和成都平原社会经济发展提供了重要支撑。相较于长江其他主要支流,岷江流域整体水电开发时间略晚。近年来,岷江流域水库建设工程不断增多,流域水沙情况开始变化。根据实测资料,运用水沙过程线法和径流量-输沙量双累计曲线法,初步分析岷江水库建设特点、水沙输移变化,以及二者之间的联系。结果表明:水库数量和总库容分别在1970年和2005年后有了较大的提升,水库建设的趋势是由干流深入到支流,虽然近年水库建设数量减少,但高坝大库逐渐增多;随着建坝技术水平的提高,逐渐由易建造的土坝变为筑坝难度高的其它坝型;由于水库调控能力、拦沙作用的增强,流域主汛期径流量、输沙量出现坦化现象,年径流量和年输沙量在1990年后均有减小趋势,且年输沙量减少的趋势更明显。近期高场站年输沙量变化与岷江水库建设有着一定的负相关关系,随着岷江流域水库总库容的进一步增大,这种相关关系增强,且在汛期体现得更为明显。