黄河头道拐段冰输移及堆积过程数值模拟

头道拐河段因其特殊的河道形态及地理位置而成为黄河内蒙古段最易形成冰坝的河段,研究该河段河冰输移及堆积过程是理解内蒙古段河冰过程及卡冰结坝作用机理的关键。本文基于耦合的二维有限元水动力学模型和DPM(Discrete Parcel Method)河冰动力学模型,模拟了黄河头道拐河段2020—2021年冬季封河过程并进行了验证,讨论了不同水力条件、上游流凌密集度及河道形态对封河过程的影响。结果表明：相比于官牛犋弯道,河道弯曲率大、束窄程度高的什四份子弯道更易形成卡冰,且流量越小,卡冰作用越明显,冰盖向上游发展速度越快。河道流凌密集度小于0.4时,各种流量下研究河段未发生卡冰;流凌密集度增大至0.4,表面流冰首先在弯曲率系数较大的什四份子弯道处形成卡冰,随着流凌密集度和流量的进一步增大,下潜并输移到下游的流凌也会在官牛犋弯道形成卡冰,因此,头道拐河段形成卡冰的流凌密集度临界条件为0.4。应用冰水耦合二维动力学模型可以很好地模拟天然河道河冰输移、堆积过程中河道的水力特性、冰厚增长及封河形态,揭示了影响河冰过程的相关因素及作用机理,为黄河内蒙古段防凌减灾工作提供技术支撑。     

气温及河道形态对河冰形成特性的影响

文章通过对2011～2014年黄河内蒙古段河冰形成过程的野外观测,将2011～2012、2012～2013、2013～2014封冻期河冰特征与历年(1987～2005年)特征值进行对比。通过分析11月～翌年3月份的日平均气温变化过程,探寻气温变化和河道形态对黄河内蒙古段凌汛的影响。     

河冰演变过程分析的一维数学模型研究

通常情况下,河流中的冰情可以按照冰的形成和消融过程分为3个阶段:结冰期,封冻期和解冻期。一个能够完整描述河流结冰、封冻和解冻过程的河冰数学模型由以下3个分模型组成:水力模型、热力模型和冰冻模型。水力模型用于计算河道中流场和其水力要素;热力模型用于计算水体热交换,水温分布和降温过程;冰冻模型用于模拟水内冰的产生,冰花输移,浮冰输移,底冰增厚和消融,冰盖的形成、推进和增厚,冰盖的热力增厚和消融,冰盖前缘下潜输冰能力和冰塞演变过程。这3个模型相互影响和作用,水力条件影响热力交换和冰冻过程,热力条件决定冰冻过程,冰冻过程又反过来影响水力条件和热力条件。本文给出一个能够完整描述河流结冰、封冻和解冻过程的一维河冰数学模型,当然也可以用其中的分模型计算某一特定河冰过程。     

基于离散元方法的河冰动力过程短期预测模型及应用

秋末冬初时黄河河道平稳封河对于预防凌汛意义重大,而什四份子作为黄河内蒙古河段主要首封河段备受重视.根据寒区河道具体冰情,基于河冰离散元方法,考虑河流表面冰的动力输移和河流水动力学的相互耦合作用,建立了针对特定重点河段的短期预测模型,可根据实际水力要素、气温、现场冰情等条件进行河冰输移、封河开河等情况的模拟和预测.模型考...     

ENVI遥感图像处理中几种监督分类方法的比较

遥感图像通过像元值的差异反映地物的光谱信息及空间变化原理来表示地物差异[1],为提取各类信息,图像分类尤为重要[2]。在遥感图像数据分类处理过程中,监督分类是普遍适用的一种分类方法[3]。为了评价几种监督分类的优势与缺点,主要选用SPOT5图像数据进行试验,介绍了监督分类中平行六面体、最小距离以及最大似然3种分类方法[4]。通过定义训练样本、训练样本评价、执行监督分类、分类结果评价等步骤[5],得出最大似然分类法的总体分类精度最高,制图精度和用户精度都很高,漏分误差和错分误差较低,而且计算时间较短,相对于另外两种分类方法更有应用优势。     

基于粗糙集的杭州湾含沙量遥感模型

最佳波段的选择是含沙量卫星遥感监测精度提高的主要途径，是决定含沙量遥感模型建立的关键环节之一。本文对不同遥感定量模式进行了应用比较，在此基础上重点介绍了粗糙集在遥感波段优选中的应用，并根据杭州湾含沙水体的光谱特征，通过粗糙集分析得到了能有效反映杭州湾含沙量分布的最佳波段TM4、TM2及TM7，从而建立了杭州湾含沙量线性遥感模式。     

黄河内蒙古段不同流量过程输沙效率分析

选定黄河内蒙古段1958—2013年体现年际间的丰枯变化和年内的季节性变化特征的94场次流量过程,以排沙比和淤积比为主要指标,分析了不同时期各级流量过程的输沙效率。结果表明:对于平均流量小于1 000 m3/s的流量过程,流量与含沙量的变化均对输沙效率具有比较显著的影响,即排沙比随着流量的增加而增大,随着含沙量的增大而减小。不同流量过程中泥沙组成的变化将导致各级粒径泥沙的输移分配比例有所不同,细沙流量过程水流的输沙能力主要表现在对粗沙的输移上,而粗沙流量过程水流的输沙能力主要表现在对细沙的输移上。     

黄河什四份子弯道河冰生消及冰塞形成过程分析

什四份子弯道因其特殊的河道形态及地理位置而成为黄河内蒙古段易发生冰塞断面。通过对2014—2015年冬季该段野外冰情监测及水文、气象资料分析,结合Landsat8遥感影像数据解译,研究了什四份子弯道河冰生消及冰塞形成过程。结果表明,野外观测结合遥感影像解译能够准确地反映河冰的时空特性。该河段弯道凹岸处冲积岸冰及凸岸静态岸冰的生长,极大地束窄了河面宽度,降低了水流的输冰能力,而使其成为初始卡冰位置;冰盖至此向上游发展,弯道下游因来冰量减少和上下游水力坡度增大而形成清沟;受弯道径向水流方向改变及弯道螺旋流的影响,导致冰花在冰盖下主槽与滩地的交界处堆积;稳封期受气温升降变化使得冰盖表面冻融交替,冲积冰反射率增大,后期解译的遥感影像中平滑岸冰面积较初始封河期增加。     

基于编码理论的电网故障诊断及监测信号校正

对电网故障诊断模型的性能指标进行了归纳，提出了构造有效测试样本集的方法。为了提高模型的容错性，提出了基于最大似然译码原理的监测信号信息校正方法，然后利用编码基本网在无畸变信号的基础上进行故障诊断。其中，通过对保护进行重新归类，简化了基本网模型并提高了故障诊断系统的可移植性。对测试样本集的诊断表明文中方法简单、快速，可移植性强。     

基于MODIS数据的黄河水体提取方法研究

通过分析黄河水体在MODIS影像上的光谱表现特征及与其他背景地物在光谱特征上的差异,分别采用单波段阈值法和多光谱混合分析法对黄河水体进行了提取试验研究,并对比分析了两种方法的优缺点,指出多光谱混合分析法更适用于MODIS数据的黄河水体提取。     

基于3S技术的黄河内蒙古段河道演变特性分析

为揭示黄河内蒙古段河道形态大尺度、长序列的演变规律,选取典型河段蒲圪卜—岔河口为研究对象,以1995—2013年4期(1995年、1999年、2006年和2013年)多光谱遥感影像为数据源,采用3S技术,结合RTK实测数据,对不同年份129个测量断面的河道平面摆动及河槽宽度变化进行了分析。结果表明,基于3S技术解译的河道形态与实测河道形态吻合较好,1995—2013年研究区河槽宽度在波动中呈萎缩趋势,2013年与1995年相比主河槽宽度平均萎缩了32.24 m,变化率为-9%;弯道处多次出现裁弯取直,河床地质条件、河道来水来沙条件及河道形态是影响河道演变的重要因素;相比于基岩河床,砂质河床的河槽宽度变化率较大,变化幅度为-12%~-33%;昭君坟断面较明显的河槽萎缩是受南岸库布其沙漠及上游"十大孔兑"入黄沙量增加的影响。     

河冰单轴压缩破坏过程细观数值仿真

为了解并认知河冰材料的内在属性,对黄河封冻期的河冰进行了现场取样观测并开展了单轴抗压破坏过程的物理试验,依据物理试验结果,在细观层面将河冰看成由晶粒、晶界、初始缺陷构成的非均质材料,给出了随机缺陷界面弹簧元模型模拟河冰单轴压缩强度的数值方法,模拟了河冰在单轴受压荷载作用下的开裂破坏过程,分析了初始缺陷分布和含量、晶粒尺寸等各相组分对河冰力学性能的影响。结果表明:随着初始缺陷含量的增加,河冰单轴压缩强度呈下降趋势,但下降幅度逐渐变缓;随着晶粒尺寸的增加,河冰单轴压缩强度呈降低趋势,且与晶粒尺寸d-1/2呈线性相关关系。与物理试验对比发现,该计算模型能较好地模拟黄河冰的单轴压缩强度和开裂过程。     

基于分形理论的黄河内蒙古段河势演变特征及其与凌汛灾害关联研究

寒区河道凌汛灾害河势“弯道效应”的量化评估十分重要。基于分形理论提出河道横断面-纵剖面-平面多维度河势分形维数计算方法及其物理机制，并探讨黄河内蒙古段不同维度河势演变分形特征及其与凌汛灾害的关联关系。结果表明，黄河内蒙古段不同维度河势均具有多尺度自相似分形特征，且具有多年记忆周期的长程相关性；冰坝（严重性冰塞）发生频次与河道主槽弯曲分形维数呈正相关指数型函数关系，与河相系数、深泓点高程和河段平均底坡分形维数负相关，与水深-面积分形维数正相关，总体表明冰坝灾害更易发生于主槽偏移摆动大、蜿蜒曲折、河湾发育程度高的宽浅型弯曲河道，研究成果可为凌汛期冰塞冰坝灾害易发河段诊断及预测提供重要理论依据。     

黄河内蒙古段封河期水面-大气非线性热力学模型探究

封河期水面-大气界面热量交换决定了河道内水温变化,是影响河流冰情及冰凌堵塞的主要热力因素.以黄河内蒙古段冰期水面-大气净太阳辐射、有效长波辐射、蒸发及热传导辐射特征为基础,探讨分析现存非线性热力学模型的差异及其影响因素.结果表明:基于Shen&Chiang和Ashton非线性热力学模型的黄河内蒙古段封河期水面-大气平均...     

遥感监测调水调沙对黄河河口尾闾的影响

调水调沙是治理黄河的重要措施,遥感技术是监测调水调沙效果的重要手段.通过对3次调水调沙试验中黄河河口遥感数据的分析,定量描述了黄河河口尾闾淤进蚀退,并将黄河利津水文站的观测资料作为佐证,初步揭示了黄河河口淤进蚀退与上游来水来沙量的关系,说明了调水调沙对黄河河口尾闾的积极作用.     

冰期河流弯道冰水动力学行为研究

以黄河什四份子弯道为研究对象,基于2019-2020年度的凌情监测影像及现场试验数据,分析了河流弯道冰水动力学行为特征。结果表明:上宽下窄的河道形态是造成弯道卡冰的主要原因,流凌-封河阶段,弯顶节点工程对水流的顶托作用促进了上游回流区的形成;受弯道离心力作用,河冰聚集于河道凹岸一侧,并在回流区堆积形成冰桥,从而缩小了断面过冰面积,河道逐渐封冻;弯顶下游流速大且来冰量少,形成清沟,主流向河中发展;冰塞堆积于弯顶上游凹岸主河槽内,水流被挤压至凸岸非冰塞区,弯道主流易位;在稳封期,河道冰水动力特征基本不再变化,在解冻开河期,凸岸非冰塞区流速较大,主流区冰盖优先解冻且沿主流输移,回流区冰盖最后消融,河道主流逐渐恢复至畅流阶段,整体呈复归式。     

基于卫星遥感技术的赣江尾闾河势演变分析

赣江尾闾地区是包括南昌市在内的江西省经济发展的核心区域,赣江作为江西省内第一大河,其尾闾地区河势变化对其周边地区的经济、防洪、环境等有着巨大的影响。运用卫星遥感技术,对1991—2010年赣江尾闾地区赣江的河道进行了河势演变的研究分析,得出了以下结论:(1)研究区域水域面积1991年约为121 km~2、2001年约为111 km~2、2010年约为132 km~2,经历了先减小后增加的变化过程。(2)历年来尾闾地区的变化主要集中在赣江主干、西支、北支,主干变化最为显著,而南支相对最为稳定。(3)主干的变化主要表现为河道扩张、江心洲面积大幅减小或者消失,其中在南昌市附近河道变化最为明显。推测这些变化主要是由人为影响包括有关工程建设、河砂开采等引起。(4)西支变化较为复杂,其上游段主要表现为河道展宽、水域面积变大,而下游段河道有所束窄;北支历年来均表现为河道束窄、江心洲面积明显增大;中支有所变化,但并不明显。     

基于遥感数据的河湖堤防溃口隐患早期监测研究与应用

堤防隐患识别监测对堤防安全防洪具有重要意义。2022年汛期,辽宁省盘锦市绕阳河发生有水文记录以来的最大洪水,8月1日10时30分绕阳河下游左岸曙四联段堤防出现溃口,油田等国家重要基础设施损失严重。本文以堤防溃口隐患早期监测为目的,采用Sentinel-1雷达数据,通过小基线集合成孔径雷达差分干涉测量(Small Baseline Subset Interferometric Synthetic Aperture Radar,SBAS-InSAR)技术监测堤防沉降信息,基于层次分析法和综合指数法进行地面沉降风险分级,综合地面沉降风险和沉降发育程度构建了堤防沉降风险评价方法,并以盘锦市绕阳河堤防溃口区域为例,进行了包含堤防早期沉降监测、地面沉降风险分级、堤防沉降隐患风险分析的河湖堤防沉降隐患遥感监测评估。结果显示,2017—2022年溃口处堤防平均沉降速率为98.65 mm/a,累计沉降量达422.82 mm,低风险、中风险、高风险段堤防长度分别达13.8 km、3.5 km、2.7 km,堤防溃口位于高风险段,靠近沉降中心,存在安全隐患,可能导致堤防破坏最终引发堤防溃决。SBAS-InSAR形变监测和堤防风险等级划分在堤防溃口隐患早期监测中发挥了很好的作用,清晰地区分了各段堤防的沉降隐患大小,可以在堤防隐患早期识别中推广应用,为汛期预防和治理堤防溃决提供技术支持,为各风险区段堤防监测和管理提供参考。