河道湖泊地形的数字重构研究

以鄱阳湖实测地形散点、河道大断面及SRTM基础数据,结合遥感图像判断河道主流线、滩槽分界线,开发了由CAD格式河道大断面线性数据提取河道高程结点并转化为含地理信息高程结点的算法。采用正交网格曲线插值算法完成了河道断面曲面内插高程结点,重构了鄱阳湖流域湖泊及河道的数字地形。重构后的地形数据与实测数据相比较在河槽高程、形态及面积吻合较好;能满足在数字地球模型上进行三维仿真的需要,表明该方法的具有可行性和实用性。     

黄河下游河道主槽地形生成方法及应用

黄河下游河道是随着来水来沙不断发生冲淤变化的,特别是主槽变化剧烈、河势变化快。为了观测黄河下游河道冲淤变化情况,一般每年汛前汛后进行大断面观测。由于观测大断面布设间距一般较大,因此要获取每年河道主槽地形是很困难的。根据河道观测大断面资料、河势图及主槽主流线,通过内插断面和地形概化生成的河道主槽地形,在河槽高程、河槽形态及河槽面积上均与实际地形较吻合,能满足黄河二维水沙数学模型计算对地形概化的需要。     

废黄河地涵对上下游河道冲淤变化的影响

废黄河是一条多泥沙河流,通榆河与废黄河在滨海县内交汇处的地涵于1999年建成投运至今,必然对其上下游河道的冲淤变化产生影响。基于工程运行后的地涵上下游引河段河床地形实测资料,分析地涵上下游河段冲淤量和河道断面形态变化,总结河道冲淤变化原因,提出减淤措施。结果表明,地涵的建设和运行导致其上下游河道水动力发生变化,河槽明显淤积,河槽过水面积普遍减小。     

黄河下游排洪河槽宽度分析

黄河下游的河道整治以防洪为主要目的,修建的河道整治工程除能控导中常洪水和一般流量下的河势、有利于防洪工程安全外,还必须保证在大洪水及超标准洪水时过流通畅,具有足够的过洪能力。排洪河槽宽度是按规划治导线布置整治工程时的一个控制指标。在总结已有研究成果的基础上,通过分析水文断面及河段内的排洪河槽宽度,并结合黄河下游实测过洪能力,综合分析确定黄河下游排洪河槽宽度。研究认为,主槽宣泄80%的洪水所需要的排洪河槽宽度分别为铁谢至伊洛河口、高村至国那里河段不小于1 600 m,伊洛河口至高村河段不小于2 000 m。     

小浪底水库运用前后黄河下游河道冲淤特征分析

采用实测资料分析和对比分析相结合的方法,研究小浪底水库运用前后黄河下游河道冲淤特征。研究结果表明:黄河下游水沙呈减小趋势,小浪底水库运用后,水量年内分配首次发生改变,汛期来水量比重小于非汛期;小浪底水库运用前,黄河下游河道整体呈淤积状态,小浪底水库运用后,黄河下游保持相对稳定的冲刷;小浪底水库运用前,黄河下游河道过流断面减小,主槽萎缩,小浪底水库运用后,河道断面以冲深下切为主,下游持续冲刷有助于中水河槽塑造。     

维持黄河下游排洪输沙基本功能的关键技术研究

以河床演变学理论为基础，结合黄河下游河道输沙特点，对河槽的排洪输沙作用进行了量化表述，界定了黄河下游河槽排洪输沙基本功能．提出了黄河下游排洪输沙基本功能的判别指标体系；利用实体模型试验研究和实测资料分析．建立了水沙过程与河槽冲淤及断面形态调整之间的响应关系，提出了近期基本满足黄河下游河槽排洪输沙基本功能的概化水沙过程及相应的水量。并形成了水沙调控指标体系；初步提出了维持黄河下游河槽排洪输沙基本功能的中游水库群水沙联合调度方案。研究成果可为黄河小浪底水库水沙调控提供科学依据．对黄河下游的防洪减灾及水资源可持续利用具有重要意义。     

黄河下游排洪输沙基本功能的影响因素及判别指标

利用实测资料统计、理论分析和数学模型计算等方法,对黄河下游排洪输沙基本功能的表征因子、影响因素和判别指标进行了探讨.研究表明,黄河下游河槽排洪输沙基本功能可以用输沙指标、平滩流量、水位涨率、滩地分流比和洪水传播时间等因子表征;河槽宽度、滩槽阻力、比降、河势等对排洪功能影响较大,流量、含沙量、泥沙组成和断面形态等对输沙功能影响较大.黄河下游河槽排洪输沙基本功能的主要判别指标为:黄河下游河槽平滩流量4 000～5 000m3/s,黄河下游游荡性河道主河槽宽度以1 000～1 200m为宜,断面河相系数应在16m1/2/m左右,平滩流量下高村断面每增加1 000m3/s流量的水位涨幅不大于0.35m,高村断面滩地分流比不大于45%.     

黄河下游河槽治理方法分析

本文对已有的河槽形态与水流狭沙力关系的研究成果进行了探讨。进一步在考虑米沙组成变化、河槽综合阻力变化的条件下．计算得到了黄河下游典型断面流量分级平均水沙条件下河槽平衡输沙横剖面。平衡横断面与实际断面比较．下游无论游荡段与弯曲段，实际断面都显得过于宽浅。分析认为，尽管河槽缩窄可加大水挟沙能力．但受河型发育机制的制约．在现有水沙和边界条件下黄河下游河槽的横剖面是无法自动调整形成输沙平衡形态的。文中还利用黄河下游来水来沙和河道冲淤实测资料证明了黄河下游水流不冲狭沙量小于不淤沙量．河道从淤积转向冲刷时．水流含沙量明显降低，固此减少同流量下台沙量的变化有利于减轻下游河遭淤积。从理论分析结果看：缩窄中、小流量“下的河槽．以多级河槽方式重点整治花园口以下河段．使横断面总体形态呈上凸形．能显著减小黄柯河槽中的淤积；同时，应配合河道整治，利用水库调节水沙和进行必要的挖沙疏浚措施。具体实施方法还需要进一步研究；     

基于下游河道中水河槽维持的小浪底水库运用方式研究

小浪底水库运用以来,为实现下游河道减淤,水库运用方式以蓄水拦沙和调水调沙运用为主,下游河道输沙能力较低。当前,黄河下游河道适宜的中水河槽规模(泄流能力为4 000 m³/s)已形成,长期维持该河槽规模,充分发挥黄河下游河道输沙能力输沙入海,成为当前及今后一个时期水库减淤调度的新要求。根据黄河下游1960—2016年306场非漫滩洪水实测资料,分析不同含沙量级、流量级黄河下游河道的冲淤效率和输沙效率,提出含沙量在60 kg/m³以上的大流量洪水过程在下游河道具有较高的输沙效率,但也容易造成河道淤积。进一步提出基于下游河道中水河槽维持的河道输沙对水库运用的要求,即当下游河道中水河槽泄流能力维持在4 000 m³/s左右时,为提高河道输沙能力,小浪底水库可适时增加泄放含沙量不超过100 kg/m³的大流量过程;当下游河道中水河槽泄流能力扩大至4 500 m³/s以上时,小浪底水库可适时增加泄放含沙量不超过200 kg/m³的大流量过程;若未来下游河道中水河槽泄流...     

小浪底水库调水调沙以来黄河下游游荡河段河床演变研究

基于2002年小浪底水库开始调水调沙后,黄河下游小浪底至高村游荡河段的98个断面实测数据,分析河槽的平滩面积、宽度、平均水深及宽深比等形态参数的时间和空间变化规律,得到了该河段的断面形态参数特征。以神堤和三义寨断面为界限,黄河下游游荡河段可分为三部分。至2017年,神堤以上和三义寨以下河段,河槽宽深比和河槽宽度小,断面面积增加基于河槽下切。中间河段大多宽深比较大,河槽断面面积的增加,同时受河槽宽度和下切深度的影响。河槽下切深度与宽深比负相关。陡门断面位于研究区中间位置,宽深比大,2002-2017年经历了由淤积到下切的过程,下切深度较小,成为河槽深度下切过程的空间分界点,其上游河槽下切速度由白鹤向陡门断面逐渐减小,其下游河槽的平均水深增加速度由柿子园向陡门断面逐渐减小。     

拉萨河流域河宽与地形结构因子相互关系分析

利用Google Earth遥感影像,测量了拉萨河流域451个局部河段的河流水面宽度,得出了10个主要河段的平均河宽。研究中,分别点绘了10个主要河段的平均河宽与5种地形结构因子(河流纵比降、弯曲度、凹度、河流上游集水面积、流域平均坡度)的相关图,采用线性函数、指数函数、对数函数以及幂函数4种函数对其进行相关性分析。结果发现,在5种因子中,河流水面宽度与上游集水面积相关性最好,当用线性函数拟合时确定性系数达到了0.81;河流的纵比降与河宽的相关性也较好,当采用指数函数与幂函数拟合时,两者的确定性系数均为0.76。研究探讨拉萨河流域河宽和地形结构因子的相互关系对认识青藏高原河流地貌特征规律以及提高无资料流域河流流量和总水量预测的能力等均有重要意义。     

基于DEM和ArcGIS的浐灞流域水文特征提取研究

基于DEM数据,在ArcGIS环境下,提取浐灞流域的坡度、坡向地形特征以及不同集水阈值下的流向、河网密度、河源数等水文信息。结果表明:集水阈值和河网密度、汇流面积之间存在幂函数关系,阈值越大,河网越稀疏;对其二阶求导确定了流域的最佳阈值为8000,避免了以往确定阈值的主观随机性。运用ArcGIS嵌套软件TauDEM提取了最佳阈值的河网,并利用Strahler法对河网进行了分级。提取的河网与浐灞自然水系基本吻合,流域地形水文特征符合流域概况,可直接作为水文模型参数,为浐灞流域的分级管理提供数据支持,该方法提高了建立流域水文模型的效率,成本低且精度高。     

Combining remote sensing with physical flow laws to estimate river channel geometry

A reliable representation of river terrains is essential to river research. Field surveys of river channel geometry are time‐consuming, costly, and logistically constrained and thus would encounter difficulties to achieve sufficient spatial coverage, resolution, and frequency of resurvey. This paper aims to demonstrate an efficient approach to building a river terrain model (RTM), the emphasis being on how to combine bathymetry and topography derived from satellite images captured at different flow stages. A method for calculating the difference between high and low stages (DHLS) based on the uniform‐flow theory is proposed. Calculations are carried out for a 13‐km long meandering section of the gravel‐bed Goulais River in Canada, which features pools and riffles, alternating point bars, and midchannel bars. A RTM for this complex section has been successfully produced. It consists of three data components: bathymetry at low stage, topography at high stage, and DHLS. The results capture realistic characteristics, including thalweg shift, steep outer banks, and gradual inner banks. They also show realistic longitudinal and lateral locations of pools and riffles. To illustrate potential applications of RTM, this paper has computed extreme bed shear stresses at bankfull discharge through hydrodynamics simulations of depth‐averaged flow in the river section and further estimated bed‐sediment grain‐size distributions. The estimates compare well with field measurements. The DHLS can vary significantly along a river channel. The proposed method for determining it is not site‐specific, and hence applicable to other rivers. The novelty of the methodology discussed lies in combining remote sensing techniques with physical flow laws.     

基于DEM的流域流水网对比分析

在广东西江中下游区间流域和长江三峡区间流域上 ,运用ARC/INFO和RiverTools ,由数字高程模型 (DEM )分别导出了不同空间比例尺下的流域流水网 .对比分析结果表明 :地形起伏大的流域上流水网的可靠性高 ;不同方法推导出的流水网存在一定的差异 ,尤其在地形起伏较小的流域上 ;由流水网计算的流域平均汇流路径长度和坡度等地形特征值随DEM网格的大小而变 ,故只能作为描述地形的相对指标 .上述指标可应用于流域水文模拟中 ,但应用时需考虑地形的起伏程度和DEM网格的大小 .     

基于 MIKE21 FM 的南渡江河口段行洪能力分析

为预测并分析滨江西带状公园建设后对南渡江河口段行洪能力的影响,基于MIKE21FM水动力模块,建立了南渡江河口段平面二维水流数值模型。首先结合水文站实测洪水资料,对河口段河道、滩地糙率参数进行率定与验证。将公园模型概化为局部阻力修正和局部地形修正两种方式,然后分别模拟计算三种潮洪组合工况下河口段水面线和流场变化。计算结果表明,两种概化方式计算结果基本一致,公园建设后河道地形和糙率发生变化,导致水面线壅高和主流流速加大。阻力修正法计算的水面线壅高值稍偏大,但仍低于左右岸防洪堤设计水位,没有降低南渡江河口段防洪能力。司马坡岛附近局部出现高流速区,有必要采取相应的防冲措施。     

珠江三角洲河网地形和径流条件变化对潮动力格局的影响

针对上游建库及航道疏浚等人类干预引发的河床不均匀下切与径流年内分配调整导致珠江三角洲河网内径流、潮汐、河口地形间相互作用随之变化的问题,基于连续小波变换方法,结合实测水文资料与河网一维水动力模型,对比分析了地形与径流变化前后河网潮动力格局的调整,并将一维圣维南方程中的非线性摩擦项分解为径流成分、径潮作用成分、潮汐成分,量化了各成分对于潮动力格局调整的贡献。结果表明：地形与径流变化后,洪季各潮族动力均显著增强,枯季高频潮族动力衰减更迅速,枯季径流量增加对潮汐的调制作用在大部分河道抵消了地形下切造成的潮汐动力增强;河网上游非线性摩擦项中径潮作用成分对于潮动力格局调整的贡献增大,径潮非线性作用增强。     

无高精度地形资料地区溃坝洪水演进模拟研究 ——以金沙江叶巴滩-巴塘段为例

为准确高效计算缺乏高精度地形资料地区河道中洪水演进过程,在空间分辨率为30 m的ASTER GDEM V2地形数据基础上采用不同方法对金沙江叶巴滩-巴塘区间河道地形进行重建,采用基于显卡加速的地表水及其伴随输移过程模型模拟了2018年"11·03"堰塞坝险情洪水过程,并与实测洪水过程进行对比验证。结果表明:①不同空间插值方法对河道地形特性的插值表达精度相差较大,样条函数法和根据河流走势的趋势平滑法生成的河道地形能较好表达河道地貌形态;②不同断面间距下趋势平滑法河道地形洪水演进模拟精度随断面间距增大而增加,仅使用入流口和出流口断面高程模拟效果在不同断面间距中最好;③使用趋势平滑法生成河道地形时,洪水模拟精度随河道下挖深度的增加呈增加趋势,下挖深度为50 m时NSE达到0.937,R~2达到0.976。研究分析了河道地形重建方法、插值断面间距及下挖深度对洪水演进模拟精度的影响,可为洪水应急抢险快速预测提供数据处理方法。     

基于DEM的流域水文特征提取方法研究

运用GIS软件ArcGIS，以黄土丘陵沟壑区小流域为例，探讨了从数字高程模型（DEM）中提取流域水文特征的详细过程，包括：DEM的生成和预处理、水流方向的确定、流域汇流能力分析、河网的提取、流域边界的确定和子流域的划分。提出了基于DEM自动生成数字流域的一种方法，并将自动提取的流域与从地形图和遥感影像相结合手工提取的流域做了对比分析。结果表明，利用该方法提取的流域与利用手工方法提取的流域基本一致，平均误差为4．3％，从而证明该方法具有较高的精度。     

额尔古纳河洪水淹没模拟及湿地植被变化分析

额尔古纳河是中俄两国界河,缺乏完整的地形数据,难以使用常规方法建立水动力学模型。USGS3s分辨率（约30m）的DEM数据是共享数据,但局部精度略低,本文使用从Google Earth图像提取的河道和湿地数据,修正了这一数据集,获得了这条无资料界河的地形数据。通过一维非恒定流水动力学模型MIKE11的模拟获得了年最大洪水淹没面积,将从2000年9月TM遥感图像提取的湿地范围同模型模拟的同年最大洪水淹没范围进行比较,二者吻合程度较高,前者几乎是后者的外包络,说明经修正的DEM数据基本可用。由MODIS EVI数据提取的2000—2009年增强型植被指数年最大值（YEVI）结果显示额尔古纳河干流区间二卡-黑山头段近10年湿地植被存在明显退化的趋势,并且YEVI与年最大洪水淹没面积间存在显著的正相关关系。研究结果表明洪水是改善额尔古纳河流域湿地植被的一个正向驱动力。     

第?5?代多波束测深系统在江河湖泊的监测应用

R2 Sonic 2022是基于第5代声呐结构的多波束测深系统,从动静态水深比测、数字地形图精度、面积法3个角度与传统回声测深仪进行对比,对比结果说明多波束测深系统具有精、准、快的特点,分析该系统在河道险工险段监测及整治、水库水下地形测量、应急抢险,以及河道演变趋势研究中的应用,为江河湖泊的地形监测提供决策数据和技术支撑